Комплексний пристрій для ліквідування аварій

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для локализации и ликвидации: аварий многофакторных, промышленных выбросов в окружающую природную среду (радионуклидов аварийных атомных реакторов, ядовитых химических соединений аварийных химпредприятий, пожаротушения нефте-, бензохранилищ, нефтевышек, складов, зданий, нефтеналивных кораблей и пр.). Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство улавливания расплавившихся тепловыделяющихся элементов ядерного реактора [1]. Оно имеет сферические железобетонные куполы над реактором и хранилищем радионуклидов, а также теплоизолированный лоток и приемную емкость для расплавленных радиоактивных веществ, возникающих при аварии реактора, если нет теплоотвода. Наиболее существенные недостатки выбранного прототипа: 1. Требуются значительные капитальные затраты на сооружение ж/б свода, который с учетом высоты "языка" пламени (на ЧАЭС h = 50 м) должен иметь высоту - Н (или радиус полусферы) минимум 120 м, поэтому затраты на ее сооружение составят до 50% от всех затрат на условный промобьект. 2. При вероятном взрыве 1-го контура, т.е. значительных ударных нагрузках могут разрушиться: технологическое оборудование, приборы, находящиеся под мощным сводом, что приведет к еще большим катастрофическим последствиям (неуправляемой цепной реакции деления), поэтому полусфера не должна создаваться очень прочной, следовательно, после взрыва произойдут огромные промвыбросы, а свод потребует капремонта, если он вообще частично сохранится, а выполнять ремонт, когда происходит выброс радионуклидов из реактора - дело самоубийственное. 3. Железобетонный свод нетранспортабельный, т.е. "индивидуальный" для каждого промобъекта, так как масса его порядка 100 тыс. т. 4. Железобетонный свод не срабатывает (не захлопывается) герметично в автоматическом режиме, если при взрыве (импульсе давления) погиб весь персонал, то управлять техпроцессами по локализации и ликвидации аварии просто некому. 5. Не предусмотрено устройство (объект) для сброса в него аварийного выброса, например, радиоактивного пара, при прорыве трубопровода 1-го контура АЭС (или аналогичного промобьекта). В основу изобретения поставлена задача разработки комплексного устройства для ликвидации аварий (КУЛА), в котором путем создания сварной конструкции из гофрированных, облегченных элементов, быстро монтируемой (демонтируемой), снабженной автоматическими системами точной подачи необходимых компонентов в центр аварийной зоны, управляемыми мини-ЭВМ, а также теплового (нейтронного) колпакаэкрана, складывающегося купола над зданием обеспечивается: мобильность КУЛА, надежность работы (при 100-3500°С в зоне), локализация объектов аварий (в течение 5-10 с при стационарном КУЛА на объекте), точность подачи различных веществ в центр аварии (95-100%), необходимых для каждой конкретной аварии. При этом обеспечиваются: ликвидация многофакторной аварии в кратчайшее время (1-20 мин) с минимальными затратами (порядка 0,003% капзатрат на сооружение 4 блока ЧАЭС), т.е. стоимость опытнопромышленного образца КУЛА одинарного для 4 блока минимум 0,45 млн. долл. США, двойного - 1,8 млн. долл. США, при серийном их выпуске - в 10-15 раз дешевле, а ущерб от катастрофы ЧАЭС составляет 150180 млрд. долл. США. При этом стоимость проекта-победителя Международного конкурса по ЧАЭС "РЕЗОЛЮШИН" составляет минимум 100 млн. долл. США, предлагаемого КУЛА - 1,8 млн. долл. США максимум - в этом окупаемость и чрезвычайная ее полезность с минимальными (или 100% отсутствием) экологически вредными выбросами. Для решения поставленной задачи предлагается КУЛА, содержащее крышку и опоры, в котором, согласно изобретению, имеются: - двесегментные поверхности, установленные с возможностью образования гофрированного свода при смыкании и изготовленные из жаростойких, легких материалов с вантовой системой закрепления на двух мачтовых опорах, при этом устройство снабжено системами автоматической наводки и подачи веществ, необходимых для ликвидации аварий, элементы которых смонтированы на П-образных опорах, а блоки управления - на основе мини-ЭВМ; - гофрированный свод сварен из тонколистовых (толщиной до 0,5 мм) С-образных заготовок, которые имеют общий уклон высот элементов свода, определяемых из зависимости: H³3h, где Р - максимальная высота свода (по концу громоотвода); h - высота ожидаемого "языка" пламени, а также имеется два гофрированных шлюза-воздуховода; - свод смонтирован из элементов массой до 20 т, соединенных защелками-захватами; - П-образные опоры смонтированы на шарнирах въездной и выездной арок и снабжены: замкамизахватами, концами тросов, пропущенных через четыре спаренные блока мачтовых опор, причем, пакеты трубопроводов покрыты изнутри шлакорасплавом, а снаружи на них смонтированы датчики и исполнительные механизмы систем автоматического управления; - КУЛА снабжено складывающимся куполом из стеклоткани с герметикой, выполненным по периметру карниза крыши здания (или сооружения) и полусферическим колпаком-экраном из титанового сплава, заполняемым водой или графитом, подвешенным на четырех тросовых растяжках к двум мачтовым опорам через четыре блока. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в следующем: 1. Благодаря сегментным, гофрированным, легким (массой до 20 т) поверхностям можно обеспечить сверхскоростную транспортировку, монтаж КУЛА на аварийном объекте (за 0,5-1 ч), а при стационарном КУЛА всего за 5-15 с. (Потеря даже 1 с на пожаре - это невосполнимые убытки). 2. Благодаря вентсистеме (обеспечивающей 5-10% перепад давления) 100% локализация выброса гарантируется, что очень важно (особенно при авариях типа ЧАЭС). 3. Благодаря колпаку-экрану при резком росте "языка" пламени не повреждаются свод, приборы, датчики КИП и А, монтируемые на П-образных арках, не будут образовываться радиоактивные ядра в окружающем воздухе снаружи свода под действием потока нейтронов (при аварийном реакторе), так как в колпак-экран засыпается слой графита. 4. Благодаря шлюзам-воздуховодам обеспечивается гарантия эвакуации людей из центра аварийной зоны. 5. Благодаря разновысоким мачтовым опорам можно привести свод в рабочее положение, если при этом выполнить уклон 1:10, то обеспечится сток атмосферных осадков, а зимой не произойдет обледенение, не повредятся гофры. 6. Без складывающегося купола-"мешка" можно обойтись, если пожар уже происходит, но он необходим для особоопасных объектов типа ЧАЭС, когда катастрофа развивается последовательно, в т.ч. с образованием огромного количества радиоактивного пара и необходимо "выиграть" время 5-15 с для захлопывания свода, при этом конденсируя пар внутри "мешка", т.е. на 100% исключить выброс радиоактивных материалов на территорию за пределами КУЛА. Мешок необходим для зданий, имеющих радиоактивные материалы. 7. Без мини-ЭВМ можно было бы обойтись, но для ручного (дистанционного, резервного) управления лебедками брандспбойдтами и пр. потребуются операторы, которые вынуждены будут находиться вблизи КУЛА в 10-15 м, а это небезопасно для их здоровья и жизни. Поэтому мини-ЭВМ необходима. Таким образом, КУЛА, согласно изобретению, - быстро транспортируемое, монтируемое, демонтируемое устройство, гарантирующее локализацию и ликвидацию многофакторной аварии с максимальными удержаниями экологически вредных выбросов (конденсацией, адсорбцией, фильтрацией и пр.). Острейшая потребность в таких КУЛАх имеется, особенно, после трагедий на химзаводе г. Бхопал, Индия; Чернобыльской АЭС и т.п., уносящих сотни жизни и ущерб в млрд. долл. США. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1, 2, 3 изображен общий вид в трех проекциях предложенного комплексного устройства для ликвидации аварий с вырывом гофрированного свода. На фиг. 4, 5 показаны стадии образования герметичной зоны над аварийным промобъектом (вид с торца гофрированного свода). На фиг.6 изображена часть гофрированного свода в аксонометрии в увеличенном масштабе. КУЛА (фиг. 1-3) имеет: 1 - гофрированный свод, состоящий из тонких металлических листов; 2 - основные (и запасные) электролебедки, рассчитанные на соответствующие нагрузки; 3 - тросы; 4 - блоки; 5 - несущие мачтовые опоры, при значительных размерах свода могут применяться направляющие в качестве дополнительных опор для тросов (на чертежах на обозначены); 6 - защелки и замки-захваты; 7 - растяжки; 8 полиспасты; 9 - приводы, связанные через датчики усилий с мини-ЭВМ; 10 - датчики интенсивности излучений; датчики химсостава - 11; датчики дыма - 12; 13 - телевизионные камеры; 14 - светильники; 15, 16 двухъярусная система тросов (фиг. 2, 6); 17 - шесть С-образных. арок (ребер жесткости); 18 - две П-образные арки; 19 - брандспбойдты; 20 - четыре шарнирные арки; 21,22 - два шлюза-воздуховода; 23 складывающийся купол-"мешок"; 24 – колпак-экран "блюдце"; 25 - четыре растяжки; 26 - две электролебедки, 27 - распылители хладагента, 28 - приточная вентсистема; 29 - вытяжная вентсистема. 