RU2240613C2 - Method for decontaminating surfaces from radioactive pollutants - Google Patents

Abstract

FIELD: decontaminating various structures and pieces of equipment.

SUBSTANCE: proposed method includes treatment of contaminated surfaces with aqueous decontaminating solution followed by removal of spent decontaminating solution. In the process surfaces are decontaminated in enclosed volume of decontaminating solution by treatment of contaminated surface with cavitational decontaminating solution. Difference between decontaminating solution flow pressure and static pressure of decontaminating solution closed volume is 0.4 - 0.6 MPa. Treatment of contaminated surface is conducted at decontaminating solution temperature of 18 - 22 °C.

EFFECT: enhanced speed of procedure and improved quality of decontaminated surface.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений, а именно к дезактивации внутренних замкнутых поверхностей технологического оборудования на объектах атомной техники.The invention relates to methods for cleaning surfaces from radioactive contaminants, namely, to decontamination of internal closed surfaces of technological equipment at nuclear facilities.

В настоящее время значительная часть теплообменного и технологического оборудования, используемого на объектах атомной техники, представляет собой замкнутые поверхности теплообменников, технологических трубопроводов, емкостей и т.п. В процессе эксплуатации на внутренних поверхностях этого оборудования появляются комбинированные отложения, которые состоят из солевых отложений циркулирующих растворов, одновременно содержащих радиоактивные загрязнения. При ремонте, обслуживании или замене указанного оборудования необходимо производить очистку внутренних поверхностей такого оборудования как от радиоактивных загрязнений - дезактивацию, так и от других загрязняющих отложений.Currently, a significant part of the heat exchange and technological equipment used at nuclear facilities is the closed surfaces of heat exchangers, process pipelines, tanks, etc. During operation, combined deposits appear on the internal surfaces of this equipment, which consist of salt deposits of circulating solutions that simultaneously contain radioactive contaminants. When repairing, servicing or replacing the specified equipment, it is necessary to clean the internal surfaces of such equipment from both radioactive contamination — decontamination, and other contaminating deposits.

Существующие способы дезактивации по механизму их действия можно разделить на три группы:Existing methods of decontamination by their mechanism of action can be divided into three groups:

- основанные на механическом удалении загрязнений;- based on the mechanical removal of contaminants;

- основанные на частичном растворении радиоактивных веществ при обработке поверхности водой или органическими растворителями;- based on the partial dissolution of radioactive substances during surface treatment with water or organic solvents;

- основанные на физико-химических процессах.- based on physical and chemical processes.

Физико-химические способы дезактивации предусматривают обработку поверхностей сложными дезактивирующими растворами.Physico-chemical methods of decontamination include surface treatment with complex decontamination solutions.

Известен "Способ дезактивации металлических поверхностей ядерных энергетических реакторов" (МКИ G 21 F 9/00, заявка ЕПВ №0138289, публ. 1985). Способ осуществляют путем обработки загрязненной поверхности дезактивирующим раствором с рН 1,5-4 при температуре 70-200°С, затем поверхность промывают водой, а потом обрабатывают водным щелочным раствором при температуре 70-200°С.The well-known "Method for the decontamination of metal surfaces of nuclear power reactors" (MKI G 21 F 9/00, application EPO No. 0138289, publ. 1985). The method is carried out by treating a contaminated surface with a decontamination solution with a pH of 1.5-4 at a temperature of 70-200 ° C, then the surface is washed with water, and then treated with an aqueous alkaline solution at a temperature of 70-200 ° C.

Известен также "Способ дезактивации металлических поверхностей" (МКИ G 21 F 9/30, пат. Франции №2644618, публ. 1990). Способ состоит из поочередно выполняемых операций длительностью по два часа каждая и предусматривает обработку поверхности сначала окисляющим водным раствором, а затем - восстановительным. Процесс ведут при температуре 70-95°С.Also known "Method for the decontamination of metal surfaces" (MKI G 21 F 9/30, US Pat. France No. 2644618, publ. 1990). The method consists of alternately performed operations lasting two hours each and involves surface treatment first with an oxidizing aqueous solution, and then with a reducing one. The process is carried out at a temperature of 70-95 ° C.

Известен "Способ дезактивации оборудования" (МКИ G 21 F 9/30, заявка Японии №60-50320, публ. 1985). Очистку загрязненных поверхностей осуществляют химическим или механическим методом с использованием воды под давлением и последующим формированием на очищенной поверхности окисной пленки.The well-known "Method of equipment decontamination" (MKI G 21 F 9/30, Japanese application No. 60-50320, publ. 1985). The cleaning of contaminated surfaces is carried out by a chemical or mechanical method using water under pressure and the subsequent formation of an oxide film on the cleaned surface.

