RU2069398C1

RU2069398C1 - Method for industrial disintegration of nuclear-powered ships and other vessels

Info

Publication number: RU2069398C1
Application number: RU94018126A
Authority: RU
Inventors: В.В. Довгуша; Ю.И. Захаров; В.И. Кваша; Е.И. Кваша; Л.В. Кижнеров; Е.А. Константинов; Н.А. Кораблев; А.И. Плугин; В.М. Фельдман; Г.Н. Шнитко; Ю.П. Шулепко
Original assignee: Ассоциация "Медицина-Экология-Конверсия", Санкт-Петербург
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: handling of nuclear-powered ships and vessels to be decommissioned. SUBSTANCE: method for disintegration of nuclear-powered ships and vessels followed by decontamination of fragments obtained involves their chemical and mechanical cutting using long members having cumulative depression aimed at hull material. Members are filled with binary mixture with stabilizing dope and mixture explosion initiator; used as binary mixture may be liquid components of combustible fuel and oxidizer, as stabilizing dope, manganese salt, and as initiator, mixture of inorganic salts and electric spark igniter. Hull is cut into three parts. Central part accommodating nuclear power plant is separated, cut into smaller fragments, and decontaminated by remelting under flux in the amount of 1.0-2.0% of melt weight. $$$ mixture with carbonic component may be used as flux. During remelting, metal cleaned of radionuclides is separated and sent to industrial plants and slag containing radionuclides as well as gases are recovered; slag is vitrified for further burial and gases are passed through special filters. Melting process is carried out so that activity of cleaned metal is not over 10% of initial value and activity of slag, at least 90% of initial value, activity of exit gases, not over 3%. EFFECT: improved radiation and environmental safety of process. 4 cl

Description

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. The invention relates to physicotechnological processes for the disintegration of ships and vessels with nuclear power plants that have served their useful life while simultaneously deactivating nuclear power units that are susceptible to radioactive contamination by induced and residual activity.

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.Currently, there are known directions for solving this scientific and technological problem, the most representative of which can be considered the disintegration process, in which the hull and structures of an object (ship, ship) are disassembled, using hand tools, into separate components with their subsequent disposal as intended [ 12]
The principal and significant disadvantages of this method are the high labor and energy costs, low productivity with a significant time of work. In addition, the working conditions require compliance with the special rules of radiation safety engineering and do not solve the main environmental problems due to the fact that a nuclear power plant (NPP) is not processed and stored with highly radioactive characteristics.

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.The closest in physical and technological essence is the method of disintegration of ships and vessels from nuclear power plants taken out of service, including disassembling an object (ship, vessel) into parts, sorting and disposal of parts [2]
When implementing the known method, also in analogs, use hand tools and means of the so-called small-scale mechanization, which leads to significant labor costs of the disintegration process, leads to a violation of sanitary and environmental radiation safety standards of the process. The time spent is considerable and lasts up to six months (from 4 months) per object, which aggravates the process of monitoring the radiation situation around the object and separately stored parts; the absence of a guarantee of compliance with the radiation and environmental safety of the work during the development, movement, storage, storage and disposal of radioactive components and assemblies of the facility puts the known method in a number of industrially inapplicable processes that do not guarantee compliance with radiation and sanitary safety standards, and environmental characteristics.

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. The proposed by the applicant method of industrial disintegration of ships and vessels from nuclear power plants, taken out of service, eliminates these fundamental disadvantages of the prototype, i.e. It is aimed at improving the purity and culture of this process due to higher compliance with radiation and environmental safety when processing the building of the facility and hygienically safe transformation of parts of the building into an environmentally sound form of disposal and disposal, which leads to its implementation in an industrial technological way with autonomy and automation of the entire complex the following operations of this process.

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. The indicated advantages of the proposed method, including disassembling a disintegrable object into its component parts, sorting and disposal of parts, are achieved due to the fact that the body of the object is cut with directed linear explosions into at least three separate parts, while the middle part with the nuclear power unit is separated, which is removed from of the remaining parts and using the indicated linear directed explosions, they are cut into smaller parts that make up its monolithic structure, while the radioactive metal (material) and They deactivate it by converting it to a molten state, in which metal, slag and gases are separated and disposed of for their intended purpose: metal is sent to the main production (for example, for the manufacture of reactor vessels), the slag is vitrified and sent for burial to a regional repository, and gases divert through filters Petryanov to clean from radioactive dust and vapors.

