30. Системы вентиляции аэс и обращение с газообразными радиоактивными отходами.

В процессе работы АЭС образуются жидкие, газообразные, аэрозольные и твердые радиоактивные отходы. Они обладают высокой удельной и полной активностью, а образуются как в результате процесса деления ядерного горючего, так и активации материалов нейтронами. При эксплуатации АЭС осуществляется контроль за образованием радиоактивных отходов, а на пути их поступления во внешнюю среду сооружают защитные барьеры. В результате этого за пределы АЭС они не выходят в количествах, превышающих допустимые. Так, жидкие радиоактивные отходы сбрасывают во внешнюю среду после очистки в специальных устройствах и в концентрациях, допустимых СП-АЭС-03.

Газовые и аэрозольные отходы также подвергаются очистке на многоступенчатых фильтрах, выдержке в очистных устройствах и выбрасываются в атмосферу через высокие трубы, т, е. подвергаются многократному разбавлению атмосферным воздухом.

Попав в окружающую среду, радиоактивные отходы распространяются в ее объектах сложными путями и достигают самое чувствительное звено окружающей среды — человека. Сегодня ясно, что избежать воздействия радиоактивных сбросов АЭС на окружающую среду и человека принципиально невозможно. Отходы в любых сколь угодно малых количествах поступают во внешнюю среду и с позиций концепции беспорогового воздействия излучений на человека воздействуют на него. Поэтому сегодня можно говорить о минимизации воздействия атомной энергетики па окружающую среду и человека, и единственный способ минимизации воздействия состоит в том, чтобы правильно оценивать масштаб и характер воздействия, правильно предсказывать его последствия, Ограничение воздействия источников излучения па человека определено НРБ-99 основными дозовыми пределами и производными от них величинами. Следовательно, рассматривая АЭС как источник радионуклидов во внешней среде, необходимо установить такие ограничения сбросов и выбросов АЭС, которые хотя принципиально и воздействуют на внешнюю среду и человека, но не приводят к превышению основных дозовых пределов.

ОБРАЗОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ОТХОДОВ НА АЭС

Газоаэрозольные выбросы АЭС разделяют на технологические отходы и отходы, связанные с вентиляцией помещений АЭС. Первые — это эжекторные газы турбин, газы деаэраторов и продувки активной зоны и металлоконструкций реактора, а также газовые сдувки другого технологического оборудования АЭС, например бассейнов выдержки отработанного топлива, очистных устройств и т. п.; вторые обусловлены поступлением части технологических газов, теплоносителя в помещениях АЭС, а также активацией воздуха вблизи активной зоны реактора.

На АЭС, работающих по двухконтурной схеме, активность эжекторных газов обусловлена перетечкой теплоносителя первого контура во второй при неплотностях парогенератора. Поэтому для определения активности эжекторных газов кроме данных о концентрации радионуклидов в воде первого контура необходимо знать также поступление воды во второй контур.

Часть теплоносителя в результате протечек технологического оборудования поступает в помещение АЭС, в результате резкого изменения давления и температуры он весь или частично испаряется, выделяя в помещение газы и образуя аэрозоли. В воздух помещения могут также поступать непосредственно технологические газы. Эти газы и аэрозоли удаляются из помещений при помощи специальной вентиляции. Количественная оценка активности удаляемых газов и золей может быть сделана, если известны протечки теплоносителя, технологических газов, объемы помещений и активности теплоносителя и технологических газов.

Основными нуклидами, определяющими активность газов и золей, подлежащих удалению с АЭС, являются РБГ и нуклиды йода, главным образом ¹³¹1.

РБГ (радиоактивные благородные газы), т. е. радионуклиды криптона и ксенона, образуются как дочерние из продуктов деления, а также ⁴¹Аг — продукт активации аргона; все они имеют разные периоды полураспада, поэтому с точки зрения газообразных отходов наиболее значимы долгоживущие, т. е. ^8бКг и ¹³³Хе. ¹³¹1 может существовать либо в аэрозольной, либо в газовой форме, соотношение между количествами ¹³¹1 в той и иной форме зависит от многих факторов и различно для разных АЭС, более того, оно может меняться по пути доставки отходов к сбросным устройствам. Возможны различные химические формы существования ¹³¹1, но в основном ¹³¹1 в отходах представлен молекулярным йодом и йодом, находящимся в органических соединениях, главным образом в виде йодистого метила СН₃1. Соотношение между количествами ¹³¹1 в той или иной химической форме также различно для разных АЭС, но в большинстве случаев половина или несколько больше удаляемого с АЭС ¹³¹1 находится в соединении СН₃1.

Такие продукты деления, как ¹³⁷Сз, ⁸⁹5г, ⁹⁰Sг и др., а также ПК, из которых наиболее значимы долгоживущие, удаляются с АЭС в виде аэрозолей.

Пути уменьшения выбросов активности.

Системы спецгазоочистки ВВЭР-1000

Уменьшение выбросов газо-аэрозольной активности решается созданием эффективных систем газоочистки. В качестве примера рассмотрим такую систему на основе блока ВВЭР-1000.

На энергоблоках с РУ ВВЭР-1000 можно выделить две разновидности образующихся радиоактивных газов: воздух производственных помещений, в которых находится оборудование с активным теплоносителем и сдувки из технологического оборудования. Первая характеризуется малой активностью, но большим расходом воздуха, вторая, напротив, отличается большой активностью, но относительно малым расходом воздуха. Наиболее сложными сточки зрения обработки и последующей очистки являются технологические сдувки, что связано, опять же, с их достаточно высокой активностью.