К недостаткам этих способов дезактивации относятся:The disadvantages of these methods of decontamination include:

- длительность процесса дезактивации;- the duration of the decontamination process;

- необходимость нагревания дезактивирующей композиции и поддерживание температуры процесса как минимум в 70°С.- the need to heat the deactivating composition and maintaining the process temperature at least 70 ° C.

- сложность переработки образующихся жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и твердых радиоактивных отходов (ТРО).- the complexity of processing the resulting liquid radioactive waste (LRW) and solid radioactive waste (SRW).

Известен процесс дезактивации поверхностей с использованием водных дезактивирующих растворов (С.М. Городинский, Д.С. Гольдштейн. Дезактивация полимерных материалов. М.: Атомиздат, 1975, с. 30). Описан способ очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором и последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора, включающего радиоактивные загрязнения.The known process of surface decontamination using aqueous decontamination solutions (S. M. Gorodinsky, D. S. Goldstein. Decontamination of polymeric materials. M: Atomizdat, 1975, p. 30). A method is described for cleaning surfaces from radioactive contamination by treating a contaminated surface with an aqueous decontamination solution and then removing the spent decontamination solution including radioactive contamination.

К недостаткам этой технологии следует отнести то, что при промывке загрязненной поверхности переход радиоактивной составляющей в дезактивирующий раствор происходит только из очень тонкого наружного слоя, контактирующего с дезактивирующим раствором. Процесс дезактивации в таких условиях происходит очень медленно только за счет химической реакции и последующего удаления продуктов реакции с отработанным дезактивирующим раствором.The disadvantages of this technology include the fact that when washing a contaminated surface, the transition of the radioactive component into the decontamination solution occurs only from a very thin outer layer in contact with the decontamination solution. The decontamination process under such conditions occurs very slowly only due to a chemical reaction and the subsequent removal of reaction products with the spent decontamination solution.

Очистку поверхностей от других загрязнений, не имеющих радиоактивную составляющую, осуществляют другими способами.Cleaning surfaces from other contaminants that do not have a radioactive component is carried out in other ways.

Известен "Способ очистки отверстий печатных плат" от микровключений за счет воздействия на загрязненную поверхность струйного потока кавитирующей жидкости при определенном перепаде давлений (патент РФ №2074537, МПК Н 05 К 3/26, опубл. 24.01.94).The well-known "Method of cleaning the holes of printed circuit boards" from microinclusions due to exposure to the contaminated surface of the jet stream of cavitating liquid at a certain pressure drop (RF patent No. 2074537, IPC N 05 K 3/26, publ. 24.01.94).

Причинами, препятствующими использованию данного способа, являются:The reasons that impede the use of this method are:

- возможность вторичного радиоактивного загрязнения поверхностей из-за низкой способности связывания радионуклидов в очищающей жидкости;- the possibility of secondary radioactive contamination of surfaces due to the low ability to bind radionuclides in the cleaning fluid;

- невозможность очищать поверхности с большим слоем отложений, так как указанный способ рекомендуется для очистки только микровключений на поверхности.- the inability to clean surfaces with a large layer of deposits, since this method is recommended for cleaning only microinclusions on the surface.

Известен также "Способ очистки внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений" (заявка РФ №99110613, МПК В 08 В 9/04, опубл. 13.05.99). Способ заключается в генерации ударных волн у входа в трубопровод, резкой подаче импульсов сжатого воздуха под большим давлением и сливе загрязненной жидкости, причем заполнение и слив осуществляют через гидроблок в одном замкнутом цикле.Also known is the "Method of cleaning the inner surface of pipelines from pollution" (RF application No. 99110613, IPC B 08 V 9/04, publ. 13.05.99). The method consists in generating shock waves at the entrance to the pipeline, abruptly supplying pulses of compressed air under high pressure and discharging contaminated liquid, moreover, filling and discharging is carried out through the hydraulic unit in one closed cycle.

К недостаткам, препятствующим использованию данного изобретения, относится возможность вторичного радиоактивного загрязнения поверхностей трубопроводов.The disadvantages that impede the use of this invention include the possibility of secondary radioactive contamination of the surfaces of pipelines.