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.In this case, after transferring the nuclear power units divided into smaller parts into the molten state, a metal with a residual activity ( ⁶⁰ CO and ⁵⁹ Fe each) of no more than 10% of the initial one is released, slag with an activity of at least 90% of the total initial one is released, gases with activity are removed no more than 3% of the total initial radioactivity of the smelter charge.

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. When transferring melt to the charge, flux is used in an amount of 1.0-2.0% of the total weight of the heat, using the special composition of the flux, which is described further in the description.

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. Cutting, as indicated above, the casing is carried out by chemical-mechanical cutting using elongated elements having a cumulative recess directed to the material of the casing, and filled with a binary mixture with a stabilizing additive and an initiator of detonation of the mixture.

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. Moreover, as a binary mixture, liquid fuel and an oxidizing agent are used, and as a stabilizing additive, for example, a manganese salt, as a initiator, a mixture of inorganic salts with an igniter of the mixture, for example, of the electric type.

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. The specified set of essential features of the described method, which is the subject of the patent claims of the applicant, allows for the industrial processing of ships and vessels from nuclear power plants, decommissioned and subject to disintegration conversion, as the fundamental principles of the process meet the modern environmental requirements and international standards of radiation and hygienic safety of the process at all stages of its implementation.

Способ промышленной дезинтеграции кораблей и судов с ЯЭУ, снятых с эксплуатации, осуществляют, согласно данному предложению заявителя, следующим образом. The method of industrial disintegration of ships and vessels from nuclear power plants decommissioned is carried out, according to this proposal of the applicant, as follows.

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.). An object (ship or vessel) with a nuclear power plant on board is subjected to cutting into separate parts, at least three (possibly more at the request of a specific process), due to the location on the body material of elongated elements filled with binary mixture and other components, as indicated above, while the body can be encircled with a bandage from this element simultaneously on all the indicated lines of the intended cutting of the body (i.e. along its wrapping line). Subject to the pyrotechnic rules, the mixture is initiated and detonated in an elongated element encircling the object’s body along the lines of the intended cutting. After cutting the unit’s single casing into parts, the middle part containing the nuclear power unit (NPPU) is diverted from the remaining parts, placed in a special working chamber (bunker) and subjected to finer cutting with the same elements from explosives into parts to be accurately sorted into highly radioactive, medium - and low activity, which are subjected to further processing are transferred to the molten state due to loading in a smelting furnace (marten, converter, etc.).

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.The melting of the charge is carried out with the addition of a flux containing a mixture: MgO + Al ₂ O ₃ + SiO ₂ + CaF ₂ with the addition of a carbon component, and the weight of the flux is 1.0-2.0% of the weight of the heat (i.e., the load for melting , which "download" includes only materials obtained from cutting the nuclear power facility.

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). Melting is carried out to obtain pure metal, slag and gases (obtained from sublimation of the contained materials into vapors), and the resulting metal is controlled by the activity background so that its activity does not exceed 1/10 of the total initial activity, while the melts allocated to the filters for cleaning Petryanova gases contain no more than 135 active particles, and the resulting slag contains at least 9/10 of the radioactive waste originally contained in the smelting (loading).

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. Such a fundamental process of disintegration with simultaneous decontamination of the facility ensures its complex processing, unlike analogs, where the separated nuclear compartment (with nuclear power storage facilities) is transferred for long indefinite storage, associated with a hazard to the environment, because such a large-sized object, carrying several hundred thousand Curie of radioactive substances, represents a high degree of environmental hazard, while a radical solution to this problem is postponed to distant descendants.

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).As a result of the implementation of the method developed by the applicant in the case of chemical-mechanical cutting of the hull and the nuclear power unit (NPPU) and smelting, metal ingots containing induced radioactive substances held in the metal at the molecular level (this is ⁶⁰ СО, ⁵⁹ Fe) are obtained.

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. The remaining highly radioactive substances: strontium, cerium, cesium, uranium, plutonium, and others. When melted, due to the added flux, they pass into slag, which is poured into molds convenient for transportation and disposal, vitrify together with the mold, getting highly active reliable for long-term storage RAO.

