Вентиляційна система і спосіб її експлуатації під час тяжких аварій у ядерній установці

Реферат: Вентиляційна система (2) для доступного обслуговуючому персоналу виробничого приміщення ядерної установки, зокрема пункту (4) керування на атомній електростанції (6), при тяжких аваріях із вивільненням радіоактивних речовин має принаймні протягом кількох годин забезпечувати можливість підведення дезактивованого свіжого повітря. Зокрема, при цьому вміст радіоактивних інертних газів у підведеному до виробничого приміщення свіжому повітрі має бути якомога меншим. Для цього згідно з винаходом вентиляційна система (2) оснащена - прокладеним від зовнішнього впуску (14) до виробничого приміщення повітропідвідним трубопроводом (10), в який включена перша повітродувка (12) і перша адсорбційна колона (наприклад 38) для затримання інертних газів, - прокладеним від виробничого приміщення до зовнішнього випуску (72) повітровідвідним трубопроводом (44), в який включена друга повітродувка (46) і друга адсорбційна колона (наприклад 48) для затримання інертних газів, і UA 116027 C2 (12) UA 116027 C2 - перемикальними засобами для обміну виконуваними абсорбційних колон (38, 48) для затримання інертних газів. функціями першої та другої UA 116027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На атомній електростанції в аварійних або катастрофічних ситуаціях залежно від конкретного аварійного випадку і можливо вжитих контрзаходів слід враховувати можливість вивільнення значної кількості радіоактивних продуктів поділу, зокрема йоду, аерозолів та інертних газів. При цьому внаслідок витоків у захисній оболонці, перед потраплянням радіоактивних продуктів у середовище навколо атомної електростанції, необхідно виходити з того, що вивільнені радіоактивні речовини розповсюджуватимуться в будівлях атомної станції (наприклад у спорудах, в яких розміщене допоміжне устаткування, розподільні пристрої, диспетчерський пункт тощо). Зокрема, проблемою для персоналу атомної електростанції поряд із вивільненням утворюючих аерозолі радіоактивних речовин є вивільнення інертних газів. Масоване вивільнення інертних газів залежно від конкретних обставин відбувається також при скиданні тиску шляхом випуску газів через фільтри і утворення хмари інертних газів над територією атомної електростанції. Залежно від метеорологічних умов не можна повністю виключити можливість довготривалого забруднення. Для здійснення так званих заходів із керування важкими аваріями (англ. Accident Management) необхідно, щоб умови на пункті керування, називаному також диспетчерським пунктом або диспетчерською, дозволяли перебувати на ньому обслуговуючому персоналу без ризику отримання недопустимих доз опромінення і радіоактивного зараження персоналу. В аварійних ситуаціях, які виходять за межі розрахункових, із повним знеструмленням атомної електростанції (англ. station blackоut, SBO) вентиляційні та фільтрувальні системи, які згідно з призначенням функціонують в нормальних умовах, вже не спроможні підтримувати важливі параметри режиму вентиляції для забезпечення доступу до пункту керування. Попередні концепції подолання подібних сценаріїв передбачають ізолювання диспетчерського пункту. Для забезпечення повітрям застосовують, наприклад, мобільні вентиляційні установки, які оснащені різними фільтрами. Ці установки не спроможні забезпечити задовільне затримання інертних газів. Згідно з іншими концепціями для забезпечення диспетчерського пункту повітрям застосовують стиснений газ із балонів. Проте, зберігання балонів зі стисненим повітрям на складі протягом тривалого періоду часу потребує дуже великих витрат, тому час зберігання є обмеженим. Реалізувати модульну і мобільну структуру системи практично неможливо. Крім цього, реалізація концепцій акумуляції тиску також потребує високих витрат при дооснащенні працюючих установок. В основу винаходу покладено задачу розроблення якомога простішої та компактної вентиляційної системи для пункту керування ядерною установкою або аналогічного приміщення, доступ до якого має