3.2. Очистка газообразных выбросов

Газообразные радиоактивные отходы представляют собой газовые или аэрозольные радиоактивные продукты в воздухе. Обладают повышенной подвижностью и могут быстро распространяться в окружающей среде. Их локализация, сбор и обработка осуществляется в изолированных объемах, снабженных системами вентиляции и газоочистки. Извлечение радионуклидов из газообразных отходов выполняет система газоочистки, состоящая из коллекторов, коробов, фильтров и адсорберов.

Отходящие газы из рабочих областей установок переработки радиоактивных материалов (горячих камер, печей сжигания и т.п.) содержат более высокие концентрации радионуклидов, чем вентиляционные потоки из рабочих помещений, в которые радионуклиды попадают путем утечек из закрытых рабочих областей. Поэтому отходящие газы очищаются от радионуклидов до смешивания с вентиляционным воздухом из рабочих помещений.

3.2.1 Задачи систем вентиляции и газоочистки

• поддержание уровня радиоактивного загрязнения воздушной среды рабочих помещений в допустимых пределах;

• поддержание минимальной концентрации пыли в рабочих помещениях;

• поддержание нормальных климатических условий в рабочих помещениях;

• распределение воздушных потоков в направлениях от объема с меньшим загрязнением к объему с большим загрязнением, предотвращая неконтролируемое распространение загрязнения;

• очистка газообразных потоков перед выбросом в атмосферу.

На объектах ЯТЦ, например, на АЭС, для нормальных условий работы и прогнозируемых аварийных ситуаций устанавливаются отдельные системы газоочистки [17]. На установках по обращению с РАО, одни и те же системы вентиляции и очистки предназначены как для нормальных, так и для нестандартных (аварийных) условий [18].

3.2.2. Организация вентиляционной системы

Вентиляционные системы помещений с радиоактивными материалами состоят из двух подсистем: приточной и вытяжной. Помещения, где проводят работы с радиоактивными материалами, условно разделяют на зоны в зависимости от степени опасности загрязнения.

Белая зона: область, свободная от радиоактивного загрязнения воздуха и поверхностей.

Зеленая зона: преимущественно, чистая зона, благодаря очистке воздуха при его регулярном контроле. Загрязнение может произойти только в исключительных обстоятельствах (входные коридоры и помещения персонала радиационной защиты; вход через пропускные пункты со сменой одежды).

Желтая зона: область, в которой может быть поверхностное загрязнение, а загрязнение воздуха может превышать допустимые пределы. В желтую зону включают области, где требуется применение респираторов (перчаточные боксы, зоны работы с радиоактивными материалами и некоторые участки горячих камер). Посещение областей ограничено.

Красная зона: область, где уровни загрязнения велики, вход не разрешен(перчаточные боксы, горячие камеры).

Схема зонирования и организации вентиляции и газоочистки показана на рисунке 3.3.

Приточная вентиляция на установках обращения с радиоактивными отходами аналогична системам, устанавливаемым в помещениях без радиоактивных отходов (система кондиционирования воздуха). Она включает вентиляторы, пылеулавливатели, увлажнители и оборудование для кондиционирования воздуха.

Вход в вентиляционное помещение располагается вне здания или в чистой зоне, где нет работ с радиоактивными материалами.

Ввод свежего воздуха в приточную вентиляционную подсистему располагается таким образом, чтобы избежать забора воздуха из областей, близких к зонам выброса вентиляционных или газоочистительных установок.

Для контролируемых зон подается чистый воздух. Если внешняя температура отличается от требуемой внутренней температуры и требуется много энергии для нагрева или охлаждения входящего воздуха, применяется рециклирование тепла, выделяемого или поглощаемого при кондиционировании воздуха.

0. Вытяжная вентиляция. Главные функции вытяжной вентиляционной подсистемы:

• очистка выходящего воздуха фильтрами;

• зонная организация движения воздуха согласно схеме и предотвращение обратных потоков загрязненного воздуха;

• обеспечение герметичности системы.

Надежность подсистемы вытяжной вентиляции обеспечивается частичным или полным дублированием газоочистного оборудования. В конструкциях используются коррозионно-стойкие и удобные для последующей дезактивации материалы. Выброс очищенных газов располагают на высоте, обеспечивающей хорошее рассеяние.

Элементы вентиляционных систем: вытяжные зонты и шкафы, перчаточные боксы, временные системы удержания, вентиляторы, демпферы и пылеулавливатели.

Вытяжные зонты - используются для сбора паров, пыли и дыма на месте их выделения. Применяются для обращения с материалами достаточно низкой активности. Повышение эффективности удержания и уменьшение входного потока воздуха достигается расположением вблизи источника загрязнения.

Вытяжные шкафы - используются для содержания оборудования и выполнения работ при возможности доступа с передней стороны шкафа. Шкафы соединяется с общей вытяжной магистралью, из которой газы после очистки выбрасываются в атмосферу.

Перчаточные боксы - представляет собой полностью закрытый ящик, со вставленными внутрь резиновыми перчатками, позволяющими оператору манипулировать внутри в полной изоляции от окружающей среды. Внутри, с целью предотвращения газо-аэрозольных утечек, поддерживается разрежение 150…650 Па. Бокс может быть снабжен дополнительными средствами очистки газов и аэрозолей. Боксы используются для работы с α-излучающими и радиоактивными материалами.

Рис. 3.3. Зонирование и схема организации системы вентиляции и газоочистки

Временные системы удержания – предназначены для работ, связанных с ремонтом и выводом оборудования из эксплуатации, требующих надежных систем вентиляции и удержания радиоактивности на временной основе. Различают стационарные и мобильные системы.

Системы газоочистки в этом случае организуются согласно вышеизложенным принципам, часто, с использованием мобильных газоочистных установок. Схема такой системы показана на рисунке 3.4, а пример мобильной установки газоочистки представлен на рисунке 3.5.

Рис.3. 4. Вентиляции при работах по снятию с эксплуатации.

Рис. 3.5. Мобильная установка газоочистки.

Вентиляторы – осуществляют забор и выброс воздуха и газов. Обеспечивают преодоление сопротивление фильтрующей системы в чистых и грязных условиях, а также в случае аварийных ситуаций.

Демпферы – устройства контроля давления, объема и направления воздушного потока в вентиляционной системе.

Пылеулавливатели – устройства для извлечения аэровзвесей из воздушных и газовых потоков. Размещаются в герметичном объеме под разрежением.

Фильтры аэрозолей - высокоэффективные тонковолокнистые фильтры из синтетических или минеральных волокон, называемые HEPA или "абсолютные фильтры" (рис.3.6). Время службы фильтра определяется сопротивлением по мере накопления задержанных частиц.

Фильтры пыли – обеспечивают предварительную грубую очистку потока от пыли перед абсолютными фильтрами.

Рис.3.6. Абсолютный (НЕРА) фильтр для аэрозолей.

Фильтры самоочищающиеся тонкой очистки - защищают абсолютные фильтры от попадания воды (рис.3.7). Имеют волокнистую минеральную основу с коэффициентом очистки до 10³.

Рис. 3.7. Улавливатель влаги.

Эффективность фильтрации является сложной функцией распределения частиц по размерам, скорости воздушного потока и других параметров. Типичное распределение аэрозольных частиц по размерам и улавливающие аппараты для различных размеров показаны на рисунке 3.8.

Фильтры для газов – сорбируют короткоживущие радионуклиды криптона, ксенона и радона. Хроматографические системы угольных адсорберов задерживают радионуклиды в течение времени, достаточного для их распада.

Для очистки отходящих газов от радиоактивного йода применяют адсорбцию на активированном угле, а также изотопный обмен и химические реакции на импрегнированных углях. Используют йодиды металлов, такие как KI, PbI₂ или CuI₂, а также соединения, вступающие в химическую реакцию с иодом и метилдиодидом, такие как AgNO₃ или триэтилендиамин.

Рис. 3.8. Размеры аэрозольных частиц и оптимальные аппараты для их фильтрации.

Контроль вентиляционных систем установок по обращению с радиоактивными отходами такой же, как у обычных вентиляционных систем и включает контроль таких параметров, как перепад давления, скорость воздушных потоков, температура, влажность, концентрация загрязняющих веществ. Поскольку загрязнение воздуха после очистной системы мало, эффективность отдельных компонентов газоочистной системы проверяется с использованием известных процедур. Испытания абсолютных фильтров основано на генерации испытательных аэрозолей, смешивании их с потоком воздуха и определения фактической эффективности измерением концентраций аэрозолей на входе и выходе. Стандартные процедуры испытаний описаны в [19, 20]. Угольные адсорберы испытываются путем импульсной подачи порции метилдиодида с радиоактивными метками. В большинстве случаев испытания на месте не обязательны, так как представительные образцы активированного угля могут быть взяты или из действующих фильтров или специальные байпасные фильтры могут быть установлены параллельно и содержащие точно такой уголь, что и в основных фильтрах. Эти образцы систематически извлекаются и испытываются в лабораторных условиях [19].