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. Example. The method of industrial disintegration is implemented on a submarine, i.e., a submarine with a nuclear power plant is processed. This object is subjected to cutting, for example, in a structure, in a dock, by encircling it with bandages with the indicated flexible explosive element. The reactor compartment is separated by explosive detonation from the bow and stern, and is diverted by boat or on rails into the chamber for further processing, where the nuclear power plant is cut into smaller parts.

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. A mixture of fuel and oxidizing agent, for example, luminous kerosene and nitric acid, with the inclusion of a stabilizing additive, for example, a manganese salt, and the inclusion of an individual chemical initiator from a mixture of inorganic salts, for example, aluminum and magnesium, using an electric igniter, is used as an explosive. Such a mixture does not respond to flash, does not detonate, and is relatively safe to store, because the components are stored in separate elongated hoses, which form an assembled cumulative recess oriented to the object body material.

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.After cutting the NPP housing (NPPU) into smaller parts to be loaded into the melting furnace, the flux from the mixture is also loaded into the furnace: MgO + Al ₂ O ₃ + SiO ₂ + CaF ₂ + carbon filler, with a total flux weight of 1.0 -2.0% of the total weight of the load for melting. The ratio between these ingredients is selected in the range: (20-40%) + (10-15%) + (20-40%) + (15-20%) + (10-20%), this ensures accumulation in the resulting melting slag with a high concentration of radioactive substances in this slag up to 90% and not less than 90%, while in the metal no more than 10% of activity remains due to molecularly bound CO-60 and Fe-59. The exhaust gases contain no more than 3/100 activity and are filtered, for example, on Petryanov’s filters.

Такой процесс дезинтеграции и дезактивации объекта позволяет получить металл со степенью дезактивации, позволяющей после его определенной обработки, использовать в основном производстве. Such a process of disintegration and decontamination of an object makes it possible to obtain metal with a degree of decontamination, which allows it to be used in the main production after a certain treatment.

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.The resulting slag is highly active and for certain elements has indicators: strontium 10 ³ -10 ⁶ ; cerium 10 ⁵ -10 ⁶ ; cesium 10 ³ -10 ⁴ -10 ⁶ ; plutonium 10 ³ ; uranium 10 ² ; cobalt 10 ¹ . This highly active slag is vitrified and sent for disposal: as radioactive waste, to a regional repository.

Таким образом, разработанный способ высокоэффективен, надежен и отвечает современным требованиям к обращению с подобными объектами и РАО. Thus, the developed method is highly efficient, reliable and meets modern requirements for the treatment of such objects and radioactive waste.

Claims

1. The method of industrial disintegration of ships and vessels (facilities) with nuclear power plants (NPPs), decommissioned, including the separation of the object into parts, sorting and disposal of parts, characterized in that the body of the object is cut by chemical-mechanical cutting using elongated elements, having a cumulative recess directed to the material of the body, and filled with a binary mixture with a stabilizing additive and initiator of detonation of this mixture, the cutting of the body is carried out in at least three parts, in which the middle part of the object with a nuclear power plant is isolated, this part is removed from the remaining parts, and using this cutting, it is cut into smaller component parts, while the radioactive metal is isolated and subjected to deactivation by transferring it to the molten state, and melting is carried out with the addition of flux in an amount of 1.0 to 2.0% of the weight of the heat, at which metal, slag and gases are separated and disposed of for their intended purpose: metal in the main production, slag is vitrified for burial, and the gases are cleaned on Petryano filters wa.

2. The method according to p. 1, characterized in that after the transfer to the molten state, a metal with a residual activity of not more than 10% of the initial one is isolated, slag with an activity of at least 90% of the total initial activity is separated and gases with an activity of not more than 3% are removed from the initial total.

3. The method according to p. 1, characterized in that the mixture: MgO + Al ₂ O ₃ + SiO ₂ + CaF ₂ with a carbon component is used as a flux.

4. The method according to p. 1, characterized in that the liquid components of the fuel and the oxidizing agent are used as the binary mixture, the manganese salt is the stabilizing additive, and the mixture of inorganic salts and the electric igniter are used as the initiator.