обслуговуючий персонал, яка при тяжких аваріях із вивільненням радіоактивних речовин принаймні протягом кількох годин забезпечує можливість подачі дезактивованого свіжого повітря, завдяки чому присутній на пункті керування обслуговуючий персонал отримує мінімально можливу дозу опромінення. При цьому зокрема вміст радіоактивних інертних газів у свіжому повітрі, який подають на пункт керування, має бути мінімально можливою. Крім цього, це має бути вентиляційна система пасивного типу, яка споживає лише невелику кількість електричної енергії. Необхідно розробити також особливо переважний спосіб експлуатації подібної вентиляційної системи. Відносно пристрою задачу винаходу вирішено ознаками пункту 1 формули винаходу. Відносно способу задачу винаходу вирішено ознаками пункту 10 формули винаходу. Переважні форми виконання винаходу є предметом залежних пунктів формули винаходу і докладно описані далі. Відповідна винаходові вентиляційна система містить зокрема переважно модуль фільтрів для аерозолів та йоду. При цьому всмоктуване повітря в підвідний трубопровід подають за допомогою повітродувки і напрямляють через фільтр для завислих речовин для осадження аерозолів. Після осадження завислих речовин радіоактивні сполуки йоду осаджують переважно у фільтрувальному шарі з активованого вугілля. Для осадження радіоактивного метилйодиду шляхом ізотопного обміну або солеутворення можна застосовувати імпрегноване активоване вугілля. Переважно після шару активованого вугілля для затримання продуктів стирання підключають пиловий фільтр. Очищене таким чином за допомогою фільтрів повітря потім на другій стадії технологічного процесу напрямляють у модуль затримання інертних (благородних) газів. Модуль затримання інертних газів містить в основному дві адсорбційних колони парної конфігурації, які заповнені адсорбентом/адсорбентами, переважно активованим вугіллям. Адсорбент у колонах може також складатися з кількох шарів активованого вугілля і/або цеоліту, і/або молекулярних сит. 1 UA 116027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Підведене повітря напрямляють у першу адсорбційну колону, причому інертні гази, такі як, наприклад, ксенон, криптон, внаслідок динамічної адсорбції затримуються при їх напрямленні через колону. Після колони встановлений фільтр для затримання частинок адсорбенту. Відведене повітря із зони приміщення, яку необхідно забезпечувати повітрям для дихання, одночасно напрямляють через другу адсорбційну колону, в якій використовують для зворотного промивання акумульованих раніше радіоактивних інертних газів, завдяки чому цю колону знову можна застосовувати для заповнення після перемикання. Перемикання здійснюють не пізніше, ніж незадовго до прориву радіоактивних речовин крізь адсорбент у першій адсорбційній колоні, причому її потім піддають зворотному промиванню відведеним повітрям. Перемикання відбувається переважно в пасивному режимі за допомогою схеми затримки або вимірювання радіоактивності. Для підтримки зворотного промивання переважно застосовують повітродувку в повітровідвідному трубопроводі, причому збільшення об'єму потоку відведеного повітря посилюється за рахунок зниження тиску в процесі зворотного промивання інертних газів. У повітровідвідному трубопроводі пункту керування переважно встановлений дросель, який забезпечує пасивне перегрівання відведеного повітря і, таким чином, зменшення його вологості (декомпресійне висушування шляхом зниження тиску). Це сприяє збільшенню швидкості десорбції інертних газів у підключеній послідовно адсорбційній колоні, яку необхідно промивати. У повітропідвідному трубопроводі до модуля затримання інертних газів переважно встановлений дросель і/або вологовіддільник для запобігання перенесенню надто високої вологості в колони для затримання інертних газів. Модуль затримання інертних газів додатково може бути оснащений пасивним акумулятором холоду для збільшення параметра k. Параметр k в цьому зв'язку характеризує адсорбційну ємність адсорбуючого матеріалу стосовно інертного газу, наприклад із