Наиболее близким способом очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ очистки поверхностей, описанный в источнике информации "Дезактивация полимерных материалов" авторов С.М. Городинский, Д.С. Гольдштейн, который и выбран в качестве прототипа.The closest way to clean surfaces from radioactive contamination to the claimed combination of essential features is the surface cleaning method described in the source of information "Decontamination of polymeric materials" by S. M. Gorodinsky, D.S. Goldstein, which is selected as a prototype.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, формулируется следующим образом: очистка замкнутой поверхности от радиоактивных загрязнений и одновременно от других отложений нерадиоактивного характера сThus, the problem to which the present invention is directed is formulated as follows: cleaning a closed surface from radioactive contamination and at the same time from other deposits of a non-radioactive nature with

- сокращением времени проведения процесса;- reducing the time of the process;

- проведением процесса при комнатной температуре (18-22°С);- carrying out the process at room temperature (18-22 ° C);

- отсутствием вторичного радиоактивного загрязнения очищаемой поверхности;- lack of secondary radioactive contamination of the surface being cleaned;

- возможностью многократного использования очищающего раствора;- the possibility of reuse of the cleaning solution;

- возможностью удаления достаточно толстых (реальных) слоев отложений.- the ability to remove sufficiently thick (real) layers of deposits.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в значительном сокращении времени на проведение дезактивационных работ в замкнутом объеме за счет сочетания дезактивирующих и кавитационных свойств потока. При этом внутренние поверхности оборудования и трубопроводов одновременно очищают от различных видов (в том числе разной толщины) загрязнений, включая радиоактивные. Одновременно с этим значительно снижаются энергозатраты и расход дезактивирующего раствора за счет его многократного использования. При этом отсутствует вторичное радиоактивное загрязнение очищаемой поверхности, что значительно повышает эффективность дезактивации. Использование замкнутого цикла обращения дезактивирующего раствора позволяет создать экологически безопасный процесс дезактивации.The technical result from the use of the invention is to significantly reduce the time for decontamination in a closed volume due to the combination of deactivating and cavitation properties of the stream. Moreover, the internal surfaces of equipment and pipelines are simultaneously cleaned of various types (including different thicknesses) of contaminants, including radioactive ones. At the same time, energy consumption and decontamination solution consumption are significantly reduced due to its repeated use. In this case, there is no secondary radioactive contamination of the surface being cleaned, which significantly increases the decontamination efficiency. Using a closed loop of decontamination solution allows you to create an environmentally friendly decontamination process.

Указанный технический результат достигается тем, что применяется способ очистки поверхности от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором с последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора, причем обработку загрязненной поверхности осуществляют в замкнутом объеме дезактивирующего раствора путем воздействия на загрязненную поверхность кавитирующим потоком дезактивирующего раствора, при этом разность между давлением протекания дезактивирующего раствора и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора составляет 40-60 атм (0,4-0,6 МПа), а обработку загрязненной поверхности ведут при температуре дезактивирующего раствора 18-22°С.The specified technical result is achieved by the fact that a method of cleaning the surface of radioactive contaminants by treating the contaminated surface with an aqueous decontamination solution and then removing the spent decontamination solution is carried out, moreover, the contaminated surface is treated in a closed volume of the decontamination solution by exposing the contaminated surface to a cavitating stream of decontamination solution, while the difference between the flow pressure of the decontamination solution and with aticheskim closed volume pressure decontamination solution is 40-60 atm (0.4-0.6 MPa), and processing the contaminated surface is carried out at a temperature of decontamination solution 18-22 ° C.

При необходимости обеспечения замкнутого цикла очистки с повторным использованием дезактивирующего раствора предпочтительно после удаления отработанный дезактивирующий раствор направляют на переработку для отделения радиоактивных и механических составляющих загрязнения, а после переработки дезактивирующий раствор повторно направляют на обработку загрязненной поверхности.If it is necessary to ensure a closed cleaning cycle with the reuse of the decontamination solution, preferably after removal, the spent decontamination solution is sent for processing to separate the radioactive and mechanical components of the contamination, and after processing the decontamination solution is sent back to the treatment of the contaminated surface.

Признаки, указанные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными, т.е. являются существенными.The features indicated in the claims are necessary and sufficient, i.e. are significant.

Предложение не известно из доступных источников информации, явным образом не следует из уровня техники и при этом является промышленно применимым в качестве способа дезактивации, то есть соответствует всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.The proposal is not known from available sources of information, it does not explicitly follow from the prior art, and at the same time it is industrially applicable as a decontamination method, that is, it meets all the eligibility criteria under current law.

