Передвижная установка для очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий

 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды, в частности, предназначено для ликвидации аварий на предприятиях, работающих с радиоактивными материалами. Сущность изобретения: передвижная установка для очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий содержит средство передвижения, средство управления, откачивающий и нагнетающий газоводы, блоки очистки газов от токсичных веществ и аэрозольных частиц, соединенные между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас, вентиляторный блок, трубопроводную арматуру, датчики давления и температуры. Кроме того, в установку введены блоки контроля влажности, расхода газовой среды, концентрации и дисперсности, содержащихся в газовой среде α-, β-, γ-радиоактивных аэрозолей, контроля объемной концентрации оксида углерода, радиоактивного йода, паров соляной кислоты, трития и установлены на входе и выходе откачивающего и нагнетающего газоводов. При этом датчики температуры и давления установлены в этих блоках, а также в установку введены блок осаждения трития, блок осушки, блок очистки газового потока от паров соляной кислоты, блок очистки газового потока от радиоактивного йода. Все блоки, кроме блоков контроля, содержат аппаратуру детектирования γ-излучения для контроля степени загрязненности блоков. Блок по очистке газового потока от токсичных веществ и аэрозольных частиц выполнен из двух подблоков, один из подблоков предназначен для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц, а другой - от мелкодисперсных аэрозольных частиц. Средство управления выполнено в виде автоматизированного комплекса с программным управлением и имеет связь с блоками контроля, трубопроводной арматурой и аппаратурой детектирования γ- излучения. Все блоки соединены между собой трубопроводами в последовательную схему с возможностью переключения через байпасные линии с помощью средства управления таким образом, что прохождение газового потока через блоки осуществляется в любой последовательности. Средство передвижения установки представляет собой самоходное шасси с приводом от двигателя, и все блоки установлены на нем. Преимущества изобретения заключаются в повышении многофункциональности и безопасности мобильной связи. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области ликвидации последствий аварий и может быть использовано, в частности, для оперативной ликвидации последствий аварий на атомных электростанциях, на предприятиях, производящих радиоактивные изотопы и ядерные материалы, в научно-исследовательских лабораториях, работающих с радиоактивными материалами.

Известен передвижной аппарат для очистки воздуха. Аппарат содержит удлиненное полое плоское основание, шкаф, закрепленный на основании с удлиненной крышкой, имеющей выпускное отверстие для воздуха с фильтром-диффузором. Основание имеет впускное отверстие для воздуха, закрытое защитной решеткой. В основании расположен гидрофильтр, представляющий собой набор верхних и нижних перегородок. Основание аппарата снабжено средствами передвижения. Шкаф выполнен в виде трех секций. В первой секции закреплен фильтр для мелкодисперсных частиц и угольный фильтр. Средняя секция в нижней части имеет пылесборник. Вентилятор закреплен в нижней части последней секции. К шкафу прикреплены боковые пылезаборники (патент РФ 2042398 от 09.01.92, МПК 6 В 01 D 47/02, 47/12, опубликован в БИ №24 от 27.08.95).

Недостатком данного аппарата является отсутствие средств контроля за процессом фильтрации воздуха, что может привести к недостаточной степени его очистки. Очевидно и то, что имеющийся в аппарате набор фильтров не может эффективно очищать воздух от радиоактивных аэрозолей, в том числе находящихся в паровой фазе, и от радиоактивных газов. Кроме того, имеющееся в данном аналоге средство передвижения позволяет перемещать аппарат только в пределах помещения, что существенно снижает его мобильность.

Известна передвижная лаборатория радиационного контроля, содержащая основную группу оборудования, включающую в себя аппаратурный комплекс, предназначенный непосредственно для определения содержания радиоактивных веществ в пробах воды, почвы, воздуха, и вспомогательную группу оборудования, включающую в себя приборы и приспособления для обеспечения оптимальных условий эксплуатации основного оборудования, а также создания нормальных условий труда обслуживающего персонала. Аппаратурный комплекс состоит из приборов для измерения концентрации радиоактивных аэрозолей в воздухе, уровней гамма-излучения, уровней радиоактивного загрязнения поверхностей, для оценки содержания стронция-90 в пробах почвы, искусственных альфа-излучающих нуклидов в пробах почвы, воды, растительности и продуктах питания, гамма-спектрометрического определения удельной массовой активности цезия-137 в пробах окружающей среды, приборов экспресс-анализа для оценки повышенного содержания цезия-137 в пробах почвы и воды, бета-активности цезия в пробах окружающей среды и продуктах питания, счетчик излучения для измерения содержания гамма-излучающих радионуклидов в критических органах и во всем теле человека, оборудование для отбора и подготовки проб (свидетельство РФ на полезную модель 0002226 от 27.12.94, МПК 6 В 60 Р 3/32, G 01 N 23/00, опубликовано 16.06.96).

Основным недостатком данной лаборатории является отсутствие в ней оборудования для очистки воздуха от радиоактивных и токсичных веществ. Вследствие этого она не может быть использована для оперативной ликвидации последствий аварий.

В качестве прототипа выбрано устройство для тушения пожара и очистки газовой среды от дыма и токсичных газов внутри герметичного помещения.

Для транспортировки с места хранения, доставки в отдельное закрытое помещение, очистки от дыма и токсичных веществ, особенно оксида углерода, применена передвижная тележка на “воздушной подушке” с газоочистным агрегатом, включающим мокрые фильтры, нагреватель газа с гопкалитом или другим катализатором доокисления СО, озонатором, вентилятором, пенным охладителем и энергообеспечением по гибкому кабелю, причем средства подачи применяемых растворов могут быть соединены системой подающих и сливных трубопроводов с резервными источниками питания. Устройство содержит откачивающий и нагнетающий газоводы, средство управления, датчики давления и температуры. Фильтры и катализатор доокисления СО соединены между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас (патент РФ 2026121 от 28.12.90, МПК 6 В 08 В 15/00, опубликовано в БИ №1 от 09.01.95).

Недостатком данной конструкции является отсутствие средств контроля за содержанием вредных веществ в помещении, где проводится очистка, а также недостаточным для эффективной очистки воздуха от радиоактивных веществ и сопровождаемым авариям с пожаром выбросов паров соляной кислоты и воды - набором фильтров. Кроме того, средство управления в устройстве работает только в ручном режиме, что также снижает вероятность эффективной очистки воздуха из-за наличия человеческого фактора и уменьшает безопасность проведения работ в связи с присутствием оператора на месте аварии. Поэтому это устройство не может решать задачу предполагаемого изобретения.

Решаемая техническая задача состоит в разработке мобильной установки для комплексной автоматизированной очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий (в том числе сопровождаемых пожаром), в частности, с радиоактивными веществами: тритием, радиоактивным йодом, радиоактивными аэрозолями.

Технический результат заключается в возможности проведения комплексной очистки воздуха в автоматизированном режиме, в том числе от радиоактивных веществ, на месте аварии с постоянным контролем эффективности степени очистки, а следовательно, в повышении многофункциональности и безопасности мобильной установки.

Достижение технического результата обеспечивается передвижной установкой, содержащей средство передвижения, средство управления, откачивающий и нагнетающий газоводы, блоки очистки газов от токсичных веществ и аэрозольных частиц, вентиляторный блок, трубопроводную арматуру и датчики давления и температуры. Блоки соединены между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас. В установку введены блоки контроля влажности, расхода газовой среды, концентрации и дисперсности содержащихся в газовой среде α-, β- и γ- радиоактивных аэрозолей, контроля объемной концентрации оксида углерода, радиоактивного йода, паров соляной кислоты и трития. Блоки контроля установлены на входе и выходе откачивающего и нагнетающего газоводов, при этом датчики температуры и давления установлены в этих блоках. В установку также введены блок осаждения трития, блок осушки, блок очистки газового потока от паров соляной кислоты, блок очистки газового потока от радиоактивного йода. Все блоки кроме блоков контроля содержат аппаратуру детектирования γ-излучения для контроля степени загрязненности блоков. Блок по очистке газового потока от токсичных веществ и аэрозольных частиц выполнен из двух подблоков. Один из подблоков предназначен для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц, а другой - от мелкодисперсных аэрозольных частиц. Средство управления выполнено в виде автоматизированного комплекса с программным управлением. Средство управления имеет связь с блоками контроля, трубопроводной арматурой и аппаратурой детектирования γ-излучения. Все блоки соединены между собой трубопроводами в последовательную схему с переключением через байпасные линии с помощью средства управления таким образом, что прохождение газового потока через блоки осуществляется в любой последовательности. В установке средство передвижения представляет собой самоходное шасси с приводом от двигателя. На шасси установлены все блоки установки.

Подблок для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц выполнен в виде электрофильтра.

Подблок для очистки от мелкодисперсных аэрозольных частиц включает фильтрующий элемент из электролитических порошков на основе никеля.