застосуванням одиниці 3 виміру см інертного газу/г адсорбенту. Параметр k залежить від температури, тиску і вологості газу. Як правило, його визначають емпіричним шляхом. Адсорбційні колони переважно експлуатують в режимі зміни тиску, тобто зі зниженим тиском у колоні, яка підлягає промиванню, і підвищеним тиском у заповнюваній колоні (в кожному випадку відносно атмосферного тиску) для поліпшення параметра k колон та зменшення їх габаритів. Підвищений тиск в адсорбційній колоні, крізь яку напрямляють підведене повітря, регулюють, наприклад, за допомогою регулювального клапана в повітропідвідному трубопроводі для підведення повітря. Відведене повітря разом із підданими зворотному промиванню інертними газами виводять у навколишнє середовище атомної електростанції на достатній відстані від отвору для всмоктування підведеного повітря. Вентиляційна система містить блок керування та відповідні органи для регулювання потоку і тиску. Забезпечувані згідноз винаходом переваги полягають зокрема в тому, що поряд із завислими в повітрі радіоактивними речовинами в формі аерозолів та йоду/сполук йоду (зокрема органічного йоду) одночасно затримуються радіоактивні інертні гази із повітря, підведеного до пункту керування. Метод зміни тиску і промивання парних колон дозволяє надійно осаджувати із потоку підведеного повітря навіть довгоіснуючі ізотопи інертних газів, наприклад криптону-85. Необхідні для видалення інертних газів із сорбенту/адсорбенту умови пасивно підтримуються шляхом декомпресійного перегрівання. Потреба в електричному робочому струмі існує в основному лише для повітродувок у повітропідвідному та повітровідвідному трубопроводах, а також у невеликому обсязі для відповідного блоку керування і засобів перемикання робочих циклів. Покриття цієї потреби протягом принаймні 72 годин може бути без проблем забезпечене за допомогою незалежного модуля енергозабезпечення (наприклад акумуляторних батарей і/або дизельного агрегату). Таким чином, для забезпечення можливості перебування обслуговуючого персоналу на пункті керування здійснюють такі функції: - ізолювання системи вентиляції пункту керування від інших частин будівлі; - утворення підвищеного тиску порівняно з прилеглими приміщеннями в будівлі (наприклад < 1 мбар); - дотримання допустимої концентрації монооксиду і діоксиду вуглецю; - затримання йоду; - затримання аерозолів; - затримання інертних газів (наприклад криптону, ксенону); - обмеження дози опромінення (наприклад 8 при тривалості контакту від 0,1 до 0,5 с. Для осадження радіоактивного метилйодиду шляхом ізотопного обміну або солеутворення може бути застосований просочене активоване вугілля (наприклад йодидом калію як засобом для просочення). Підключений після фільтру 24 для осадження йоду пиловий фільтр 26 призначений для затримання пилу з шару активованого вугілля. В напрямку потоку після другого фільтрувального каскаду в повітропідвідний трубопровід 10 включений пневмотранспортер або скорочено повітродувка 12 для транспортування потоку свіжого повітря. Потужність всмоктування повітродувки 12, переважно оснащеної 3 електроприводом, становить, наприклад, від 1 000 до 6 000 м /год. Для утворення необхідного робочого струму передбачений автономний, не залежний від розрахованої на нормальні умови експлуатації власної системи енергозабезпечення і переважно також від звичайної (внутрішньосистемної) мережі аварійного електроживлення модуль 28 електроживлення, наприклад на основі електричних акумуляторних батарей/акумуляторів і/або дизельного агрегату. Модуль 28 електроживлення в разі необхідності активізується переважно автоматично подібно до системи безперебійного електроживлення або альтернативно за допомогою відповідного блоку 30 керування. Далі в напрямку потоку в повітропідвідний трубопровід 10 додатково може бути включений вологовіддільник 21, називаний також низькотемпературним уловлювачем, для відокремлення здатних до конденсації компонентів із потоку свіжого повітря. Він може бути виконаний, наприклад, у формі пасивного низькотемпературного уловлювача із застосуванням силікагелю і/або льоду як сушильного агента. Таким чином зменшують вміст вологи в потоку свіжого повітря у послідовно підключених функціональних вузлах (див. далі). Для цього призначений також альтернативний або додатковий, підключений у цьому прикладі виконання в напрямку потоку свіжого повітря після вологовідільника 32 дросель 34, який діє на потік свіжого повітря за принципом декомпресійного висушування. Для цього може бути застосований зокрема регульований дросельний клапан. Після стадій фільтрування і висушування потік свіжого повітря при встановленні підпорядкованих виконавчих органів (див. далі) у відповідне положення напрямляють, наприклад, на ділянку 36 трубопроводу, в яку включена адсорбційна колона для затримання інертних газів або скорочено адсорбційна колона 38. При цьому інертні гази, які наявні в потоку свіжого повітря, насамперед ксенон і криптон, в рамках встановленої в динамічному режимі рівноваги внаслідок фізичної і/або хімічної адсорбції зв'язуються адсорбентом, яким заповнена адсорбційна колона 38, і таким чином затримуються га ділянці 36 трубопроводу, поки адсорбційна ємність адсорбційної колони 38 ще не вичерпана. Як адсорбент можуть бути передбачені зокрема один або кілька шарів активованого вугілля і/або цеоліту, і/або молекулярних сит. Після адсорбційної колони 38 ділянка трубопроводу, яка сполучена з пунктом керування, в яку включений пиловий фільтр 40 для затримання відокремлених частинок адсорбенту. Насамкінець, дезактивований описаним вище чином потік свіжого повітря через прохідний отвір 16 в захисній стіні 18 пункту 4 керування напрямляють у його внутрішнє приміщення 8; таким чином до нього підводять невикористане, насичене киснем повітря для дихання, рівень радіоактивності якого є допустимим для обслуговуючого персоналу. Повітрообмін підтримують шляхом відведення використаного, насиченого діоксидом вуглецю повітря з пункту 4 керування через сполучений з його внутрішнім приміщенням 8 і виведений через прохідний отвір 42 у захисній стіні 18 в навколишнє середовище повітровідвідний трубопровід 44, в який для підтримки транспортування газів включена повітродувка 46. При цьому йдеться переважно про оснащену електроприводом повітродувку 46, для електроживлення якої, так само як і для повітродувки 12, застосовують модуль 28 електроживлення. Оскільки адсорбційна спроможність адсорбційної колони 38, в якій піддають обробці потік свіжого повітря, при традиційних габаритах зазвичай вичерпується вже після короткого часу експлуатації, вентиляційна система 2 розрахована на зворотне промивання адсорбованих інертних газів і їх виведення в навколишнє середовище в безперервному режимі роботи. Для цього передбачені дві в основному конструктивно ідентичні адсорбційні колони 38 і 48, в які за допомогою відповідних розгалужувачів і приєднувальних елементів трубопроводів, а також виконавчих органів, у даному випадку в форми триходових клапанів, напрямляють свіже або 4 UA 116027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відведене повітря таким чином, що в одній із обох адсорбційних колон 38 і 48, як вже описано вище, здійснюють обробку потоку свіжого повітря в режимі адсорбції, в той час як іншу колону в режимі десорбції чи промивання піддають зворотному промиванню потоком відведеного повітря і, таким чином, готують до наступного циклу адсорбції. Шляхом перемикання виконавчих органів можна поміняти функції адсорбційних колон 38 і 48 і таким чином здійснювати циклічну зміну режимів адсорбції та десорбції для відповідної колони. У зображеному на кресленні прикладі виконання ці функції реалізують таким чином, що одна адсорбційна колона 38 встановлена на ділянці 36 трубопроводу, а інша адсорбційна колона 48 на ділянці 50 трубопроводу підключена зустрічно-паралельно першій колоні 38 відносно напрямку потоку. Обидві ділянки трубопроводу 36 і 50 з'єднані на одній стороні в триходовому клапані 52, а на другій стороні - в точці 54 з'єднання на стороні всмоктування повітродувки 46. Крім цього, на одній стороні між триходовим клапаном 52 і обома адсорбційними колонами 38, 48 включена трубна перемичка 60, виконана з можливістю підключення обома триходовими клапанами 56 і 58 між обома ділянками 36 і 50 трубопроводу, яка трубним трійником 62 сполучена з прокладеною до пилового фільтра 40 ділянкою повітропідвідного трубопроводу 10. На іншій стороні за аналогічним принципом між адсорбційними колонами 38, 48 і точкою 54 з'єднання включена трубна перемичка 68, виконана з можливістю підключення обома триходовими клапанами 64 і 66, яка трубним трійником 70 сполучена з прокладеною від дроселя 34 ділянкою повітропідвідного трубопроводу 10. При відповідному розміщенні клапанів підведене повітря, яке надходить від дроселя 34, як описано вище, через трубний трійник 70, триходовий клапан 66, нижню на кресленні адсорбційну колону 38, триходовий клапан 58 і трубний трійник 62 напрямляють до пилового фільтра 40, а звідти - далі до пункту 4 керування. В іншій гілці трубопроводу відведене повітря з пункту 4 керування через триходовий клапан 52, триходовий клапан 56, верхню на кресленні адсорбційну колону 48 і триходовий клапан 64 напрямляють до всмоктувального отвору повітродувки 46 і звідти далі до труби для відведення повітря або до іншого випуску 72, який розміщений на деякій відстані від впуску 14 для свіжого повітря. Таким чином, інертні гази, акумульовані шляхом адсорбції протягом попереднього циклу в адсорбційній колоні 48, в цьому режимі роботи під дією майже не вміщуючого інертних газів відведеного повітря з внутрішнього приміщення 8 пункту 4 керування 4 десорбуються з адсорбенту і разом з потоком відведеного повітря в процесі зворотного промивання виводяться в навколишнє середовище. Процес зворотного промивання підтримується повітродувкою 46, встановленою в напрямку потоку після адсорбційної колони 48, яку піддають зворотному промиванню, причому збільшення об'єму потоку відведеного повітря посилюється під дією зниженого тиску в процесі зворотного промивання інертних газів. У повітровідвідному трубопроводі 44, прокладеному від пункту керування, в напрямку потоку відведеного повітря перед триходовим клапаном 52 і, таким чином, в напрямку потоку перед адсорбційною колоною 48, яка працює в режимі промивання, встановлений дросель 74, переважно в формі регульованого дросельного клапана, який призначений для пасивного перегрівання відведеного повітря і, разом із цим, до зменшення вмісту вологи у відведеному повітрі (декомпресійне висушування). Завдяки цьому збільшується швидкість десорбції інертних газів у підключеній послідовно адсорбційній колоні 48. Після перемикання адсорбційні колони 38 і 48 міняються функціями. Тепер свіже повітря, яке надходить від дроселя 34, через триходовий клапан 64, адсорбційну колону 48 і триходовий клапан 56 напрямляють на пиловий фільтр 40 і звідти до пункту 4 керування. Навпаки, відведене повітря з пункту 4 керування, яке надходить від дроселя 74, через триходовий клапан 52, триходовий клапан 58, адсорбційну колону 38 і триходовий клапан 66 напрямляють до повітродувки 46 і звідти - до випуску 72. Раніше заповнену адсорбційну колону 38 тепер піддають зворотному промиванню відведеним повітрям, у той час як адсорбційна колона 48 готова для очищення свіжого повітря і відповідно до цього - до повторного заповнення. Для керування процесами перемикання за допомогою триходових клапанів 52, 56, 58, 64, 66 передбачений блок 30 керування, який керує також обома повітродувками 12 і 46 та в разі необхідності іншими виконавчими органами для регулювання потоку і тиску. Для фахівців є самозрозумілим, що функція перемикання може бути еквівалентно реалізована також за допомогою інших варіантів прокладення трубопроводів і розміщення виконавчих органів. Як позначено штриховим обвідним контуром, вентиляційна система 2 переважно має модульну структуру, утворену модулем 76 затримання інертних газів і модулем 78 для осадження йоду та аерозолів і модулем 28 електроживлення. Самозрозуміло, що модулі можуть бути також розмежовані іншим чином, і