Баклушин Р.П. Эксплуатация АЭС часть I Работа АЭС в энергосистемах; часть II Обращение с радиоактивными отходами

удельную активность, что, кроме мощной радиационной защиты, требуют охлаждения в течение длительного времени [42].

Как уже говорилось, в процессе эксплуатации атомных станций образуются в основном низко- и среднеактивные отходы. Высокоактивные отходы могут возникать при каких-то специфических операциях, например при обмывке горячей камеры после разделки в ней топливных сборок с дефектными твэлами.

Разделение по физико-химическим свойствам и времени полураспада, по-видимому, не требует дополнительных пояснений.

4.5.Требования нормативных документов к системам обращения с ЖРО на АЭС

Требования к системам обращения с ЖРО на АЭС изложены в ряде взаимодополняющих нормативных документов Ростехнадзора [7−12], санитарного надзора [3−6] и концерна «Росэнергоатом» [15]. Приведем основные из них, опираясь, в первую очередь, на «Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций» [5] и «Правила безопасности при обращении с радиоактивными отходами атомных станций» [11].

Итак, на стадии проектирования АЭС прорабатываются и в проектной документации отражаются (применительно к ЖРО) следующие вопросы:

•источники образования ЖРО, количество отходов, их физи- ко-химические свойства и радионуклидный состав;

•годовое плановое и аварийное количество образующихся ЖРО;

•обоснование выбора систем обращения с ЖРО, включая их кондиционирование;

•методы контроля химического и радионуклидного состава ЖРО и контроля качества физико-химических форм кондиционированных ЖРО;

•оснащение средствами контроля и управления, позволяющими контролировать технологические процессы, эффективно управлять ими и предотвращать неконтролируемое поступление радионуклидов в окружающую среду во всех проектных режимах эксплуатации;

•методы разделения разных ЖРО;

231

•обоснование надежности защитных барьеров;

•условия безопасности эксплуатации систем обращения с ЖРО и мероприятия, которые необходимо провести, если эти

условия нарушены. В соответствии с этим:

•устанавливаются и обосновываются сроки хранения некондиционированных и кондиционированных ЖРО в хранилищах и, соответственно, предусматриваются хранилища такого объема, чтобы обеспечить безопасное и надежное хранение всех ЖРО;

•предусматривается сбор протечек, исключающий распространение радиоактивности за пределы защитных барьеров;

•предусматривается возможность представительного отбора

проб.

Конструкция и компоновка оборудования и трубопроводов систем обращения с ЖРО выполняются так, чтобы обеспечивать возможность проведения их осмотра, дезактивации, ремонта, гидравлических (пневматических) испытаний, контроля металла и сварных соединений в процессе эксплуатации, а также замены оборудования и трубопроводов. При разработке компоновки обращается особое внимание на достижение минимально возможной протяженности трубопроводов, сокращению до минимально возможного количества арматуры, сварных и разъемных соединений, отсутствие недренируемых и застойных зон, обеспечение трубопроводов, транспортирующих радиоактивные высокосолевые растворы, шламы и другие аналогичные среды, устройствами для промывки.

Наконец, обязательно предусматриваются на всех стадиях обращения с ЖРО:

•проведения прямого и полного контроля систем обращения с ЖРО на соответствие их проектным характеристикам;

•обеспечение пожаро- и взрывобезопасности;

•радиационный контроль.

Требования к обращению с ЖРО из [11] процитируем без сокращений:

«При проектировании систем обращения с РАО должны быть предусмотрены:

232

•исключение сброса дебалансных вод или сведение к обоснованному минимальному сбросу дебалансных вод путем их максимального использования для технологических вод АС;

•предотвращение загрязнения технологических сред АС радиоактивными отходами;

•недопущение неконтролируемых сбросов радиоактивных веществ с АС в водные объекты, водоносные горизонты, колодцы, скважины, на поверхность земли, а также в системы хозяйственно-фекальной и производственно-ливневой канализации;

•очистка всех сбросов с АС, которые могут привести к накоплению радиоактивных веществ в окружающей среде выше пределов, установленных федеральными нормами …;

•организованный сбор и раздельное временное хранение всех образующихся на АС жидких радиоактивных отходов в зависимости от их удельной активности, химической природы

ифазового состояния;

•наличие системы емкостей для хранения ЖРО. Конструкция

иконструкционные материалы емкостей должны обеспечивать срок службы не менее срока эксплуатации АС. Объем емкостей должен обеспечивать не менее чем трехмесячную технологическую выдержку ЖРО до их переработки для распада короткоживущих радионуклидов;

•наличие систем переработки всех ЖРО с целью сокращения их объема и кондиционирования».

