Технология, оборудование и безопасность объектов ядерной энергетики. Учебное пособие

¾при возможной разгерметизации деаэратора вода может попасть в нижние помещения, где расположены электрические устройства;

¾заполненные деаэрационные баки, расположенные на высоких отметках, передают значительные статические нагрузки на строительные конструкции, что противоречит основному конструктивному строительному принципу – размещения легкого оборудования на верхних отметках, а тяжелого – на нижних. Большие объемы защиты вокруг деаэраторов для АС с одноконтурными кипящими реакторами вызывают дополнительные нагрузки на нижние строительные конструкции.

3.ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

К инженерному оборудованию относятся вспомогательные системы, обеспечивающие нормальные условия для обслуживающего персонала, а также необходимые для осуществления основного технологического процесса. Это техническое и питье-

вое водоснабжение, освещение, технологическая и общеобменная вентиляция, канализация, отопление.

Отличительной чертой АС является радиоактивность теплоносителя (и рабочего тела в одноконтурных АС) с образованием жидких, твердых и газообразных отходов, потери которых в технологическом процессе неизбежны.

Для удаления радиоактивных отходов на АС помимо обычных систем инженерного оборудования устраиваются специальные системы, специфичные для ядерных установок, – специаль-

ная технологическая вентиляция, спецканализация и системы отверждения и захоронения радиоактивных отходов.

Спецвентиляция. Твердые и жидкие отходы на АС сравнительно легко можно локализовать в замкнутых объемах (баки, трубопроводы), загрязнение же воздуха радиоактивными веществами (газами или аэрозолями) может быть значительным. Специальная вентиляция предназначена для очистки воздуха и создания безопасных условий работы обслуживающего персонала.

51

На АС поступление радиоактивных веществ в воздух возможно из-за протечек радиоактивного теплоносителя, содержащего газообразные и аэрозольные продукты деления (ксенон, криптон, йод и др.), а также при работе вспомогательных устройств (баки грязного конденсата, бассейны выдержки твэлов и др.). Другим источником загрязнения воздуха является образование газообразных радиоактивных изотопов (в первую очередь аргона-41) и радиоактивных аэрозолей сложного изотопного состава при облучении нейтронами элементов, входящих в состав воздуха и пыли.

Обычный способ борьбы с загрязнением воздушной среды – очистка его на фильтрах или разбавление чистым воздухом до допустимой концентрации. Так как выход в воздух рабочих помещений АС радиоактивных веществ, имеющих большую токсичность, значителен, нормальные условия в помещениях АС могут быть созданы, в основном, за счет герметизации оборудования, размещения его в герметичных боксах с дистанционным управлением, устройства зональной планировки. При таких мерах вентиляция может иметь лишь вспомогательное значение.

Как показывает опыт, воздух рабочих помещений АС загрязняется, в основном, в связи с разгерметизацией оборудования и боксов при проведении профилактических и ремонтных операций. С учетом этого, а также требований не допускать облучения персонала внешними и внутренними источниками излучения выше допускаемого на АС, как и на любой ядерной установке, необходимо размещение оборудования по зональному принципу с разбивкой всех помещений на зоны строгого и свободного режимов и, в свою очередь, помещений зоны строгого режима – на необслуживаемые, полуобслуживаемые и обслуживаемые. Требования к концентрации радиоактивных веществ в воздухе зоны, где расположено высокотоксичное необслуживаемое оборудование, могут быть снижены. Предельный уровень концентрации здесь определяется условием не допускать накопления активности. Обеспечивать же допустимые концентрации радиоактивных веществ необходимо лишь на короткий промежуток времени обслуживания оборудования.

В проекте АС должны определяться системы вентиляции, относящиеся к локализующим или обеспечивающим системам

52

безопасности. Расчеты систем вентиляции следует проводить по СНиП II-33-75. В связи с этим на АС создается несколько систем вентиляции:

¾постоянно действующие системы технологической спецвентиляции для поддержания допустимого уровня концентрации радиоактивных веществ в период нормальной работы АС;

¾периодически действующие системы технологической вентиляции, включаемые на период профилактических ремонтов или перегрузок активной зоны реакторов;

¾спецгазоочистка, предназначенная для отбора с воздухом радиоактивных и взрывоопасных газов непосредственно из мест их образования (продувка реактора, баков грязного конденсата и др.) и очистки на специальных установках.

Нормами радиационной безопасности НРБ-99 установлены допустимые значения годового поступления радионуклидов через органы дыхания и среднегодовой объемной активности их во вдыхаемом воздухе из условий пределов доз 20 мЗв в год для персонала и 1 мЗв в год для населения.

Эти данные являются основополагающими при проектировании спецвентиляции как помещений АС (защита персонала от внутреннего облучения), так и при проектировании вентиляционных труб и определении допустимых выбросов через них для конкретных АС. Поэтому воздух из системы вентиляции, в определенной мере насыщенный радиоактивными изотопами, перед поступлением в окружающую среду должен быть разбавлен. Для этого предварительно очищаемый на фильтрах (если это необходимо) воздух из вентиляционной системы направляется в вытяжную вентиляционную трубу и выбрасывается в верхние слои атмосферы. Высота трубы АС определяется из условия разбавления факела выбрасываемого воздуха до допустимого предела при его осаждении на поверхность земли, а также снижения внешнего облучения от него до допустимого.

Специальная вентиляция должна также обеспечивать темпера-

туру не выше 50°С в полуобслуживаемых и не выше 70°С в необслуживаемых помещениях. На рабочих местах вентиляция должна обеспечивать температуру воздуха не выше 33°С с относительной влажностью не более 75 % при работающем реакторе. При кратко-

53

временном заходе персонала в герметичную оболочку (не более 2 часов) температура под оболочкой не должна превышать 40°С.

Особенности систем вентиляции АС и общие принципы их компоновки. Различают два вида вентиляции АС:

¾местная вытяжная вентиляция, предназначенная для удаления воздуха от укрытий над местами выделения радиоактивных газов, паров, аэрозолей и создания нормального температурного режима в помещениях. Концентрация радиоактивных веществ в воздухе, удаляемом местной вытяжной вентиляцией, может во много раз превышать допускаемую санитарными нормами. Поэтому такой воздух, как правило, подлежит очистке перед выбросом в атмосферу;

¾общеобменная приточно-вытяжная вентиляция, позволяющая не превышать допустимую концентрацию радиоактивных веществ в обслуживаемых и полуобслуживаемых помещениях путем разбавления загрязненного воздуха чистым.

Основным принципом работы системы вентиляции зданий АС является поддержание повышенного давления в помещениях с минимально возможным загрязнением и достаточного разряжения в помещениях с максимально возможным загрязнением, что осуществляется путем устройства принудительного притока чистого воздуха в наиболее чистые помещения и устройством вытяжки из наиболее грязных помещений. В соответствии с «Санитарными правилами проектирования и эксплуатации атомных электростанций» (СП АС 88/93) в необслуживаемых помещениях

сметаллической облицовкой вентиляционные системы должны обеспечивать в них разрежение не менее 200 Па по отношению к помещениям постоянного пребывания персонала.

При устройстве на АС двойных оболочек, рассчитанных на давление, допускается в кольцевом зазоре между ними поддерживать разрежение 200 Па без обеспечения разрежения в пределах герметичных помещений.

При отсутствии металлической облицовки в необслуживаемых помещениях, рассчитанных на давление, может допускаться разрежение не менее 100 Па.

В необслуживаемых помещениях, рассчитанных на давление,

иполуобслуживаемых помещениях системы вентиляции должны поддерживать разрежение не менее 50 Па.

54

Перепуск воздуха из одних помещений в другие должен быть организован так, чтобы при выходе из строя одного или двух вентиляторов он не мог попасть из более грязных помещений в более чистые. Для этого в проемах стен между помещениями устанавливают перепускные клапаны одностороннего действия (клапаны избыточного давления), которые открываются под действием разности давления в смежных помещениях, составляющей не менее 50 Па. Клапаны избыточного давления (КИД) выпускаются диаметром 150, 200, 250, 300, 350 и 400 мм.

На воздуховодах систем, предусмотренных для вентилирования при нормальных условиях эксплуатации герметичных оболочек или необслуживаемых помещений, рассчитанных на давление, необходимо устанавливать быстродействующие герметичные запорные устройства в пределах помещений и за зоной герметизации.

Трехзональная планировка помещений АС позволяет приме-

нить ступенчатую схему вентиляции или схему непосредственной подачи воздуха в зоны.

При ступенчатой схеме вентиляции приточный воздух подается в обслуживаемые помещения, а удаляется через полуобслуживаемые и необслуживаемые помещения. Воздух из обслуживаемых помещений в полуобслуживаемые, затем в необслуживаемые попадает через клапаны избыточного давления, установленные в стенах между зонами.

При схеме непосредственной подачи воздух подают индивидуально в каждое помещение и также удаляют из него. Такая схема применяется только при предъявлении особо жестких требований к изоляции обслуживаемых помещений от полуобслуживаемых, а также когда эти помещения разделены массивными защитными стенами. Приток воздуха в обслуживаемые помещения превышает вытяжку (примерно в размере двукратного обмена в час), а в полуобслуживаемых помещениях объем вытяжки больше объема притока.

Ступенчатая вентиляция по сравнению с непосредственной подачей воздуха в зоны характеризуется меньшим объемом вентилируемого воздуха (так как он используется сначала для вентиляции обслуживаемых помещений, а затем полуобслуживаемых и необслуживаемых) и меньшей стоимостью. Однако ступенчатую

55

схему вентиляции следует применять только при условии ее круглосуточной работы, так как при отключении системы возможно протекания загрязненного воздуха из необслуживаемых помещений в обслуживаемые или из необслуживаемых в полуобслуживаемые через щели или неисправные клапаны избыточного давления, что недопустимо.

Подача установок для общеобменной вентиляции реакторных отделений АС и машинных залов одноконтурных АС назначается с учетом необходимости перегрузок активной зоны и производства ремонтных операций, исходя из следующих значений кратности воздухообмена:

Объем помещения, м3

До 100 500 1000 5000

10 000 и более

Во время перегрузок топлива и при производстве ремонтных работ в реакторных отделениях, а также машинных залах одноконтурных АС должен быть обеспечен не менее чем двукратный воздухообмен в час; при ремонтных работах в помещениях парогенераторов и главных циркуляционных трубопроводов двухконтурных АС, а также в большинстве необслуживаемых помещений одноконтурных АС должен быть обеспечен трех – пятикратный воздухообмен в час.

Все вытяжные и приточные системы зоны строгого режима снабжают резервными вентиляционными агрегатами, а вытяж-

ные вентиляционные системы, обслуживающие ответственных потребителей (щит управления, охлаждение СУЗ, «сухой защиты» и др., а также обслуживаемые помещения первого контура), подключают к сети надежного электропитания и оборудуют устройствами автоматического пуска после перерыва питания.

Часто в необслуживаемых посещениях АС располагают оборудование с большим тепловыделением (боксы сепараторов АС с реакторами РБМК-1000, трубопроводные коридоры и т.п.). Для таких помещений нецелесообразно устраивать охлаждение с помощью общей системы вентиляции. В этих случаях допускается

56

устройство рециркуляционной системы воздушного охлаждения, при которой воздух охлаждается технической водой или водой из холодильных машин. Для двухконтурных АС с реакторами ВВЭР возможно объединение рециркуляционных систем охлаждения шахты реактора и бокса парогенераторов.

В помещениях зоны строгого режима с постоянным выделением аэрозолей и радиоактивных газов, в которых возможно пребывание людей (надреакторная оболочка, бокс парогенераторов АС с реакторами ВВЭР и др.), устраивают рециркуляционную фильтровальную систему для очистки воздуха, которая должна иметь резервные вентиляторы и фильтры. На входе в эти помещения устанавливают штуцера для подключения средств индивидуальной защиты (вневмокостюмы, пневмошлемы). Подача этой системы должна быть не менее 10 м3/ч на один пнемвокостюм, а при температуре в помещении более 30°С не менее 24 м3/ч. В каждой точке присоединения шланга системы индивидуальной защиты давление воздуха должно быть не менее 500 Па. Забор воздуха для пневмокостюмов может осуществляться от любой приточной вентиляционной камеры через аэрозольный тканевый фильтр.

В процессе производства перегрузочных и ремонтных работ требуются дополнительные расходы воздуха. Для этих целей устраивают ремонтную вентиляцию, включаемую на время проведения работ. Подача этой системы должна быть не менее одного объема наибольшего из обслуживаемых помещений в час.

Для предотвращения выхода радиоактивных газов и аэрозолей из бассейнов выдержки и перегрузки топлива над ними устраивают воздушную завесу. Удаляемый воздух направляется в систему ремонтной вентиляции. Во время ремонта системы вытяжной вентиляции в открываемых проемах необслуживаемых помещений необходимо создавать поток воздуха со скоростью не менее 1 м/с, а в полуобслуживаемых не менее 0,3 м/с.

Воздухоотводы местной вытяжной вентиляции в процессе эксплуатации загрязняются радиоактивными аэрозолями, в связи с чем необходимо устройство биологической защиты вокруг них. Вытяжные вентиляционные короба прокладывают, как правило, внутри массивных бетонных защитных стен или в подземных каналах.

57

При трассировке воздуховодов необходимо учитывать, что приточные вентиляционные короба запрещается прокладывать в необслуживаемых помещениях, а короба местной вентиляции – в обслуживаемых.

Кроме защиты, необходимо предусматривать возможность дезактивации местных вытяжных систем. Для этих целей в воздуховодах и их защите устраиваются специальные люки, а сами воздуховоды прокладываются с уклоном в сторону сливных трапов, служащих для удаления дезактивирующих растворов (или конденсата), которыми промывают воздуховоды.

Из-за наличия химически активных веществ в дезактивирующих растворах и в воздухе, удаляемом от различных укрытий, а также из-за присутствия в воздухе радиоактивных веществ к материалам воздухоотводов местной вытяжной вентиляции предъявляются особые требования. Материалы должны быть пожаробезопасными, стойкими к воздействию кислот, щелочей, должны обладать достаточной радиоакционной стойкостью и малой сорбционной способностью. Этим условиям удовлетворяют нержавеющая сталь и алюминий. В последнее время появилась возможность использовать для облицовки воздуховодов химически стойкие полимерные материалы.

Фильтры. В зависимости от требований к степени очистки воздуха от загрязнений, а также в зависимости от материалов, применяемых для фильтрации, фильтры могут быть тонкой и грубой очистки. Для устройства фильтров тонкой очистки используют специальные ткани на основе поливинилхлорида и ацетилцеллюлозы. Для устройства фильтров грубой очистки используют волокнистую набивку из стекловолокна или отходов лавсана.

Наибольшее распространение получили фильтры рамной конструкции. На П-образные деревянные рамы натягивают фильтрующую ткань, и из этих рам путем последовательного разворота каждой их них на 180° набирают фильтр с необходимой фильтрующей площадью. Уничтожение отработанных фильтров возможно сжиганием с последующей очисткой продуктов сгорания.

Вентиляционные трубы. Как уже было сказано, разбавление радиоактивных выбросов до допустимой концентрации обеспечивается применением на АС вентиляционных труб.

58

Рассеивание радиоактивных веществ в атмосфере зависит от скорости ветра и высоты трубы. Скорость и господствующие направления ветра могут быть определены из климатических справочников, где приведена скорость ветра на высоте 10 м от уровня земли. На других высотах скорость ветра определяется введением поправочного коэффициента, изменяющегося в пределах от 0,666 (при высоте 2 м) до 1,8 (при высоте 2000 м). Направление ветра определяют по розе ветров, на румбах которой отложено господствующее месячное, квартальное или годовое направления ветра. Расчет высоты труб при заданных выбросах может быть выполнен по методике, изложенной в нормах на проектирование спецвентиляции.

В СП АС 88/93 приведены нормативы среднемесячного допустимого выброса радиоактивных аэрозолей АС в зависимости от их мощности.

Спецгазоочистка. В процессе нормальной работы в спецвентиляцию частично направляют радиоактивные технологические сдувки газов. Однако в процессе перегрузки или при разгерметизации значительного числа твэлов газовая активность в выбросах труб может резко возрасти. В этом случае для очистки воздуха используют систему спецгазоочистки.

Очистка воздуха от инертных газов возможна путем нагнетания их в газгольдеры и выдержки там в течение нескольких часов. За это время происходит радиоактивный распад газов с образованием веществ, которые можно задержать на аэрозольных фильтрах. Для крупных АС выдержка радиоактивных газов в газгольдерах сочетается с адсорбцией их на фильтрах-адсорберах, где в качестве сорбента используют активированный уголь. Основное технологическое оборудование спецгазоочистки должно иметь 100%-ное резервирование.

Вентиляционные агрегаты и фильтры приточных и вытяжных вентиляционных систем в зданиях АС должны быть объединены в приточный и вытяжной вентиляционные центры.

При этом необходимо руководствоваться следующими принципами:

¾ камеры приточных систем (приточный вентиляционный центр) должны располагаться на верхних отметках здания с наветренной стороны;

59

¾вход в приточный вентиляционный центр должен быть обеспечен из зоны свободного режима;

¾вытяжной вентиляционный центр должен быть расположен с подветренной стороны здания в реакторном отделении вблизи вентиляционной трубы.

Вентиляторы и фильтры вытяжных систем необслуживаемых помещений должны располагаться в отдельном боксе с биологической защитой. Приводы и электродвигатели этих установок должны размещаться в обслуживаемых помещениях. Для возможности монтажа, демонтажа и ремонта все вентиляционные устройства массой более 50 кг должны находиться в зоне действия грузоподъемных механизмов. Над хранилищами фильтров необходимо предусматривать проемы. Газгольдеры спецгазоочистки целесообразно располагать вблизи вытяжной вентиляционной трубы.

Радиоактивные отходы. Работа АС сопровождается образованием значительного количества радиоактивных твердых и, в основном, жидких отходов. Поэтому при проектировании АС помимо хозяйственно-фекальной и промышленно-ливневой канализации должна быть предусмотрена система, обеспечивающая сбор, транспортировку и захоронение радиоактивных отходов.

Жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) могут быть кислыми, нейтральными или щелочными с высоким или низким содержанием солей.

В зависимости от суммарной объемной активности жидкие

отходы делятся на три категории: слабоактивные – до 3,7 105 Бк/л, среднеактивные – от 3,7 105 до 3,7 1010 Бк/л и высокоактивные – более 3,7 1010 Бк/л. Непосредственно на АС высокоактивные отходы не образуются.

К твердым радиоактивным отходам относятся не поддающиеся отмывке или облученные в реакторе части технологического оборудования, контрольно-измерительных приборов, арматура трубопроводов или защиты, а также мусор, одежда, отвержденные концентраты жидких отходов, фильтры вентиляционных систем и т.д.

Твердые отходы, образующиеся при работе АС, считаются радиоактивными, если они удовлетворяют одному из следующих критериев:

60