Технологические сдувки появляются в результате удаления воздуха из содержащих радиоактивный теплоноситель реактора, ПГ, компенсатора давления, баков, фильтров, емкостей, теплообменников или в результате продувки газовых полостей технологического оборудования, мест возможного скопления водорода. Основной причиной загрязнения технологических сдувок радионуклидами являются микронеплотности в оболочках твэлов, в результате чего в теплоноситель поступают РБГ и ряд нуклидов, находящихся при высокой температуре в газообразном состоянии, в частности, йод.

Соответственно для сбора и переработки образующихся в процессе эксплуатации РУ технологических сдувок спроектирована и эксплуатируется система очитки технологических сдувок (СГО)

Конструктивно система СГО состоит из 3-х независимых одинаковых по устройству взаимозаменяемых линий (здесь и далее мы будем именовать их "нитками"):

-основной, работающей постоянно и обеспечивающей очистку газа после системы дожигания водорода;

-вспомогательной, обеспечивающей постоянную очистку газовых сдувок из баков борсодержащих вод, охладителя организованных протечек, приямка организованных протечек ;

Каждая из ниток обеспечивает очистку радиоактивных газов с расходом до 60 нм³/ час, однако оптимальной является работа нитки с расходом газа на очистку до 12 нм³/час. Все газовые сдувки, во избежание образования в них взрывоопасных кон­центраций водорода, разбавляются азотом.

В настоящее время в промышленности очистка воздуха от радиоактивных газов и аэрозолей осуществляется, как правило, в две ступени. Этот технический прием ис­пользован в системе спецгазоочистки . На первой ступени производится грубая очистка воздуха на самоочищающихся фильтрах Т521-23М01.

В качестве фильтрующего материала для самоочищающегося фильтра применяется стекловолокно. Его главное достоинство - продолжительный срок службы, оно стойко по отношению к кислотам и щелочам.

Упрощенная схема системы СГО (на примере нитки Т521)

1 - венттруба блока

2 - газодувки Т521Д01,02

3 - фильтр-адсорбер Т521 N04-07

4 - цеолитовые фильтры Т521 N02,03

5 - нагреватель контура регенерации Т531 У/02,03

6 - теплообменники Т521 №1,02

7 - самоочищающийся фильтр Т521М01

8 - теплообменник контура регенерации Т531 №01

Помимо аэрозолей на этом этапе улавливаются мельчайшие капельки влаги, поэтому фильтры оборудованы дренажами. При работе самоочищающегося фильтра из стекловолокна желательна повышенная влажность входящего на очистку воздуха. В этом случае фильтрующая насадка из стекловолокна поддерживается во влажном состоянии за счет конденсации пара.

Увлажнение исключает затвердение осадка загрязнений и обеспечивает его непрерывное удаление с фильтрующего материала в виде раствора или пульпы, что исключает частую замену стекловолокна. Коэффициент очистки таких фильтров достаточно высок.

На второй ступени для очистки воздуха от короткоживущих РБГ применяют адсорбционные фильтры (колонны) Т521-23М04-07. В качестве засыпки для таких фильтров используют активированный уголь.

Адсорбционные колонны, загруженные активированным углем, позволяют достигать очень высокой степени очистки (выше 99%). Для короткоживущих радионуклидов они действуют по принципу "вечных колонн", которые работают в непрерывном режиме; срок их службы определяется только износом сорбента.

В вечных колоннах одновременно с адсорбцией происходит естественный распад радионуклидов, задержанных в сорбенте. При объеме адсорбера 20 м³ время задержки криптона составляет 3,5 суток, ксенона более 42 суток (периоды полураспада криптона-85 и ксенона-133 составляют соответствено но 44 часа и 5,29 суток).

Радиоактивный йод также достаточно хорошо сорбируется на активированном угле при комнатной температуре. Хуже сорбируется йод, находящийся в виде соединений, например, метилйодид.

Коэффициент очистки для него при комнатной температуре составляет около 50 и увеличивается с понижением температуры. При температуре минус 180 °С (температура жидкого азота) йод сорбируется полностью, однако поддержание такой температуры технически очень сложно.

Свойства активированного угля как адсорбента определяются характером его пористой структуры, так как основным работающим звеном при адсорбции газов угольным адсорбером являются микропоры, а размеры и количество микропор в угле зависят от способа приготовления, так как угли отличаются друг от друга плотностью, объемом пор, размерами гранул и поэтому имеют разные коэффициенты адсорбции.

По результатам исследований для применения в системах очистки технологических сдувок АЭС рекомендуют применять торфяной уголь серно-калиевой активации типа СКТ-3, отличающийся наиболее высокими значениями коэффициента адсорбции (отношения объемной активности на входе-выходе колонны).

При работе системы спецгазоочистки воздух из самоочищающихся фильтров Т521-23М01 выходит влажным. Однако адсорбционные колонны с активированным углем боятся повышенной влажности, так как при поглощении влаги происходит существенное снижение его адсорбционных свойств по отношению к инертным газам. Так коэффициент адсорбции криптона и ксенона на увлажненном угле существенно ниже, чем на сухом.

В связи с тем, что работающий цеолитовый фильтр по мере поглощения влаги из воздуха насыщается ею и эффективность его падает, периодически включается предусмотренный в системе резервный фильтр. Затем насыщенный влагой фильтр регенерируются продувкой цеолита нагретым до 400-450 °С воздухом. Поскольку цеолит марки N А, практически не сорбирует йод, ксенон и криптон, поэтому в процессе регенерации в венттрубу выбрасывается незначительное количество радиоактивных изотопов.

ИЗ ОПЭ АС: