15 июля 2020

Промышленные радиационно-защитные обои Абрис РЗ

Завод герметизирующих материалов

Предлагаем вашему вниманию наш инновационный проект «Промышленные обои», направленный на минимизацию радиационного воздействия на окружающую среду и снижение затрат на утилизацию, который мы рассматриваем как серьезный вклад в создание сверхнадежных атомных объектов нового поколения. Завод герметизирующих материалов не позиционирует себя как суперэксперта в вопросах защиты окружающей среды от техногенных воздействий, однако данной публикацией мы хотим, что называется, посеять зерна нашей идеи на предмет всхожести в умах компетентных специалистов и признанных авторитетов в области атомной энергетики.

Суть идеи заключается в концепции создания специальных защитных слоев, которые обладают следующими совокупными свойствами: способны защитить материалы от агрессивного воздействия загрязняющих факторов, при этом технологичны как при нанесении, так и при снятии, а также удобны в эксплуатации.

Применение строительных, монтажных, технологических конструкций и оборудования с предварительно нанесенным специальным защитным составом.

Одним из способов уменьшения объемов промышленных отходов, является возможность более полной вторичной переработки материалов, составляющих эти отходы. В России действуют нормы, по которым объекты на которых обращались радиоактивные (или токсичные (БОВ), бактериологические) материалы, подлежат консервации с последующим обезвреживанием и только ликвидацией (утилизацией на специальных полигонах). Если конструкции не были обработаны специальными защитными составами, то только ликвидация и утилизация. Если же конструкции были обработаны специальными защитными покрытиями до ввода их в эксплуатацию, пригодность и разрешение на дальнейшую эксплуатацию этих помещений (материалов), после удаления зараженного защитного покрытия, может давать только Госкомиссия, в состав которой входят соответствующие структуры экологического, технического, санитарного надзора Российской Федерации. Но объекты (помещения, строительные конструкции и материалы) на которых обращались эти типы веществ, не допускается использовать повторно, для других производственных процессов, не связанных с данным типом загрязнений, даже с нанесением специальных покрытий, снижающих или полностью исключающее вредное воздействие.

Это одна из существенных причин низкого процента переработки образующихся промышленных отходов (Россия — до 10-15%, мировое — до 25-35%). Другая причина заключается в отсутствии в настоящее время:

  1. либо эффективных промышленных технологий очистки материалов от опасных примесей (радиационных, химических, микробиологических и прочих);
  2. либо сверхвысокая их стоимость.

Существенным фактором является также перевод в отходы, подлежащих длительному захоронению, объемных строительно-монтажных конструкций и технологического оборудования, вследствие невозможности отделить пораженные области. Последнее характерно, например, при выводе из эксплуатации ядерных объектов, опасных химических производств, животноводческих комплексов. Эти трудности и обуславливают необходимость создания значительных дополнительных полигонов промышленных отходов.

Применение строительных, монтажных, технологических конструкций, оборудования с предварительно нанесенным специальным защитным слоем (промышленными обоями Абрис), позволяет:

  1. на несколько порядков уменьшить массу и до двух порядков объем отходов, подлежащих длительному захоранению;
  2. создать надежно законсервированные источники редких и ценных элементов. При создании, в перспективе, промышленных технологий переработки данных отходов, это будет являться базовым промышленным сырьем.

Сложность реализации данного проекта заключалась в отсутствии концепции создания специальных защитных слоев, которые обладали бы необходимыми совокупными свойствами: были способны защитить материалы от агрессивного воздействия загрязняющих факторов, при этом были технологичны как при нанесении, так и при снятии, а также удобны в эксплуатации. Немаловажным фактором является возможность их массового производства и ценовая доступность.

Предлагаемая в настоящем проекте концепция создания специальных покрытий, основана на имеющихся и достаточно отработанных технологий производства изолирующих покрытий Абрис РЗ. Каждая область использования и применения специальных конструкций (промышленных обоев) будет иметь свои специфические особенности, но при этом являться частью единого комплекса.

На рисунке №1 представлены варианты нанесения покрытий на стальной профиль, бетон, алюминий.

Рисунок 1.а – Стальной профиль с защитным покрытием Абрис
Рисунок 1.б – Бетонный блок с защитным покрытием Абрис
Рисунок 1.в – Алюминиевый лист с защитным покрытием Абрис

В качестве защитного покрытия Абрис могут быть использованы композиции на основе полимерных связующих различной природы, резины и резиноподобные материалы, а также другие материалы. В качестве наполнителя используются материалы, придающие покрытию необходимые свойства (химическую стойкость, биологическую стойкость, радиационнозащитные свойства и т.д.).

Технологии нанесения покрытий, их конструктивные особенности, а также технологии снятия и утилизации защитных покрытий могут быть выбраны исходя из наибольшей эффективности для той или иной области.

Рисунок 2.а – Бетонный блок с частично снятым защитным покрытием Абрис
Рисунок 2.б – Стальной профиль с частично снятым защитным покрытием Абрис

Масса защитного покрытия составит от 0,1 до 10 % от массы объекта в зависимости от категории и вида защиты, срока эксплуатации и других факторов.

В качестве примера рассмотрим технологию уменьшения радиационных отходов.

Исходные параметры: в настоящее время проблема утилизации радиационно-загрязненных материалов выходит на основной план в части общей проблемы обеспечения переработки, консервации, захоронения промышленных и бытовых отходов. Сложность, возникающая при переработке радиационно-загрязненных материалов, заключается в необходимости их строгой изоляции от других отходов, как в случае переработки, так и в случае их захоронения. Дополнительную сложность создает длительный срок радиационной активности. Периоды полураспада основных радионуклидов составляют десятки, а то и сотни лет.