Некоторый комментарий к этой цитате.

Дебалансные воды – это воды, поступающие в системы СВО или приемные баки в количестве, превышающем необходимость возврата в технологические контуры. Дебалансные воды могут появляться в результате попадания в спецканализацию вод из неактивных контуров при опорожнении последних, обмывочных и других посторонних вод. Может возникнуть временный дебаланс, если возврат очищенных вод из-за ремонта блока отсутствует, а очистку необходимо продолжать для создания свободного объема в емкостях сбора «грязных» вод. Дебалансные воды могут быть слиты в обычную канализацию после необходимой очистки и под строгим дозиметрическим контролем.

233

4.6. Системы для обращения с ЖРО

4.6.1. Система спецканализации

Как упоминалось выше, на АЭС, помимо обычных систем канализации (бытовой (хозяйственно-фекальной) и производственноливневой), предусматривается отдельная специальная канализация, предназначенная для сбора и транспортирования ЖРО на переработку или временное хранение.

Специальная канализации (СК) включает в себя, во-первых, ба- ки-накопители и изолированные от всех других систем трубопроводы для транспортировки радиоактивных стоков в эти баки, и, вовторых, оборудование и трубопроводы для передачи собранных ЖРО из баков-накопителей к системам спецводоочистки (СВО) или в хранилища жидких отходов (ХЖО). Необходимость в системе СК возникает потому, что сброс жидкостей, содержащих радионуклиды, и ЖРО в системы, через которые они могут попасть во внешнюю среду, недопустим с точки зрения радиационной безопасности. Поэтому слив ЖРО в хозяйственно-фекальную или про- изводственно-ливневую канализацию, в поверхностные водоемы, поглощающие ямы, колодцы, скважины, на поля орошения, поля фильтрации и на поверхность земли всеми нормативными документами категорически запрещается.

СК состоит из нескольких подсистем, число которых определяется характером и степенью загрязненности радиоактивных вод: технологической (дебалансные и трапные воды, дезактивационные растворы и т.д.), от спецпрачечной, от установок очистки вод. Тем самым обеспечивается разделение (сортировка, по терминологии рис. 2.1) потоков разных по качеству и радиоактивности вод.

Отдельно собираются ЖРО для временного хранения (с периодом полураспада менее 15 сут), горючие ЖРО и пульпы ионообменных смол, перлита и активированного угля.

Баки для сбора ЖРО размещают на нижних отметках реакторных зданий для обеспечения самотечного слива. Их изготавливают из нержавеющей стали или железобетона с нержавеющей облицовкой. Емкость их определяется среднесуточным сбросом, максимально допустимым разовым сбросом и временем планируемого простоя установок СВО.

234

Хранилища для ЖРО и общестанционные системы СВО обычно размещаются в отдельном здании или в спецкорпусе, где помимо СВО располагаются и помещения другого назначения (например, спецпрачечная, мастерские для ремонта загрязненного оборудования). В этом случае от здания реактора (от сборных баков) к этому корпусу прокладываются трубопроводы СК. Трубопроводы укладываются с обязательным уклоном в сторону слива. Причем трубопроводы для низкоактивных ЖРО допускается укладывать непосредственно в грунт, но выше уровня грунтовых вод на 0,5 м, а трубопроводы других категорий ЖРО прокладываются в железобетонных каналах или лотках с надежной гидроизоляцией и устройствами для контроля протечек, их сбора и удаления; конструкция их допускает также дезактивацию внутренних поверхностей. Для сбора протечек, попадающих в каналы и лотки, в конце линии СК устанавливают приемную гидроизолированную емкость.

Передачу ЖРО из одной емкости для сбора или хранения их в другую рекомендуется осуществлять с использованием статического давления жидкости или газа (без применения насосов).

Пример реализации системы СК (АЭС с несколькими блоками ВВЭР-1000)

Система СК станции с блоками ВВЭР-1000 (рис. 4.1) предназначена для сбора неорганизованных протечек вод систем зоны строгого режима, а также сбора вод после наружной дезактивации оборудования и помещений зоны строгого режима для исключения неконтролируемого попадания радиоактивных вод в окружающую среду.

В каждом помещении зоны строгого режима реакторного отделения и спецкорпуса устанавливаются трапы СК для приема в них вод, попавших на пол помещения. Трапные воды по трубам СК самотеком направляются в бак-приямок трапных вод. Для исключения распространения газообразных радиоактивных продуктов по помещениям зоны строгого режима через систему СК трапы выполнены с гидрозатвором и запорным вентилем. Вода, собранная системой СК, насосами отправляется на установку очистки трапных вод, расположенную в спецкорпусе, после чего повторно используется в цикле АЭС.

235

Рис. 4.1. Принципиальная схема системы спецканализации блока ВВЭР-1000:

1 – насос спецканализации; 2 – вакуум-насос; 3 – бак трапных вод; 4 – монжюс 1 м3; 5 – монжюс 10 м3

Производительность СК определена исходя из условия обеспечения слива из каждого помещения трапных вод в режимах нормальной эксплуатации блока или при проведении планово-преду- предительных ремонтов, а также необходимых послеаварийных мероприятий. Режимом, определяющим производительность системы, является режим проведения дезактивации помещений обмывом горячим конденсатом с расходом 30 м3/ч. Соответственная производительность СК обеспечивается выбором необходимых размеров трапов и диаметров трубопроводов, а также производительностью рабочего и резервного насосов, составляющей 45 м3/ч для каждого. В условиях нормальной эксплуатации при выходе из строя рабочего насоса включается в работу резервный, предотвращая переполнение бака-приямка.

Трубопроводы СК выполнены из нержавеющей стали и проложены с уклоном не менее 0,005 в сторону слива (в здании реактора – в сторону бака-приямка). Повреждения труб возможны в основном за счет появления микротрещин в сварных швах, следствием чего может стать появление протечек. Предусмотрены меры, обеспечивающие обнаружение протечек и возможность ремонта.

236

4.6.2. Системы спецводоочистки

Количество и назначение систем СВО

В связи с большим разнообразием загрязненных радионуклидами вод и ЖРО по их радиоактивности, периодичности образования, объемам, подлежащим переработке, требованиям к степени очистки и в соответствии с указанным выше принципом раздельной обработки вод разного состава на станциях создается несколько установок СВО, каждая со своим назначением. Некоторые из них обслуживают конкретный блок, другие – станцию в целом. Проиллюстрируем это на примере блоков с реакторами ВВЭР (табл. 4.1). Как видно из нее, системы СВО можно разделить на две категории, разные по назначению.

Установки СВО, относящиеся к первой категории, являются технологическими системами и предназначены для поддержания качества теплоносителя и ограничения его загрязнения радиоактивными нуклидами в реакторных контурах, бассейнах и т.д. Они работают непрерывно (циркуляционные контуры АЭС) или периодически (бассейны выдержки), но с возвратом очищенной воды в соответствующие системы. Производительность этих установок выбирают так, чтобы во всех режимах обеспечивалось требуемое качество водного теплоносителя. Установки этой категории, как правило, обслуживают отдельный блок.

Эти технологические системы СВО, имеющие дело с водами высокой химической чистоты, как правило, включают в свой состав (по ходу потока) механический фильтр, ионообменные фильтры и фильтр-ловушку. Механический фильтр улавливает сравнительно крупные взвеси; ионообменные фильтры очищают теплоноситель от растворенных примесей; фильтр-ловушка улавливает мелкие частицы ионитов, уносимых потоком при прохождении теплоносителя через ионообменные фильтры.

Установки СВО, относящиеся ко второй категории, предназначены для обработки ЖРО. Из установок, указанных в табл. 4.1, эту роль играют СВО-3 (трапные и обмывочные воды, дезактивационные растворы и т.п.) и СВО-7 (воды после прачечных и душевых).

Эти установки обычно являются общестанционными. Работа их может быть периодической с накоплением сбросов и очищенной воды в предусмотренных для этого баках. Производительность ус-

237

тановок для обработки этих вод, а также периодичность их работы определяются емкостями баков, имеющихся на станции для сбора вод, подлежащих дезактивации, и для хранения очищенного конденсата. В состав этих СВО, имеющих дело с высокосолевыми растворами, как правило, включаются выпарные установки и дегазаторы. Для более глубокой очистки иногда применяется вторая ступень с ионообменными фильтрами.

Таблица 4.1

Примечания: * – на 1 блок; ** – на два блока; *** – общестанционные СВО, производительность зависит от числа блоков; **** – по борному концентрату.

Несколько особняком стоят сточные воды душевых санпропускников, которые имеют малую радиоактивность и содержат примеси, соответствующие их источнику – технической или водопроводной воде. Эти воды направляются в контрольные баки для радиометрического контроля. При соблюдении требований НРБ и ОСПОРБ и при строгом дозиметрическом контроле вóды, не относящиеся к ЖРО (см. введение), могут быть сброшены в обычную

238

канализацию или внешние водоемы. Воды, относящиеся к ЖРО, через СК направляются на СВО для спецпрачечных.

Аналогичные системы СВО существует и на АЭС с РБМК (подробнее см. [32]). Отметим только, что в случае РБМК существует система 100%-ной конденсатоочистки, фактически выполняющая роль технологической СВО.

На блоках типа БН, использующих натриевый теплоноситель, количество радиоактивных вод и, соответственно, ЖРО значительно меньше. Поэтому и число СВО тоже меньше. Для блока БН-600, например, предусмотрено всего три СВО, но те же две категории остаются:

1)для очистки вод обмывки от натрия оборудования и топливных сборок, дезактивационных и регенерационных растворов, трапных вод;

2)для очистки вод бассейнов выдержки;

3)для очистки вод спецпрачечной и душевых.

Оборудование и схемы установок СВО

Для очистки (дезактивации) радиоактивных вод используют разные методы: осаждение, дистилляция, фильтрация (через слои ионообменных смол или природных неорганических сорбентов), мембранные и т.д. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. На АЭС обработку ЖРО производят чаще всего на ионообменных фильтрах или в выпарных установках. В некоторых случаях обработка выполняется в две ступени – сначала на выпарных установках, а затем на ионообменных фильтрах.

Схемы СВО, конструкции используемого оборудования, режимы работы изучались в курсах «Атомные станции», «Технология теплоносителей», а также достаточно широко описаны в литературе [30, 35, 38, первые издания 32], поэтому рассмотрим в качестве примера схему только одной системы – СВО-4 блока РБМК-1000 (рис. 4.2).

Трапные воды 1 через механический фильтр 2 сливаются в приемный бак трапных вод 3. Оттуда они насосами 4 подаются в выпарной аппарат 5, скомпанованный с доупаривателем 6. Из доупа ривателя кубовый остаток с концентрацией солей до 200− 400 г/л поступает в монжюс 7, а после заполнения последнего передавливается сжатым воздухом 8 в хранилище жидких отходов 9.

239

Пар из выпарного аппарата поступает в конденсатор-дегазатор 10, где конденсируется и очищается от газов (в частности, от углекислого газа и радиоактивных благородных газов). Затем конденсат насосом 11 через систему фильтров 14–16 направляется в бак «чистого» конденсата 17. Из последнего после радиационного контроля он возвращается в технологический цикл блока 18. Если результаты контроля неудовлетворительны, конденсат направляется на повторную очистку.

Рис. 4.2. Принципиальная схема системы СВО-4 блока РБМК-1000: 1 – исходная вода; 2 – механический фильтр; 3 – бак трапных вод; 4 – насос трапных вод; 5 – выпарной аппарат; 6 – доупариватель; 7 – монжюс; 8 – сжатый воздух; 9 – в хранилище жидких отходов; 10 – конденсатордегазатор; 11 – насос деаэрированной воды; 12 – фильтр с активированным углем; 13 – охладитель; 14 – Н-катионитовый фильтр; 15 – ОН-анионитовый фильтр; 16 – фильтр смешанного действия; 17 – контрольный бак; 18 – перекачивающий насос

Одно из условий надежной работы установок СВО − своевременная замена фильтрующего материала. По истечении срока службы радиоактивные фильтрующие материалы через системы гидровыгрузки направляются в хранилища жидких отходов. Сброс отработавших смол в ХЖО производится в виде пульпы с определенным соотношением твердой и жидкой фаз.

240