Обращение с газообразными радиоактивными отходами и системы вентиляции

ГРО
При работе АЭС радиоактивные газы и аэрозоли возникают как результат технологического процесса производства электроэнергии и должны удаляться из помещений и оборудования непрерывно или периодически.
По источникам образования радиоактивные газоаэрозольные выбросы можно разделить на две группы: технологические сдувки и вентиляция производственных помещений, в которых расположено оборудование с радиоактивными средами.
Технологические сдувки – большая радиоактивность, но относительно малый расход сдуваемого воздуха или газа.
Вентиляция – малая активность воздуха, но очень большой его расход.
Различные объемы и уровни загрязненности групп ГРО требуют разного подхода к их очистке.
В настоящее время для проектируемых АЭС допустимый уровень радиационного воздействия на население от газоаэрозольных выбросов уменьшен в 4 раза ( с 200 до 50 мкзВ/год)

ГРО
Технологический процесс на АЭС требует постоянного удаления из контура теплоносителя и технологического оборудования газов (не только радиоактивных). Эти газы и образуют технологические сдувки. На АЭС с ВВЭР расход этих газов достигает 70 куб.м/час. Активность этих газов велика, поэтому перед выбросом в атмосферу они должны подвергаться очистке.
Аэрозоли образуются в результате неорганизованных протечек в помещения станции, в которых расположено оборудование радиоактивных контуров.
Наибольший вклад в дозу облучения населения вносят инертные радиоактивные газы (ИРГ) – аргон, криптон, ксенон и радионуклиды 131йода, 60кобальта, 134цезия, 137цезия.
Среди нуклидов, попадающих в помещения, из-за биологической значимости выделяют йод, который может находиться в различных физико-химических и агрегатных состояниях.

Контролируемый уровень выбросов в атмосферу за сутки ГБк (Ku)

Способы снижения активности ГРО
Основные классы ГРО:
- инертные радиоактивные газы (ИРГ)
- радионуклиды йода
- аэрозоли.
Снижение активности:
ИРГ – выдержка некоторое время для распада короткоживущих нуклидов
Йод - улавливание радионуклидов активированным углем, а также выведение его путем химических реакций с фильтрующими материалами
Аэрозоли – очистка на аэрозольных (тонковолокнистых) фильтрах

Снижение активности ИРГ
От ИРГ очищают в первую очередь технологические сдувки. В воздухе вентиляционных систем ИРГ мало.
Для уменьшения активности ИРГ используют:
- проточные камеры выдержки (герметичный объем, внутри которого для газового потока организован лабиринт);
- ресиверы (газгольдеры) для выдержки газов (емкости для хранения и выдержки высокоактивных газов);
- радиохроматография или газовая хроматография (процесс разделения газовых смесей при пропускании их через твердое активное вещество с развитой поверхностью. При прохождении газа через колонну с сорбентом газ адсорбируется, т.е. физически «прилипает» на поверхности сорбента. Кроме процесса адсорбции происходит и процесс десорбции, т.е. отрыв молекул газа и перемещение по колонне. В итоге время прохождения газа через колонну довольно велико. В качестве сорбента выступает активированный уголь)

Очистка от йода
От йода очищается как газ технологических сдувок, так и вентиляционный воздух.
Для очистки от йода в аэрозольной форме используются аэрозольные фильтры, молекулярный йод удаляется на угольных фильтрах, йод в составе органических соединений – на угольных фильтрах со специальной обработкой веществами, которые могут вступать в химическое взаимодействие с йодом, например, AgNO3.
Для АЭС характерны аэрозольная и молекулярная формы йода

Очистка от аэрозолей
Очистке от аэрозолей подвергается прежде всего вентиляционный воздух технологических помещений, но при необходимости и технологические сдувки.
Для аэрозольных фильтров используются тонковолокнистые ткани из волокон перхлорвинила (ФПП) и ацетилцеллюлозы (ФПА).
Очистка воздуха аэрозольными фильтрами происходит в результате осаждения аэрозолей на волокнах, электростатического осаждения и прилипания частиц в поверхностном слое фильтра.
Степень очистки достигает 99,99%