Предлагаемый способ (схематично) поясняется чертежами:The proposed method (schematically) is illustrated by drawings:

На фиг.1 схематично представлен цикл осуществления дезактивации внутренней замкнутой поверхности трубопровода. На фиг.2 представлен замкнутый цикл, где:Figure 1 schematically shows the cycle of the implementation of the decontamination of the inner closed surface of the pipeline. Figure 2 presents a closed loop, where:

1 - генератор кавитационного потока;1 - cavitation flow generator;

2 - трубопровод;2 - pipeline;

3 - внутренняя поверхность трубопровода, подлежащая очистке;3 - the inner surface of the pipeline to be cleaned;

4 - дезактивирующий раствор;4 - deactivating solution;

5 - устройство для обеспечения затопленности струи (заглушки);5 - a device for ensuring flooding of the jet (plug);

6 - система переработки отработанного дезактивирующего раствора;6 - a system for processing waste decontamination solution;

7 - нагнетатель дезактивирующего раствора.7 - supercharger decontamination solution.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Генератор кавитационного потока 1 вводится, например, с помощью штанги, в трубопровод 2, внутренняя поверхность 3 которого подлежит очистке (дезактивации). Дезактивирующий раствор 4, температура которого 20±2°С, подается в объем трубопровода 2 для дезактивации его внутренней поверхности 3 с помощью нагнетателя дезактивирующего раствора 7. При определенном значении (0,4-0,6 МПа) разницы между давлением протекания дезактивирующего раствора 7 из насадки гидрокавитационного генератора 1 и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора 4, образованного с помощью устройства для обеспечения затопленности 5, образуются газопаровые пузырьки, которые при взаимодействии с очищаемой поверхностью схлопываются с образованием микровзрывов, за счет которых происходит интенсивное разрушение отложений на поверхности. Причем сама поверхность остается неповрежденной.The cavitation flow generator 1 is introduced, for example, by means of a rod into the pipeline 2, the inner surface of which 3 is to be cleaned (deactivated). A deactivating solution 4, the temperature of which is 20 ± 2 ° C, is fed into the volume of the pipeline 2 to deactivate its inner surface 3 using the supercharger of the decontaminating solution 7. At a certain value (0.4-0.6 MPa), the difference between the flow pressure of the deactivating solution 7 gas-vapor bubbles are formed from the nozzle of the hydro-cavitation generator 1 and the static pressure of the closed volume of the decontamination solution 4 formed by means of the flooding device 5, which, when interacting with the surface collapse with the formation of microexplosions, due to which there is an intensive destruction of deposits on the surface. Moreover, the surface itself remains intact.

Процесс дезактивации внутренней поверхности 3 трубопровода 2 в зависимости от типа отложений осуществляется со скоростью 0,1-1,0 м/мин. Этой скорости достаточно, чтобы очистить его поверхность 3 от радиоактивных загрязнений и от других солевых отложений.The process of decontamination of the inner surface 3 of the pipeline 2, depending on the type of deposits is carried out at a speed of 0.1-1.0 m / min. This speed is enough to clean its surface 3 from radioactive contamination and from other salt deposits.

Затем отработанный дезактивирующий раствор удаляют (фиг.1) из объема очищаемого трубопровода 2.Then the spent decontamination solution is removed (Fig. 1) from the volume of the cleaned pipeline 2.

Для осуществления замкнутого цикла (фиг.2) дезактивации отработанный раствор направляют на переработку 6 для отделения как радиоактивных, так и различных солевых отложений. Переработанный дезактивирующий раствор вновь подают через нагнетатель 7 в очищаемый трубопровод 2 или в объем другого очищаемого оборудования.To implement a closed cycle (figure 2) of decontamination, the spent solution is sent for processing 6 to separate both radioactive and various salt deposits. Recycled decontamination solution is again fed through the blower 7 to the cleaned pipe 2 or to the volume of other cleaned equipment.

В предлагаемом изобретении оптимальные условия для процесса дезактивации обеспечиваются при перепаде давления 0,4-0,6 МПа.In the present invention, the optimal conditions for the decontamination process are provided with a pressure drop of 0.4-0.6 MPa.

Экспериментальные исследования показывают, что при перепаде давления ниже 0,4 МПа интенсивность процесса кавитационной эррозии резко падает.Experimental studies show that with a pressure drop below 0.4 MPa, the intensity of the cavitation erosion process drops sharply.

При перепаде выше 0,6 МПа интенсивность процесса не возрастает и поэтому не имеет смысла увеличивать перепад давления.When the differential is higher than 0.6 MPa, the process intensity does not increase and therefore it makes no sense to increase the differential pressure.

