Технологии 14 октября 2011
Atomic-Energy.ru

Мобильная фильтровентиляционная установка для АЭС и радиохимических предприятий

К настоящему времени подходит к концу проектный срок эксплуатации первого поколения ядерных и радиационно опасных объектов; проектируются и строятся АЭС нового поколения. В связи с выводом из эксплуатации ядерных установок и строительством новых АЭС возникает актуальная потребность в создании, наряду со стационарными, передвижных фильтровентиляционных установок (ПФУ). Их назначение – местная очистка запыленного воздуха от аэрозолей, образующихся в ходе осуществления разнообразных технологических процессов (сварки, резки, металлообработки), и от сопутствующих им токсичных газов (оксидов хрома, марганца, радиоактивного йода, озона и т.д.).

В 2005 году ООО «ОЦНТ» в содружестве с Группой компаний «Кондиционер-сервис» и ООО «Чистый воздух» была создана первая передвижная трехступенчатая фильтрационная установка производительностью 200 м3/ч с целью сбора с поверхностей продуктов разделки ядерного топлива (порошка диоксида урана). Установка была предназначена для опытно-промышленной эксплуатации на ОАО «Машзавод» (город Электросталь Московской области). Разработанная конструкция позволяет утилизировать отдельные секции ПФУ после выработки ими ресурса и сбора накопленного полезного продукта.

Следует отметить, что, как правило, разработки специализированных предприятий по системам местной вытяжной вентиляции общепромышленного назначения не могут быть напрямую применены на ядерно-промышленных объектах, так как используемое оборудование (фильтрационное устройство) по своей геометрии не учитывает требования ядерной безопасности. Габариты оборудования влияют на критическую массу, поэтому должны учитываться требования Ростехнадзора РФ по безопасности.

В дальнейшем по договору на проведение опытно-конструкторской работы между ОАО «ОКБМ Африкантов» и ООО «ОЦНТ» была выполнена разработка технического проекта фильтровальных модулей для ПФУ с целью оснащения ими энергоблоков АЭС. Затем была проведена модернизация проекта с учетом габаритных ограничений, определяемых требованиями по возможности перемещения установки в проемах зданий АЭС, транспортировки в лифте и т.д.

В результате выполнен проект ПФУ, представленный на рисунке.

Проект фильтровальных модулей

При выборе конструкций фильтровальных модулей ПФУ был использован положительный опыт эксплуатации аэрозольных фильтров типа ФАС-3500-Д, установки фильтровальной комбинированной УФК-3500, а также результаты разработок ГНЦ РФ – ФЭИ и ООО «ОЦНТ» по сравнительным испытаниям фильтров различных конструкций, выбору новых фильтрующих и сорбционных материалов с целью переоснащения вентиляционных систем АЭС.

Из полученного опыта следовало, что для достижения требуемых технико-экономических показателей ПФУ необходимо оптимизировать процесс фильтрования воздуха с учетом режимных факторов – спектра и концентрации частиц аэрозолей, температуры, влажности очищаемого воздуха и т.д.

В связи с этими была выбрана концепция, основанная на использовании многоступенчатой очистки. Спектр частиц был принят в диапазоне от d=0,2 мкм и более, средняя концентрация аэрозолей – около 2 мг/м3. Дисперсный состав аэрозолей определил выбор фильтрующих материалов для разных ступеней очистки, а их концентрация – ресурс фильтрующих модулей. Из опыта эксплуатации высокоэффективных фильтров на АЭС следует, что при концентрации аэрозолей, равной 50 мкм/м3, ресурс фильтра составляет около двух лет. Исходя из этого значения, может быть проведен перерасчет ресурса для входной концентрации другой величины.

Технологические операции часто сопровождаются выделением токсичных газов различного состава и концентраций. Оптимальным решением для удержания этих газов является использование угольного сорбента.

Поскольку эффективная очистка воздуха от наиболее опасных радиоактивных частиц субмикронного размера обеспечивается за счет механизма диффузии частиц к поверхности волокна, это предполагает режим малых скоростей фильтрации (V≤4 cм/с), то есть развитие поверхности фильтрующего материала ступени тонкой (высокоэффективной) очистки.

