
Ультразвуковая дезактивация чехлов для ОЯТ

Для очистки чехлов для размещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) создана и испытана в натурных условиях установка ультразвуковой дезактивации, использование которой в десятки раз снижает объемы РАО и общую стоимость обращения с ОЯТ.
Современная атомная энергетика является стабилизирующей основой всего национального энергетического комплекса России. Однако накопление отработавшего топлива и отсутствие окончательного удаления радиоактивных отходов являются серьезным тормозом развития отрасли, и именно это подвергается сегодня основной критике со стороны ее противников.
В нашей стране накоплено около 15 тыс. т ОЯТ. Большую проблему представляют десятки корабельных ядерных энергетических установок, требующих разделки и утилизации по мере вывода из эксплуатации. Одним из примеров такого положения дел является территория пункта временного хранения в губе Андреева, где в результате деятельности военно-морского флота скопилось значительное количество отработавшего топлива и твердых радиоактивных отходов.
ТРО в губе Андреева включают металлические изделия различных типоразмеров:
- крупногабаритные металлические толстостенные ТРО, хранящиеся как на открытых площадках, так и в заглубленных хранилищах;
- тонкостенные металлические отходы;
- чехлы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), хранящиеся на открытых площадках навалом и в контейнерах в заглубленных хранилищах;
- цепи для подвесок чехлов с ОТВС в бассейнах выдержки;
- подъемно-транспортные цепи и т.д.
Дезактивация таких отходов на месте позволит направлять чистые и «условно чистые» металлические изделия, в том числе и из нержавеющей стали, на переплавку на специализированные предприятия и уменьшить объем РАО, подлежащих кондиционированию и долговременному хранению.
Опытная установка дезактивации
Для дезактивации чехлов для размещения ОТВС в губе Андреева опробована установка ультразвуковой дезактивации, ранее испытанная на искусственно загрязненных металлических отходах на ГУП МосНПО «Радон». Установка была размещена в отдельном отапливаемом помещении филиала №1 ФГУП «СевРАО».
Установка (рис. 1) состоит из следующих основных элементов:
- ультразвуковая ванна;
- бак для воды;
- бак подготовки раствора;
- насос Н-1;
- насос Н-2;
- шкаф управления с ультразвуковым генератором.
В ходе испытаний в губе Андреева было дезактивировано около 10 м3 металлических РАО. Коэффициент сокращения объема отходов после дезактивации и последующего кондиционирования вторичных РАО – 35.
Испытания установки проводили на фрагментах чехлов для размещения ОТВС из нержавеющей стали типов 22М и ЧТ-4, разделенных на три фрагмента и имеющих Sb-загрязнение от нескольких сотен до 18 тыс. частиц/см2*мин.
Результаты дезактивации фрагментов чехлов в различных дезактивирующих растворах представлены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты дезактивации фрагментов чехлов
Тип дезактивирующего раствора (ДР), режим обработки |
№ точки измерения, уровень загрязнения, частиц/см2*мин |
Коэффициент дезактивации |
|
|
До дезактивации |
После дезактивации |
|
ДР 1, Т = 50 0С, t= 20 мин |
I - 18000 III - 720 VI - 6130 |
I – 1000 II - 30 III – 15 IV – 20 V - 9 VI - 36 |
44.1 |
ДР 2, Т = 50 0С, t= 30 мин |
I – 60 II - 120 III – 280 IV – 60 V - 102 |
I – 24 II - 54 III – 42 |
2.88 |
ДР 3,Т = 50 0С, t= 60 мин |
I– 1800 II- 642 III– 684 |
I– 54 II- 35 III– 54 |
21.7 |
ДР 4, Т = 50 0С, t= 30 мин |
I – 300 II – 90 III – 310 IV – 120 V - 14400 |
I – <6 II – <6 III – 12 IV – <6 V - 6 |
846 |
Как видно, на одном из нескольких опробованных составов показана принципиальная возможность дезактивации фрагментов чехлов для размещения ОТВС до фоновых значений.
В процессе испытаний опытную установку дооборудовали узлами очистки промывной воды, кондиционирования отработавшего дезактивирующего раствора и сдувки газовых выделений. Основными элементами узла очистки являются мембранный фильтр и фильтр-контейнер, заполненный селективными сорбентами МДМ и «Термоксид-35», узла кондиционирования – 200-литровая бочка с одноразовой мешалкой для приготовления цементного компаунда на основе отработавшего дезактивирующего раствора. По результатам радиационного контроля дезактивированные отходы разделяли на три потока:
- неограниченного использования;
- ограниченного использования;
- радиоактивные отходы.
Сбор и хранение указанных типов отходов проводят раздельно.