Спецгазоочистка блоков ВВЭР-1000
Предназначена для очистки от радиоактивных загрязнений технологических сдувок, поступающих из: - охладителей организованных протечек
- бака организованных протечек
- баков боросодержащей воды
- системы дожигания водорода
- гидроемкостей САОЗ
- теплообменников бассейна выдержки.
Система состоит из трех каналов – два рабочих, один резервный.
Система функционирует во всех режимах нормальной эксплуатации, включая переходные режимы.

Канал спецгазоочистки
1
2
3
4
4
5
6
7
8
1- Вентиляционная труба, 2 – газодувка, 3- фильтр-адсорбер, 4- цеолитовый фильтр, 5- нагреватель контура регенерации, 6- теплообменники, 7- самоочищающийся фильтр, 8- теплообменник контура регенерации
в баки
в баки
из помещений

Очистка газов
Очистка газов осуществляется на двух ступенях. Сначала воздух охлаждается до 20-300С в теплообменнике (6) и происходит грубая очистка на фильтрах (7). Фильтрующий элемент в (7) – стекловолокно. Здесь улавливаются аэрозоли и мелкие капельки влаги. Поэтому фильтр оборудован дренажем.
На второй ступени для очистки воздуха от ИРГ используются фильтры-адсорберы (3) с активированным углем. Здесь также сорбируется и радиоактивный йод. Хуже сорбируется йод, находящийся в виде соединений.
Перед подачей воздуха на фильтры-адсорберы его осушают от влаги, т.к. при увлажнении активированного угля ухудшаются его сорбционные свойства. Для поглощения влаги из воздуха используются цеолитовые фильтры (4).
Желательно чтобы цеолит поглощал влагу и не поглощал ИРГ. По мере поглощения влаги из воздуха фильтр насыщается и его эффективность падает. При этом включается резервный фильтр, а рабочий ставится на регенерацию.
Регенерация цеолитового фильтра осуществляется продувкой его воздухом с температурой 400-4500С. После регенерации воздух охлаждается в выбрасывается в вентиляционную трубу.

Системы вентиляции
Системы вентиляции можно разделить на общеобменную и специальную технологическую.
Задача общеобменной вентиляции – создание нормальных санитарно-гигиенических условий работы персонала.
Задачи специальной технологической вентиляции
– удаление радиоактивных газов и аэрозолей из рабочих помещений АЭС и обеспечение радиационной безопасности,
- исключение недопустимых выбросов ГРО в атмосферу.

Требования к cпецвентиляции
Для очистки воздуха от радионуклидов применяют вентсистемы двух типов: рециркуляционную и приточно-вытяжную (прямоточную).
В рециркуляционных системах очищенный на фильтрах воздух вновь поступает в помещения. Отсюда требования к фильтрам:
- сохранять рабочие свойства при повышенных температурах (до 1000С)
- сохранять рабочие свойства при повышенной влажности (до 100%);
Коэффициент очистки воздуха в рециркуляционных системах невелик и составляет 20-30.
В прямоточных вентиляционных системах очищенный воздух выбрасывается в вентиляционную трубу, поэтому коэффициент очистки воздуха должен быть выше, чтобы обеспечить требования безопасности.

Основные правила проектирования спецвентиляции
Спецвентиляция проектируется так, чтобы обеспечить разрежение в обслуживаемых помещениях;
К одной и той же вентсистеме допустимо параллельное подключение разных помещений при равном уровне их радиоактивности;
Чтобы уменьшить производительность вентиляционных установок, помещения с разными уровнями активности могут подключаться последовательно. При этом направление движения воздуха должно быть организовано так, чтобы воздух сначала поступал в более «чистые» помещения, а из них поступал в более «грязные», потом отсасывался вентиляционными агрегатами;
Поступление приточного воздуха в помещение и удаление загрязненного воздуха в вытяжную систему должно быть организовано так, чтобы надежно вентилировалось всё помещение. Особенно важно это требование для помещений, где скапливается водород;

Основные правила проектирования спецвентиляции (продолжение)
5. Производительность вентиляционных установок должна обеспечить не менее, чем однократный обмен воздуха в час в вентилируемых помещениях, а в открытых дверных проемах помещений при ремонте скорость воздуха должна быть не менее 1 м/с:
Вентиляционные агрегаты спецвентиляции имеют 100% резервирование с автоматическим включением резерва.
Запрещается заводить в спецвентиляцию сдувки технологического оборудования. Они после очистки отдельными трубопроводами подаются непосредственно в вентиляционную трубу.

Особенности вентиляции гермообъемов
Пример с вентиляцией ГО реакторной установки ВВЭР-1000
Вентиляция должна обеспечивать: - нормальные санитарно-гигиенические условия работы персонала, включая непревышение допустимых концентраций радионуклидов;
- создание разрежения в герметичных необслуживаемых помещениях для предотвращения перетока загрязненного воздуха в более «чистые» помещения;
- поддержание допустимой температуры во всех технологических помещениях не выше 400С в периодически обслуживаемых помещениях и не выше 600С в необслуживаемых помещениях.
При работе энергоблока имеют место тепловые потери в ГО. По оценкам эти тепловые потери могут доходить до 4 МВт. Если это тепло не отводить, то через 3 суток температура в ГО повысится до 1500С, а давление возрастет более чем на 0.3 ата, т.е. реактор должен быть остановлен.

Особенности вентиляции гермообъемов
Для охлаждения ГО проектом предусмотрено несколько рециркуляционных вентсистем. При работе реактора все они должны находиться в действии. Рециркуляционная вентиляция выполнена по замкнутой схеме с отводом тепла к воде в воздухоохладителях.
Эти системы должны работать и в аварийных режимах. Поэтому к ним предъявляются повышенные требования. Вентиляционные агрегаты выполняются в сейсмостойком исполнении с эксплуатацией при температуре до 750С и влажности до 100% с повышенным требованием по надежности (наработка на отказ не менее 10 000 часов). При потере собственных нужд они запитаны от дизель-генераторов.

Кроме четырех рециркуляционных вентсистем, служащих для отвода тепла, предусмотрена также система для очистки воздуха боксов ГЦН, ПГ и центрального зала от радиоактивных загрязнений.
Система снабжена аэрозольными и йодными фильтрами .
Очистка воздуха от радиоактивных аэрозолей и йода проводится фильтрами на основе активированного угля и ткани Петрянова.
Применение рециркуляционных систем для отвода тепла и очистки воздуха в помещениях ГО позволяет существенно снизить количество радиоактивных выбросов в окружающую среду.
Особенности вентиляции гермообъемов
6
5
4
3
2
1
Упрощенная схема системы очистки воздуха от радиоактивных загрязнений
1- забор воздуха, 2 – калорифер, 3 – аэрозольный фильтр, 4 – йодный фильтр, 5 – вентилятор, 6 – выброс воздуха

Система вытяжной вентиляции ГО
Для создания и поддержания необходимого разрежения в ГО во время работы энергоблока, обеспечения минимального воздухообмена и предотвращения скопления водорода в верхней части ГО предусмотрена вытяжная система вентиляции. Коэффициент очистки воздуха перед выбросом составляет 200-250.
7
6
5
4
3
2
1
Упрощенная схема системы вытяжной вентиляции
1 – забор воздуха из ГО, 2 – защитная оболочка, 3 – быстродействующий отсечной клапан, 4 – аэрозольный фильтр, 5 – йодный фильтр, 6 – вентилятор, 7 – выброс воздуха в вентиляционную трубу