Аналогично требуется обеспечение малых скоростей очищаемого воздуха и для сорбционного модуля.

Конструкция установки

Фильтровальные модули ПФУ скомпонованы в единую конструкцию, расположенную на тележке и состоящую из следующих основных элементов:

  • корпус блока фильтров;
  • первая ступень очистки: фильтр аэрозольный грубой очистки ФА-1-1500, класс очистки G4 по ГОСТ Р 51251-99;
  • вторая ступень: фильтр аэрозольный тонкой очистки ФА-2-1500, класс очистки Н11 по ГОСТ Р 51251-99;
  • третья ступень: фильтр-сорбер ФС-3-1500 или фильтр аэрозольной очистки высокой эффективности ФА-3-1500, класс очистки Н13 (Н14) по ГОСТ Р 51251-99.

Установка является разборной и допускает проведение монтажа и демонтажа любой единицы оборудования. В данном случае была выбрана трехступенчатая конструкция ПФУ, в которой, в зависимости от конкретной ситуации, имеется возможность применения в качестве третьей ступени фильтра-сорбера, либо аэрозольного фильтра высокой эффективности.

Контроль работы отдельных секций фильтра позволяет вовремя определять выработку их ресурса и осуществлять автономную замену той или иной секции с соблюдением требуемых норм безопасности.

В состав ПФУ входят также радиальный вентилятор с электродвигателем, преобразователь частоты и пускатель двигателя, вытяжные устройства или гибкие шланги.

Электродвигатель вентилятора включается пускателем, выполняющим функции защиты от перегрузки и короткого замыкания. Преобразователь частоты служит для поддержания постоянным расхода воздуха, фильтруемого через ПФУ, при изменении, в широком диапазоне, суммарного аэродинамического сопротивления фильтровальной установки. ПФУ оборудована колесами со стопорами, облегчающими перемещение и обеспечивающими жесткую фиксацию на поверхности.

Технические характеристики ПФУ

Разработанная конструкция ПФУ является одной из первых по функциональной принадлежности для нужд АЭС.

Параметр

Значение

Номинальная производительность, м3/ч

1500

Эффективность очистки, %, не менее:

 

    третья ступень – угольный сорбер

95,0

    третья ступень – высокоэффективный фильтр

99,95

Аэродинамическое сопротивление потоку воздуха (уточняется в процессе эксплуатации), Па:

 

    рабочее

650

    максимально допустимое

1500

Габариты фильтроагрегата, мм:

 

    длина

1818

    ширина

784

    высота

1790

Габариты фильтра (фильтровальных ступеней), мм:

 

    длина (вместе с фильтроагрегатом)

652

    ширина

550

    высота

1310

Масса фильтра, кг

300

Технические характеристики ПФУ (см. таблицу) по эффективности, аэродинамическому сопротивлению и пылеемкости применительно к улавливанию радиотоксичных аэрозолей и газов в сочетании с приемлемыми габаритами обеспечивают требуемые параметры очищаемого воздуха в производственных помещениях АЭС и радиохимических предприятий в процессе проведения различных технологических операций, связанных с пыле- и газообразованием.

При использовании ПФУ по прямому назначению существенно улучшаются условия труда и безопасность персонала.

Надежность и эффективность работы ПФУ благоприятно влияет на защиту окружающей среды и обеспечение безопасности населения, проживающего вблизи АЭС. Производство установок такого типа в России даст экономию валютных средств, а также позволит осуществлять экспорт подобного оборудования в другие страны.

Авторы

В.В. Ватлин, В.П. Мацюк, Ю.К. Панов, к.т.н., А.Б. Федоров (ОАО «ОКБМ Африкантов»),
П.Н. Мартынов, д.т.н., А.К. Паповянц, к.т.н., И.В. Ягодкин, к.т.н. (ГНЦ РФ – ФЭИ)