Способ промышленной дезинтеграции кораблей и судов с ядерными энергетическими установками

 

Использование: обработка кораблей и судов с ядерными энергетическими установками, отслужившими срок эксплуатации. Сущность: способ промышленной дезинтеграции кораблей и судов с последующей дезактивацией измельченных частей заключается в том, что корабли и суда разделяют на части химико-механической резкой с использованием удлиненных элементов, имеющих кумулятивную выемку, направленную на материал корпуса. Элементы заполняют бинарной смесью со стабилизирующей добавкой и инициатором подрыва смеси, при этом в качестве бинарной смеси могут быть использованы жидкие компоненты горючего и окислителя, в качестве стабилизирующей добавки - соль марганца, а в качестве инициатора - смесь неорганических солей и электровоспламенитель. Корпус разделывают на три части. Среднюю часть корабля с ядерной энергетической установкой отделяют, разделывают на более мелкие части, и проводят дезактивацию методом переплавки. Плавку проводят в присутствии флюса в количестве 1,0-2,0% от веса плавки. В качестве флюса может быть использована смесь MgO+Al₂O₃+SiO₂+CaF₂ с углеродистым компонентом. При переплавке отделяют очищенный от радионуклидов металл, который направляют в производство, шлак с радионуклидами и газы утилизируют, при этом шлак остекловывают для захоронения, а газы очищают на фильтрах Петрянова. Преимущественно по способу плавку ведут так, чтобы активность очищенного металла составляла не более 10% от начальной, активность шлака - не менее 90% от начальной, а активность отходящих газов - не более 3% от начальной. При осуществлении способа достигается высокая степень радиационной и экологической безопасности процесса. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к физико-технологическим процессам дезинтеграции кораблей и судов с ядерными энергетическими установками, отслужившими срок эксплуатации с осуществлением одновременно дезактивации агрегатов ЯЭУ, подверженных радиоактивному заражению наведенной и остаточной активностью.

В настоящее время известны направления решения этой научно-технологической проблемы, наиболее представительными из которых можно считать процесс дезинтеграции, при котором производят разборку корпуса и конструкций объекта (корабля, судна), с помощью ручных инструментов, на отдельные составляющие с последующей утилизацией их по назначению [1, 2] Принципиальными и существенными недостатками этого способа являются высокие трудо- и энергозатраты, низкая производительность при значительном времени работ. Кроме того, условия работ требуют соблюдения особых правил техники радиационной безопасности и не решают при этом основных экологических задач ввиду того, что ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) не подвергается обработке и сохраняется с высокорадиоактивными характеристиками.

Наиболее близким по физико-технологической сущности является способ дезинтеграции кораблей и судов с ЯЭУ, снятых с эксплуатации, включающий разборку объекта (корабля, судна) на чаcти, сортировку и утилизацию частей [2] При осуществлении известного способа, также так и в аналогах, используют ручной инструмент и средства так называемой малой механизации, что ведет к значительным трудозатратам процесса дезинтеграции, приводит к нарушению санитарных и экологических норм радиационной безопасности процесса. Затраты времени значительны и составляют до полугода (от 4-х месяцев) на один объект, что усугубляет процесс контроля радиационной ситуации вокруг объекта и отделяемых порознь складируемых частей; отсутствие гарантии соблюдения радиационной и экологической безопасности ведения работ при разработке, перемещении, складировании, хранении и захоронении радиоактивных узлов и агрегатов объекта ставит известный способ в ряд промышленно не применимых процессов, как не гарантирующих соблюдение норм радиационной и санитарной безопасности, и экологических характеристик.

Предлагаемый заявителем способ промышленной дезинтеграции кораблей и судов с ЯЭУ, снятых с эксплуатации, устраняет указанные принципиальные недостатки прототипа, т.е. направлен на повышение чистоты и культуры данного процесса за счет более высокого соблюдения радиационной и экологической безопасности при переработке корпуса объекта и гигиенически безопасного превращения частей корпуса объекта в экологически надежную форму утилизации и захоронения, что приводит его к осуществлению промышленным технологическим способом при автономности и автоматизации всего комплекса указываемых далее операций данного процесса.

Указанные преимущества заявляемого способа, включающего разборку дезинтегрируемого объекта на составляющие его части, сортировку и утилизацию частей, достигаются за счет того, что корпус объекта разделывают направленными линейными взрывами по меньшей мере на три отдельные части, выделяют при этом среднюю часть с ЯЭУ, которую удаляют от остальных частей и с помощью указанных линейных направленных взрывов разделывают ее на более мелкие составляющие ее монолитную структуру части при этом выделяют радиоактивный металл (материал) и подвергают его дезактивации за счет перевода в расплавленное состояние, при котором отделяют металл, шлак и газы и утилизируют их по назначению: металл - в основное производство (например, для изготовления корпусов реакторов), шлак остекловывают и отправляют на захоронение в региональный могильник, а газы отводят через фильтры Петрянова на очистку от радиоактивной пыли и паров.

При этом после перевода разделанных на более мелкие части агрегатов ЯЭУ в расплавленное состояние выделяют металл с остаточной активностью (по ⁶⁰CO и ⁵⁹Fe) не более 10% от начальной, выделяют шлак с активностью не менее 90% от общей начальной, отводят газы с активностью не более 3% от общей начальной радиоактивности загрузки для плавки.

При переводе в расплав загрузки используют флюс в количестве 1,0-2,0% от общего веса плавки, используя при этом специальный состав флюса, раскрываемый далее в описании.

Разделку, как указано выше, корпуса ведут химико-механической резкой с использованием удлиненных элементов, имеющих кумулятивную выемку, направленную на материал корпуса, и заполненных бинарной смесью со стабилизирующей добавкой и инициатором подрыва смеси.

Причем в качестве бинарной смеси используют жидкое горючее и окислитель, а в качестве стабилизирующей добавки, например, соль марганца, в качестве инициатора смесь неорганических солей с воспламенителем смеси, например, электрического типа.

Указанная совокупность существенных признаков описываемого способа, составляющая предмет патентных притязаний заявителя, позволяет реализовать промышленную переработку кораблей и судов с ЯЭУ, снятых с эксплуатации и подлежащих по конверсии дезинтеграции, т.к. заложенные принципиальные приемы процесса отвечают современным экологическим требованиям и международным нормам радиационной и гигиенической безопасности процесса на всех стадиях его осуществления.

Способ промышленной дезинтеграции кораблей и судов с ЯЭУ, снятых с эксплуатации, осуществляют, согласно данному предложению заявителя, следующим образом.

Объект (корабль или судно) с ЯЭУ на борту подвергают разделке на отдельные части, по меньшей мере на три (возможно и более по требованию конкретного технологического процесса), за счет расположения на материале корпуса удлиненных элементов, заполненных бинарной смесью и остальными компонентами, как указано выше, при этом корпус может быть опоясан бандажом из этого элемента одновременно на всех указанных линиях намеченной разделки корпуса (т.е. по его обертывающей). При соблюдении пиротехнических правил осуществляют инициирование и подрыв смеси в удлиненном элементе, опоясывающем корпус объекта по линиям намеченной разделки. После разделки единого корпуса объекта на части, среднюю часть, содержащую ЯЭУ (ЯППУ), отводят от остальных частей, размещают в специальной рабочей камере (бункере) и подвергают более мелкой разделке такими же элементами с ВВ на части, подлежащие точной сортировке на высокорадиоактивные, средне- и низкоактивные, которые подвергают дальнейшей переработке переводят в расплавленное состояние за счет загрузки в плавильную печь (мартен, конвертор и т.п.).

Плавку загрузки ведут при добавке флюса, содержащего смесь: MgO+Al₂O₃+SiO₂+CaF₂ с добавкой углеродистого компонента, причем вес флюса составляет 1,0-2,0% от веса плавки (т.е. загрузки под плавку, в которую "загрузку" входят только материалы, полученные от разделки ЯЭУ объекта.

Плавку ведут до получения чистого металла, шлака и газов (получаемых от возгонки содержащихся материалов в пары), причем получаемый металл контролируют по фону активности, чтобы его активность не превышала 1/10 от общей начальной активности, плавки, отводимые при этом на очистку на фильтры Петрянова газы содержат не более 135 активных частиц, а получаемый шлак содержит не менее 9/10 радиоактивных отходов, первоначально содержащихся в плавке (загрузке).

Такой принципиальный процесс дезинтеграции с одновременной дезактивацией объекта обеспечивает комплексную его переработку, в отличие от аналогов, где отделенный ядерный отсек (с ЯППУ) передается на длительное неопределенное хранение, связанное с опасностью для среды обитания, т.к. подобный крупногабаритный объект, несущий в себе несколько сот тысяч Кюри радиоактивных веществ, представляет собой высокую степень экологической опасности, в то время, как кардинальное решение этой проблемы откладывают далеким потомкам.

В результате реализации разработанного заявителем способа при химико-механической разделке корпуса и ЯЭУ (ЯППУ) и плавке получают слитки металла, содержащие наведенные радиоактивные вещества, удерживающиеся в этом металле на молекулярном уровне (это ⁶⁰СО, ⁵⁹Fe).

Остальные высокорадиоактивные вещества: стронций, церий, цезий, уран, плутоний, и др. при плавке, благодаря добавляемому флюсу, переходят в шлак, который разливают в формы, удобные для транспортировки и захоронения, вместе с формой остекловывают, получая надежный для длительного хранения высокоактивный РАО.

Пример. Способ промышленной дезинтеграции реализуют на подводном корабле, т. е. переработке подвергают подводную лодку с ЯЭУ. Этот объект подвергают разделке, например, в сооружении, в доке, за счет опоясывания его бандажами с указанным гибким элементом ВВ. Реакторный отсек отделяют подрывом ВВ от носовой и кормовой частей, и отводят плавсредством или по рельсам в камеру для дальнейшей переработки, где ЯЭУ разделывают на более мелкие части.

В качестве ВВ используют смесь горючего и окислителя, например, светильный керосин и азотную кислоту с включением стабилизирующей добавки, например, соли марганца, и включением индивидуального химического инициатора из смеси неорганических солей, например, алюминия и магния при использовании электровоспламенителя. Такая смесь не реагирует на вспышку, не детонирует и относительно безопасна в хранении, т.к. компоненты хранят в отдельных удлиненных шлангах, образующих в сборе кумулятивную выемку, ориентированную на материал корпуса объекта.

После разделки корпуса ЯЭУ (ЯППУ) на более мелкие части, подлежащие загрузке в плавильную печь, в печь также загружают флюс из смеси: MgO+Al₂O₃+SiO₂+CaF₂ + углеродистый наполнитель, при общем весе флюса от 1,0-2,0% от общего веса загрузки для плавки. Соотношение между указанными ингредиентами выбирают в пределах: (20-40% )+(10-15%)+(20- 40%)+(15-20% )+(10-20% ), это обеспечивает накопление в образующемся при плавке шлака при высокой концентрации радиоактивных веществ в этом шлаке до 90% и не менее 90% в то время как в металле остается не более 10% активности за счет молекулярно связанного СО-60 и Fe-59. Отводимые газы содержат не более 3/100 активности и фильтруются, например, на фильтрах Петрянова.

Такой процесс дезинтеграции и дезактивации объекта позволяет получить металл со степенью дезактивации, позволяющей после его определенной обработки, использовать в основном производстве.

Получаемый шлак высокоактивен и по отдельным элементам имеет показатели: по стронцию 10³-10⁶; по церию 10⁵-10⁶; по цезию 10³-10⁴-10⁶; по плутонию 10³; по урану 10²; по кобальту 10¹. Этот высокоактивный шлак подвергают остеклованию и направляют для захоронения: как РАО, в региональный могильник.

Таким образом, разработанный способ высокоэффективен, надежен и отвечает современным требованиям к обращению с подобными объектами и РАО.

Формула изобретения

1. Способ промышленной дезинтеграции кораблей и судов (объектов) с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), снятых с эксплуатации, включающий разделение объекта на части, сортировку и утилизацию частей, отличающийся тем, что корпус объекта разделывают химико-механической резкой с использованием удлиненных элементов, имеющих кумулятивную выемку, направленную на материал корпуса, и заполненных бинарной смесью со стабилизирующей добавкой и инициатором подрыва этой смеси, разделку корпуса ведут по меньшей мере на три части, при которой выделяют среднюю часть объекта с ядерной энергетической установкой, удаляют эту часть от остальных частей и с помощью указанной резки разделывают ее на более мелкие составляющие части, при этом выделяют радиоактивный металл и подвергают его дезактивации за счет перевода в расплавленное состояние, причем плавку ведут с добавкой флюса в количестве 1,0 2,0% от веса плавки, при которой отделяют металл, шлак и газы и утилизируют их по назначению: металл в основное производство, шлак остекловывают для захоронения, а газы очищают на фильтрах Петрянова.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после перевода в расплавленное состояние выделяют металл с остаточной активностью не более 10% от начальной, отделяют шлак с активностью не менее 90% от общей начальной активности и отводят газы с активностью не более 3% от начальной общей.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют смесь: MgO + Al₂O₃ + SiO₂ + CaF₂ с углеродистым компонентом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве бинарной смеси используют жидкие компоненты горючего и окислителя, в качестве стабилизирующей добавки соль марганца, а в качестве инициатора используют смесь неорганических солей и электровоспламенитель.