Процесс создания и накопления радиационно-загрязненных материалов в настоящее время увеличивается по мере наращивания использования радиационных материалов в промышленности (атомные реакторы различного назначения), в медицине, а так же в ряде других отраслей. Вывод достаточно большого количества отработавших свой срок ядерных реакторов также влияет на увеличение радиационных отходов.

Что утилизируется? Утилизации подлежат как отработавшие свой ресурс радиационные материалы, так и материалы, вступившие в "контакт" с радиацией. Это, начиная от капсул, содержащих отработанные материалы (стронций, уран, плутоний, радий и т.д.), заканчивая строительными конструкциями, не "очищенными" при применении различных типов дезактивации. Объем последних представляет наибольшую сложность при утилизации. Не касаясь в настоящее время всех вопросов разработки технологий дезактивации, следует принять во внимание, что существующие и перспективные методы дезактивации достаточно сложны и малоэффективны при применении их для обработки значительной части строительных конструкций. Это обусловлено тем, что строительные конструкции, как правило, имеют значительные объемы площадей, подвергающихся радиационному загрязнению. Поверхностный слой поражения радионуклидами таких материалов как бетон, металл может составлять от одного до пяти миллиметров.

Исходя из имеющейся информации об объемах материалов, подлежащих в ближайшее десятилетие утилизации, позволяет говорить о сотнях тысяч кубических метров отходов.

Принцип, на котором основано предложение по перспективам снижения будущих отходов, основан на первичной обработке всех, в первую очередь строительных конструкций, радиационно-защитным материалом Абрис определенной толщины. В зависимости от радиационной нагрузки, это материал толщиной от 1 до 10 мм (возможны и другие варианты). Материал Абрис РЗ может наноситься различными методами: приклеиванием, в том числе с самоклеящейся основой, механическим креплением, наплавлением и другими методами.

Когда заканчивается срок эксплуатации ядерного объекта, для утилизации различных конструкций, необходимо снять защитное покрытие и дезактивировать его (при необходимости утилизировать).

Пример 1. На утилизацию поступает 500 тонн металлических конструкций. Снять со всей площади поверхности металла необходимо для полной дезактивации до 7 мм. Это практически невозможно.

При использовании РЗ-защиты Абрис, необходимо снять только нанесенный защитный слой, масса которого будет не более 10-12 тонн.

Масса, подлежащая утилизации уменьшается в 50 раз, а объем, учитывая природу РЗ- защиты, в 100-200 раз.

Новизна заключается в том, что имеется промышленная технология, при минимальной доработке которой может выпускать в массовом количестве радиационную защиту Абрис.

Рисунок 3 – Радиационно-защитная панель Абрис РЗ с защитным покрытием (размер 1000х1000х25 мм, свинцовый эквивалент – не ниже 5, промышленный выпуск)

Имеющиеся в настоящее время мировые аналоги технологий производства радиационных защит либо имеют ограниченных объем выпуска, либо высокую себестоимость материалов.

Пример 2. Для предварительной защиты строительных и вспомогательных конструкций одного энергоблока типовой АЭС требуется порядка 100 тысяч квадратных метров защитного покрытия. По среднемировым ценам современных типовых РЗ-материалов потребуется на сумму порядка 500 миллионов долларов США, что практически делает малорентабельным данных проект. Предлагаемые нами технологии потребуют РЗ-покрытий на сумму порядка 20-25 миллионов долларов США.

Далее стоимость утилизации без применения нашей технологии составит не менее 150 млн. долларов США, с применением нашей технологии затраты оцениваются в 15-20 млн. долларов США. Следует учесть, что со временем стоимость утилизации и захоронения будет только возрастать.

Экономический эффект от применения технологий предварительной РЗ-защиты Абрис в перспективе может быть сопоставим со стоимость строительства самого объекта, например АЭС.

Необходимо учесть мировую практику, когда владельцы радиационно-активных отходов будут оплачивать весь период их захоронения. А предлагаемый способ приведет к снижению и этих затрат.

Вторая базовая идея, заложенная в бизнес-проект, представляет собой разработку и выпуск радиационно-защитных материалов для существующих радиационно-опасных объектов. В основу создания новых материалов положен первоначальный расчет параметров зон, подверженных радиационной нагрузке в зависимости от:

  1. природы и мощности источника излучения;
  2. расстояния от источника и длительности его воздействия.

Такой способ позволяет создать оптимальные защиты радиационно-нагруженных зон по всем спектрам от жесткого излучения, альфа-, бета-, гамма- излучений до тепловых нейтронов. Имеющаяся технология позволяет производить материалы, включающие в себя различные процентные содержания порошка (свинца, вольфрама, бора и т.д.), а также органических материалов (полиэтилена, полипропилена).

Информационно-патентные исследования по данной теме выявили следующее:

  1. в настоящее время нет промышленных предприятий, по выпуску полного спектра радиационных материалов (защищающих от всех типов излучений). Максимальная мощность аналогичных производств 1-2 тысячи тонн материалов в год. Это связано в основном с особенностями технологий производства.
  2. базовая стоимость производимых в настоящее время импортных материалов при аналогичных характеристиках значительно превосходит предлагаемые материалы от 5 до 15 раз дороже при сравнительных тактико-технических показателях.
  3. потребность в материалах по предварительной защите строительных конструкций оценивается более чем в 25 тысяч тонн в год, а по модернизации и капремонту существующих объектов более 40 тысяч тонн в год.

Также можно применить данный подход и к химически-опасным «грязным» производствам, в том числе связанным с вопросом уничтожения химического оружия, к проблемам консервации животноводческих предприятий и аналогичных по принципу «загрязнения» больших объемов строительно-монтажных конструкций.

Автор: Савченков Владимир Петрович — первый заместитель директора — главный специалист ООО «ЗГМ»