Блок по очистке газового потока от радиоактивного йода содержит сорбирующее вещество, например термоксид 58.

Блок осушки разделен на два подблока, и в каждом в качестве осушающего вещества применен цеолит. Блок по очистке газового потока от паров соляной кислоты представляет собой тканевый фильтр, например, с тканью ВИОМ-АНЗ. Установка снабжена вентиляционным щитом.

Показания блоков контроля давления, температуры, влажности, расхода газовой среды, концентрации и дисперсности содержащихся в газовой среде α-, β- и γ-радиоактивных аэрозолей, контроля объемной концентрации оксида углерода, радиоактивного йода, паров соляной кислоты и трития, установленных на входе и выходе откачивающего и нагнетающего газоводов, позволят задавать с помощью средства управления оптимальные, наиболее эффективные для данного вида аварии режимы очистки газового потока, а также позволяют оценивать на каком этапе работоспособности находится каждый блок очистки в процессе полного цикла очистки, кроме того, отслеживают загрязненность не имеющих защиты трубопроводов.

Введение в конструкцию установки блока очистки газового потока от паров соляной кислоты, блока осушки и подблока для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц обеспечит первоначальную очистку газового потока от паров соляной кислоты, паров воды, крупнодисперсной пыли и оксида углерода. Дело в том, что эти включения сильно влияют на процесс очистки газового потока от радиоактивных веществ. Пары соляной кислоты и воды, а также сравнительно крупнодисперсная пыль и оксид углерода загрязняют и “отравляют” те блоки, которые предназначены для очистки радиоактивного йода, мелкодисперсной радиоактивной аэрозоли и осаждения трития.

Аппаратура детектирования γ-излучения, содержащаяся в блоках, обеспечит контроль степени загрязненности блоков, что, во-первых, позволит получать более полную информацию о процессе очистки, а, во-вторых, при превышении допустимых значений загрязненности того или иного блока γ-радиоактивными веществами (что указывает на исчерпание ресурса блока) проводить необходимые регламентные работы.

Выполнение средства управления в виде автоматизированного комплекса с программным управлением, который имеет связь с блоками контроля, трубопроводной арматурой и аппаратурой детектирования γ-излучения, позволит автоматизировать процесс очистки. При этом, во-первых, будет уменьшено до минимума влияние человеческого фактора на процесс очистки, во-вторых, существенно возрастет безопасность проведения работ, т.к. отпадет необходимость присутствия оператора на месте аварии.

Введение в установку дополнительных блоков очистки в совокупности с последовательным соединением блоков между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпасные линии с помощью средства управления таким образом, что прохождение газового потока через блоки осуществляется в любой последовательности, позволит задействовать в автоматизированном режиме только те блоки, которые необходимы для очистки данного вида радиоактивного загрязнения. При этом наиболее рациональным образом используется трубопроводная арматура. Таким образом, решается задача возможности комплексной автоматизированной очистки газового потока от различных видов загрязнений в одной установке.

Выполнение средства передвижения в виде самоходного шасси с приводом от двигателя обеспечит большую мобильность установки и повысит возможность для маневра. Тем самым будет обеспечена оперативность при ликвидации последствий аварий, что особенно важно при авариях с радиоактивными веществами.

Входящие в блоки фильтрующие элементы из ткани ВИОМ-АНЗ, из электролитических порошков на основе никеля, фильтрующие элементы, содержащие сорбирующие вещества термоксид 58 и цеолит, увеличивают эффективность очистки газового потока от паров соляной кислоты, мелкодисперсной фракции радиоактивных аэрозолей, радиоактивного йода и паров воды.

Вентиляционный щит позволит производить очистку газового потока по так называемому замкнутому циклу до тех пор, пока содержание вредных веществ в газе не уменьшится до допустимого уровня.

В заявляемой установке реализован принцип каскадности очистки, последовательность очистки от каждого предыдущего позволяет не “отравлять” последующий фильтр. Это осуществляется введением блоков очистки газового потока от паров соляной кислоты, блока осушки и подблока очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц. Проведение такой очистки исключает “отравление” блоков для очистки радиоактивного йода и др. Все эти операции проводят с непрерывным контролем в процессе очистки. Этот новый подход дает возможность эффективной комплексной очистки от вышеупомянутых компонентов. В установку заложен принцип самоконтроля, т.е. способность оценки работоспособности блоков очистки, реализуемый с помощью блоков контроля и аппаратуры детектирования γ-излучения.

На фиг.1 представлена схема установки, где:

- 1-33 - переключающие краны.;

- 34 - блок входного контроля;

- 35 - блок выходного контроля;

- 36 - блок осаждения трития;

- 37 - блок осушки;

- 38 - блок очистки газового потока от паров соляной кислоты;

- 39 - блок очистки газового потока от радиоактивного йода;

- 40 - подблок для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц;

- 41 - фильтр для очистки от мелкодисперсных аэрозольных частиц;

- 42 - вентиляционный щит;

- 43 - вентиляторный блок.

Рассмотрим пример конкретного выполнения установки, реализующей заявляемую установку для очистки воздуха в помещениях после аварий с радиоактивными веществами:

- блок по очистке газового потока от радиоактивного йода 39 содержит сорбирующее вещество термоксид 58, представляющее собой синтетический материал на основе трудно растворимых неорганических соединений в виде прочных сферических гранул;

- подблок для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц 40 выполнен в виде электрофильтра;

- подблок для очистки от мелкодисперсных аэрозольных частиц 41 включает фильтрующие элементы из электролитических порошков на основе никеля;

- в блок осушки 37, состоящий из двух частей засыпан цеолит;

- блок по очистке газового потока от паров соляной кислоты 38 представляет собой тканевый фильтр. В фильтре применена ткань ВИОМ -АНЗ;

- между вентиляционным щитом 42 и блоками очистки размещены трубопроводы в виде шлангов, которые не имеют защиты от γ-излучения и могут стать причиной облучения персонала. Оценка блоками контроля уровня радиационного загрязнения дает возможность принять решение о применении индивидуальных средств защиты персонала.

Составные части установки размещаются на шасси автомобиля “Урал”, имеющего прицеп на жесткой сцепке (не показано).

Работает устройство следующим образом.

При аварии автомобиль подъезжает к помещению, в котором произошла авария, например, с радиоактивными веществами. С помощью вентиляционного щита 42 закрепляются входной и выходной газоводы (например, в оконном проеме), имеющие выходы в помещение. При этом сама установка располагается за пределами помещения на безопасном удалении.

В зависимости от вида аварии задается алгоритм работы устройства.

Например, при аварии с выбросом урана 235 или плутония 239 процесс очистки газового потока разделяется на два цикла (практически для любого вида аварии с радиоактивными веществами процесс очистки разделяется на два цикла).

Первый цикл включает прохождение газового потока через блок очистки газового потока от паров соляной кислоты 38 (чертеж), одну из частей блока осушки 37 и байпасную линию, подблок для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц 40, вентиляторный блок 43. Краны 1, 2, 3, 23, 25, 4, 5, 26, 31 при этом открыты. Газ, проходя через ткань ВИОМ - АНЗ, цеолит и электрофильтр, очищается от паров соляной кислоты и воды, оксида углерода и крупнодисперсных аэрозолей.

Направление потока через байпасную линию и лишь через одну из частей блока осушки 37 обусловлено проведением экономичного режима осушения. Для эффективной очистки газового потока в блоках установки достаточно снизить влажность воздуха до 70%. Учитывая высокую способность цеолитов к поглощению влаги, достаточно часть (примерно половину) газового потока осушить, например, до влажности не превышающей 30-40% (как раз такие величины влажности и обеспечиваются блоком осушки 37). Затем осушенная часть газового потока смешивается с влажной частью газового потока. Суммарная влажность при этом не превысит необходимых для эффективной очистки 70%. Таким образом, цеолит используется для отбора минимально необходимого количества влаги. Ресурс блока осушки в этом случае повышается.

Газовый поток, прошедший такую первичную очистку, выбрасывается через вентиляционный щит 42 опять в помещение. Количественные показатели содержания примесей в газовом потоке постоянно поступают с блоков входного 34 и выходного контроля 35, а также аппаратуры детектирования γ-излучения, находящейся в блоках очистки и осушки, в комплекс управления. Первый цикл очистки завершится только тогда, когда содержание паров соляной кислоты, паров воды, крупнодисперсных аэрозолей и оксида углерода в газовом потоке не снизится до приемлемого уровня.

После этого комплекс управления закрывает краны 4, 23 и 25 и открывает краны 29, 6, 7, 11, 9, 15, 22 21, 13, 8. Происходит переключение на байпасные линии для обеспечения очистки газового потока во втором цикле.

Газовый поток во втором цикле будет проходить не только через блоки очистки газового потока от паров соляной кислоты 38, вторую часть блока осушки 37, байпасную линию и подблок для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц 40, но и через подблок для очистки от мелкодисперсных аэрозольных частиц 41, в котором газовый поток очищается от радиоактивных аэрозолей с размером частиц до 0,15 мкм. Первый цикл очистки предохраняет подблок для очистки от мелкодисперсных аэрозольных частиц 41 от воздействия паров соляной кислоты, воды, оксида углерода и крупнодисперсной пыли, способных быстро вывести подблок из строя.

Аналогично процессу очистки газовой среды при аварии с ураном 235 или плутонием 239 происходит процесс очистки и при аварии с изотопным источником, например, кобальтом 60 (в том числе при аварии с пожаром), и при аварии с выделением трития. Газовый поток с помощью переключения на байпасные линии будет направляться для очистки от радиоактивных веществ по наиболее короткому пути в те блоки установки, которые и предназначены для их осаждения.

Особую роль в установке играет средство управления, выполненное в виде автоматизированного комплекса с программным управлением. В комплексе считываются показатели с блоков контроля и аппаратуры детектирования γ-излучения блоков очистки и осушки, а затем анализируются с помощью программных средств. После того как сочетание показаний с блоков контроля и аппаратуры детектирования станет соответствовать заложенным в программе, комплекс выдаст необходимые команды на изменение режимов работы (переключение на соответствующие линии очистки).

Следует особо подчеркнуть, что вышеописанная работа установки - всего лишь один из вариантов возможности ее использования. Наличие элементов, входящих в состав установки, позволяет ее использовать и в качестве передвижной лаборатории мониторинга окружающей среды, и в качестве очистки воздуха при пожарах, при авариях на химических производствах, и т.п.

В настоящее время завершены теоретические расчеты по определению режимов течения газового потока по газоводам установки и по описанию процессов фильтрации газового потока. Предполагается, что расход газа в установке будет не менее 1000 м³/час, а диаметр газоводов - 160 мм. Изготовлены макетные образцы составных частей установки, проведены их испытания. Полученные данные дают основание для подтверждения технического результата.

Формула изобретения

1. Передвижная установка для очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий, содержащая средство передвижения, средство управления, откачивающий и нагнетающий газоводы, блоки очистки газов от токсичных веществ и аэрозольных частиц, соединенные между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас, вентиляторный блок, трубопроводную арматуру, датчики давления и температуры, отличающаяся тем, что в установку введены блоки контроля влажности, расхода газовой среды, концентрации и дисперсности, содержащихся в газовой среде α-, β-, γ-радиоактивных аэрозолей, контроля объемной концентрации оксида углерода, радиоактивного йода, паров соляной кислоты, трития и установлены на входе и выходе откачивающего и нагнетающего газоводов, при этом датчики температуры и давления установлены в этих блоках, а также введены блок осаждения трития, блок осушки, блок очистки газового потока от паров соляной кислоты, блок очистки газового потока от радиоактивного йода, все блоки, кроме блоков контроля, содержат аппаратуру детектирования γ-излучения для контроля степени загрязненности блоков, блок по очистке газового потока от токсичных веществ и аэрозольных частиц выполнен из двух подблоков, один из подблоков предназначен для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц, а другой - от мелкодисперсных аэрозольных частиц, средство управления выполнено в виде автоматизированного комплекса с программным управлением и имеет связь с блоками контроля, трубопроводной арматурой и аппаратурой детектирования γ-излучения, при этом все блоки соединены между собой трубопроводами в последовательную схему с возможностью переключения через байпасные линии с помощью средства управления таким образом, что прохождение газового потока через блоки осуществляется в любой последовательности, средство передвижения представляет собой самоходное шасси с приводом от двигателя, и все блоки установлены на нем.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подблок для очистки от оксида углерода и крупнодисперсных аэрозольных частиц выполнен в виде электрофильтра.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подблок для очистки от мелкодисперсных аэрозольных частиц включает фильтрующий элемент из электролитических порошков на основе никеля.

4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что блок по очистке газового потока от радиоактивного йода содержит сорбирующее вещество, например, термоксид 58.

5. Установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что блок осушки разделен на два подблока, и в каждом в качестве осушающего вещества применен цеолит.

6. Установка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что блок по очистке газового потока от паров соляной кислоты представляет собой тканевый фильтр, например, с тканью ВИОМ-АНЗ.

7. Установка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что она снабжена вентиляционным щитом.

РИСУНКИ

Рисунок 1