30 - фильтры; 31 емкости, 32 - насосы; 33 - бассейн с водой, 34 - бассейн пустой, 35 - спецмашины-"роботы" КУЛА (в статическом состоянии) может находиться в двух вариантах: I - быть разобранной на узлы массой £20 т (для осуществления срочной транспортировки вертолетами с последующей сборкой на аварийном объекте в кратчайшее время), например, для ЧАЭС; II - быть смонтированной постоянно на аварийноопасном объекте, который работает в обычном режиме, но как только система контроля предаварийного состояния дает сигнал (свищ пара, газа, дыма, пламени, радионуклидов и пр.), то проходит команда на смыкание двух гофрированных поверхностей над аварийным объектом в автоматическом режиме (от мини-ЭВМ). Работа КУЛА происходит в следующем порядке. Собранный из крупных (до 20 т) узлов на объекте (с помощью вертолетов, защелок-захватов, тросов, электролебедок, блоков) свод - готов к работе в ручном, дистанционном автоматическом режиме. В автоматическом режиме: 1. Команда на смыкание гофрированного свода 1 поступает на лебедки 2, которые с помощью тросов 3, перекинутых через блоки 4, закрепленные на двух несущих мачтовых опорах (разновысоких) 5, подтягивают, поднимая одновременно навстречу друг другу герметичные, гофрированные половины свода. При этом срабатывают три замка-захвата 6 и конечные выключатели электролебедок 2, после этого начинает работать система натяжения тросов-растяжек 7 с полиспастами 8 и электроприводами 9, закрепленными на фундаментах. Усилия натяжения каждого троса сравниваются с заданным на мини-ЭВМ, при достижении заданного значения усилия электролебедка отключается. 2. Команды на включение систем автоматической, точной подачи в центр аварии необходимых веществ подают датчики интенсивности излучения 10, химического состава 11, дыма 12, а визуальный контроль и наводка брандспбойдтов 19, имеющих исполнительные механизмы, осуществляется приемными телекамерами 13 и светильниками 14 (все КИП и А с 2-3-кратным резервом). 3. Двухъярусная система тросов 15 (фиг. 4,5) Æ5мм позволяет удерживать гофрированный свод в нормальном состоянии при максимальных для конкретной местности порывах ветра, кроме того, тросы 16 Æ10-20мм позволяют передавать тянущие усилия не на гофрированные листы, в на облегченные С-образные арки 17 из титанового уголка 250x250x5, к которым крепятся также концы тросов-растяжек 7 (фиг. 4-6) Æ20-40 мм. Основная подвижная П-образная арка 18 имеет 3-5 сваренных вместе труб, покрытых изнутри шлакорасплавом для снижения истирания труб, по которым подаются сыпучие вещества-замедлители ядерных реакций, огнегасящие вещества, хладагенты, адсорбенты радионуклидов через управляемые автоматически (дистанционно) брандспбойдты 19; опорой арке 18 служит шарнирная полуарка 20, выполняющая еще и функцию въездных (выездных) ворот для робототехнических комплексов, вездеходов и спецмашин. 4. Для эвакуации пострадавших людей имеется основной 21 и запасной 22 гофрированный шлюз воздуховод - выход из аварийной зоны. 5. Если промобъект отвечает требованиям особой опасности (АЭС), то для него дополнительно сооружается складывающийся купол ("мешок") 23 из огнестойкого плотного с герметиком материала, закрепляемый по карнизу крыши здания, а также титановый колпак-экран ("блюдце") 24 на растяжках 25, управляемых двумя электролебедками 26; одновременно под купол ("мешок") по распылителям 27 подается хладагент, способствующий конденсации пара. 6. Вентсистема проточная 28 в соответствии с расчетной кратностью воздухообмена (n=1-10) подает наружный воздух (при пожаротушении нефтехранилищ, нефтевышек, судов, зданий и подобных, наоборот, приток воздуха и его вытяжка отключаются, т.е. прекращается доступ кислорода, поддерживающего горение., конечно, предварительно убедившись, что на объекте нет людей). 7. Вентсистема вытяжная 29 через фильтры 30 с 5-10% превышением расхода забирает и очищает воздух от хлопьев адсорбентов с радионуклидами, а грязные фильтры затем автоматически заменяются на чистые и отвозятся спецтранспортом на захоронение или переработку. 8. Хладагенты, огнегасящие порошки и жидкости, пена, адсорбенты могут транспортироваться совместно с разобранным КУЛА или храниться вблизи охраняемого объекта и насосами 32 подаваться по трубопроводам П-образной арки 18 и на брандспбойдты 19. 9. Для аварийного слива конденсата первого контура АЭС и временного хранения обломков атомного реактора необходимы бассейны 33 с достаточным для приема их объема, заполненных водой, а также пустой 34 для различных загрязненных конструкций. 10. Предусмотрены спецмашины 35 с дистанционным управлением для работ под сводом, способные въезжать и выезжать под шарнирной полуаркой 20. (Это робото-технические комплексы по разборке завалов, резке и пр.). Изобретение обеспечивает легкость (в 435 раз масса КУЛА меньше железобетонного свода или стального, применяемых для реакторов АЭС), транспортабельность (масса KУЛA 229-300 т, - это 15 вертолето-вылетов или 1 дирижабле-вылет к месту аварии); быстрота монтажа на аварийном объекте (0,5-1 ч, а при стационарном варианте КУЛА 5-15 с); автоматический (дистанционный, ручной) режим управления с кабельной или УКВ связью основных элементов (исполнительных механизмов) с пультом управления; тепловой экран (защита конструкций от "выбросов пламени") он же нейтронный экран (защита окружающей воздушной среды от потока нейтронов, исходящего от аварийного реактора); складывающийся купол (конденсация радиоактивного и обычного пара).