Изменение температуры раствора не ведет к резким изменениям эффективности процесса, поэтому затраты на нагрев раствора нецелесообразны.Changing the temperature of the solution does not lead to sharp changes in the efficiency of the process, therefore, the cost of heating the solution is impractical.

В результате применения предлагаемого способа очистки не происходит вторичного радиоактивного загрязнения поверхностей.As a result of the application of the proposed cleaning method does not occur secondary radioactive contamination of surfaces.

Указанным способом возможна очистка поверхностей с высокой степенью отношения толщины загрязнения к диаметру трубопровода, вплоть до наглухо забитых трубопроводов.In this way, it is possible to clean surfaces with a high ratio of the thickness of the pollution to the diameter of the pipeline, up to tightly clogged pipelines.

При этом остаточная радиоактивная загрязненность поверхностей не превышает значений, указанных в нормах радиационной безопасности НРБ-99 для обслуживаемых помещений.In this case, the residual radioactive contamination of the surfaces does not exceed the values specified in the radiation safety standards NRB-99 for the serviced premises.

Традиционный способ дезактивации с помощью жидких дезактивирующих растворов осуществляют в течение ~4-6 часов до установления химического равновесия, предлагаемый способ дезактивации осуществляют в течение нескольких минут.The traditional method of decontamination using liquid decontamination solutions is carried out for ~ 4-6 hours to establish chemical equilibrium, the proposed method of decontamination is carried out within a few minutes.

В предлагаемом способе дезактивации по сравнению с прототипом эффективность дезактивации в 100-1000 раз выше. (К_д - коэффициент дезактивации, его величина определяет эффективность очистки поверхности от загрязнений и наличие вторичного загрязнения).In the proposed method of decontamination in comparison with the prototype, the effectiveness of decontamination is 100-1000 times higher. (To _d - the coefficient of decontamination, its value determines the effectiveness of cleaning the surface from pollution and the presence of secondary pollution).

Использование предлагаемого способа позволяет вести процесс без подогрева, многократно очищать одним раствором, сократить время проведения процесса дезактивации и исключить вторичное радиоактивное загрязнение обрабатываемых поверхностей.Using the proposed method allows to conduct the process without heating, repeatedly cleaned with one solution, reduce the time of the decontamination process and eliminate secondary radioactive contamination of the treated surfaces.

Такие результаты достигаются сочетанием дезактивирующих свойств раствора и свойств кавитирующего потока при определенной величине перепада давлений и невысокой температуры среды (18-22°С).Such results are achieved by a combination of the deactivating properties of the solution and the properties of the cavitating flow at a certain pressure drop and low medium temperature (18-22 ° C).

Таким образом, предлагаемое изобретение направлено на решение поставленной задачи и отвечает всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.Thus, the proposed invention is aimed at solving the problem and meets all the criteria for eligibility under applicable law.

Способ прошел апробацию при проведении работ по дезактивации насосно-компрессорных труб в г. Нефтекумск Ставропольского края и на Смоленской АЭС.The method was tested during the work on the decontamination of tubing in Neftekumsk, Stavropol Territory and at the Smolensk NPP.

Claims (2)

1. Способ очистки поверхности от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором с последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора, отличающийся тем, что обработку загрязненной поверхности осуществляют в замкнутом объеме дезактивирующего раствора путем воздействия на загрязненную поверхность кавитирующим потоком дезактивирующего раствора, при этом разность между давлением протекания дезактивирующего раствора и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора составляет 40-60 атм (0,4-0,6 МПа), а обработку загрязненной поверхности ведут при температуре дезактивирующего раствора 18-22°С.1. The method of cleaning the surface from radioactive contamination by treating the contaminated surface with an aqueous decontamination solution, followed by removing the spent decontamination solution, characterized in that the contaminated surface is treated in a closed volume of the decontamination solution by exposing the contaminated surface to a cavitating stream of decontamination solution, the difference between the pressures decontamination solution flow and static pressure of a closed volume of deactivation uyuschego solution is 40-60 atm (0.4-0.6 MPa), and processing the contaminated surface is carried out at a temperature of decontamination solution 18-22 ° C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после удаления отработанный дезактивирующий раствор направляют на переработку для отделения радиоактивных механических составляющих загрязнения, а после переработки дезактивирующий раствор повторно направляют на обработку загрязненной поверхности.2. The method according to claim 1, characterized in that after removal, the spent decontamination solution is sent for processing to separate the radioactive mechanical components of the pollution, and after processing, the decontamination solution is re-sent to the treatment of the contaminated surface.

Images