можуть бути передбачені додаткові модулі або субмодулі. Окремі модулі розміщують, наприклад, у придатних до транспортування стандартних контейнерах, 5 UA 116027 C2 5 10 завдяки чому забезпечується можливість їх простого транспортування до місця застосування і спрощується процес монтажу шляхом з'єднання відповідних стандартних елементів трубопроводів. Навіть якщо опис досі обмежувався вентиляцією (центрального) пункту керування атомної електростанції, самозрозуміло, що вентиляційна система 2 може бути застосована також для забезпечення аварійної вентиляції інших зон приміщення на атомній електростанції або взагалі ядерної установки, наприклад складу тепловидільних елементів, регенераційних установок, паливообробних установок тощо, будівель, в яких встановлене допоміжне устаткування, розподільні пристрої, контрольно-вимірювальні пульти або інші пристрої для обслуговування і контролю. Подібні приміщення в узагальнюючій, стислій формі називають також "виробничими приміщеннями". 6 UA 116027 C2 ПОЗИЦІЙНІ ПОЗНАЧЕННЯ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 Вентиляційна система ; Пункт керування; Атомна електростанція ; Внутрішнє приміщення; Повітропідвідний трубопровід; Повітродувка; Впускний отвір; Прохідний отвір; Захисна стіна; Фільтр для осадження аерозолів; Високоефективний пиловий повітряний фільтр (HEPA-фільтр); Фільтр для осадження йоду; Пиловий фільтр; Модуль електроживлення; Блок керування; Вологовіддільник; Дросель; Ділянка трубопроводу; Абсорбційна колона; Пиловий фільтр; Прохідний отвір; Повітровідвідний трубопровід; Повітродувка; Колонна абсорбера; Ділянка трубопроводу; Триходовий клапан; Точка об'єднання; Триходовий клапан; Триходовий клапан; Трубна перемичка; Трубний трійник; Триходовий клапан; Триходовий клапан; Трубна перемичка; Трубний трійник; Випуск; Дросель; Модуль затримання інертних газів; Модуль осадження йоду та аерозолів. 7 UA 116027 C2 5 10 15 20 25 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб експлуатації вентиляційної системи (2) для доступного обслуговуючому персоналу виробничого приміщення ядерної установки, зокрема пункту (4) керування на атомній електростанції (6), що містить - прокладений від зовнішнього впуску (14) до виробничого приміщення повітропідвідний трубопровід (10), в який включена перша повітродувка (12) і перша адсорбційна колона (наприклад 38) для затримання інертних газів, - прокладений від виробничого приміщення до зовнішнього випуску (72) повітровідвідний трубопровід (44), в який включена друга повітродувка (46) і друга адсорбційна колона (наприклад 48) для затримання інертних газів, і - перемикальні засоби для обміну виконуваними функціями першої та другої абсорбційних колон (38, 48) для затримання інертних газів, який відрізняється тим, що перша повітродувка (12) встановлена в напрямку потоку підведеного повітря перед першою адсорбційною колоною (наприклад 38) для затримання інертних газів, а друга повітродувка (46) встановлена в напрямку потоку відведеного повітря після другої адсорбційної колони (наприклад 48) для затримання інертних газів, а також тим, що одночасно через одну з обох адсорбційних колон (наприклад 38) для затримання інертних газів напрямляють підведене повітря і таким чином заповнюють її радіоактивними інертними газами, а через другу адсорбційну колону (наприклад 48) для затримання інертних газів напрямляють відведене повітря і таким чином здійснюють її зворотне промивання, і при вичерпанні адсорбційної ємності заповнюваної адсорбційної колони (наприклад 38) для затримання інертних газів шляхом перемикання здійснюють обмін виконуваними функціями обох адсорбційних колон (38, 48) для затримання інертних газів, а також тим, що в адсорбційній колоні (наприклад 48) для затримання інертних газів, яка підлягає промиванню, встановлюють тиск нижче атмосферного тиску, а в адсорбційній колоні (наприклад 38) для затримання інертних газів, яка підлягає заповненню, встановлюють тиск вище атмосферного тиску. 8 UA 116027 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9