Все вторичные РАО, полученные при дезактивации, подлежат кондиционированию. Отработавший дезактивирующий раствор включают в цемент; промывную воду очищают в фильтре-контейнере, при этом радионуклиды концентрируются в сорбенте. Кондиционированные вторичные отходы отправляют на долговременное хранение в специальной упаковке.
По результатам испытаний разработан проект промышленной установки для дезактивации металлических радиоактивных отходов с использованием ультразвука.
Расчет себестоимости очистки
Проведем расчет стоимости дезактивации по прямым затратам.
Допустим, необходимо очистить 1000 фрагментов чехлов общей массой около 25 т, максимальная мощность дозы γ-излучения на расстоянии 1 м от которых составляет 100 мкР/ч.
При производительности установки два чехла (50 кг) в час время переработки составит 500 часов. Средняя электрическая мощность установки – 10 кВт; стоимость 1 кВт*ч – 2 рубля.
Объемная активность отработавшего раствора после дезактивации одного фрагмента – 4,3 E+2 Бк/л по 137Cs и 1,0 E+4 Бк/л по 90Sr, 1000 фрагментов – 4,3 E+5 и 1,0 E+7 соответственно. При этом, как показывают расчет, мощность дозы γ-излучения от 200-литрового бака с раствором на расстоянии 1 м составит 70-80 мкР/час.
Предположим, что 10% активности переходит в промывную воду. Тогда в результате дезактивации 1000 фрагментов активность промывной воды будет равняться 1,0 E+7*200 л*10% = 2,0 Е+8. Для очистки воды такой активности достаточно одного фильтра-контейнера ФК-1.
200 л отработавшего раствора необходимо включить в цементный компаунд. При цементировании таких ЖРО соотношение «раствор – цемент» составляет 0,6. В одну 200-литровую бочку необходимо залить 100 л раствора и засыпать, перемешивая, 4 мешка цемента по 50 кг каждый. То есть при дезактивации 1000 фрагментов чехлов образуется две 200-литровых бочки с цементным компаундом на основе отработавшего дезактивирующего раствора.
Общий объем вторичных РАО, направляемых на хранение, в итоге составит 0,7 м3.
Расчет себестоимости переработки 1000 фрагментов чехлов для размещения ОТВС представлен в таблице 2.
Таблица 2. Расчет себестоимости переработки чехлов для размещения ОТВС (1000 фрагментов или 25 т металла)
Наименование |
Ед. изм. |
Кол-во |
Цена ед., руб. |
Сумма, руб. |
|
Материалы |
|||||
Дезактивирующее средство |
л |
50 |
100 |
5 000 |
|
Вода |
т |
1 |
50 |
50 |
|
Серная кислота |
кг |
10 |
25 |
250 |
|
Гидроксид натрия |
кг |
10 |
25 |
250 |
|
Цемент |
т |
0.4 |
6000 |
2400 |
|
Фильтр – контейнер |
шт. |
1 |
45000 |
45000 |
|
ИТОГО: |
|
|
|
52950 |
|
Затраты на оплату труда специалистов на рабочий период |
|||||
( 2 человека в смену * 500 часов * 100 руб./ч) |
|
|
100000 |
||
Отчисления на социальные нужды |
|
26,3% |
26300 |
||
Затраты на электроэнергию |
|||||
Наименование |
Мощность, кВт/стоимость кВт*час, руб. |
Время работы, ч |
Цена, руб. |
||
Оборудование |
10/2 |
500 |
10000 |
||
Амортизационные отчисления на полное восстановление основных производственных фондов |
|||||
Наименование |
Балансовая стоимость, руб. |
Годовая норма амортизационных отчислений |
Затраты, руб |
||
Оборудование |
500000 |
14% * 500 ч : 2000 ч |
17500 |
||
Хранение кондиционированных РАО |
|||||
|
Ед. изм. |
Кол-во |
Цена ед., руб. |
|
Сумма, руб. |
Хранение |
м3 |
0.7 |
125000 |
|
87500 |
|
|
|
|
|
|
ВСЕГО |
|
|
|
|
294250 |
Таким образом, себестоимость переработки 1 кг радиоактивно загрязненных металлических отходов составит 11,8 рублей, что значительно меньше стоимости нержавеющей стали в пунктах приема вторсырья.
Это лишь оценочный расчет, однако, он показывает, что дезактивация чехлов для размещения ОТВС с помощью ультразвуковой установки является рентабельной. При этом следует учесть, что при использовании этой технологии объем кондиционированных РАО уменьшается более чем в 30 раз – следовательно, многократно сокращаются расходы на последующее долговременное хранение, которое, как правило, еще более затратное, чем переработка.
Авторы
ГУП МосНПО «Радон» | Международный центр экологической безопасности Минатома России |