Характер загрязнения и особенности дезактивации систем вентиляции
Вторая очередь ЧАЭС характерна тем, что 3-й и 4-й ЭБ находятся в одном здании и имеют общую систему вентиляции, как приточную, так и вытяжную. Общее количество вентиляционных систем около ста семидесяти. В момент аварии около 60 вентиляционный систем находились в работе. Системы вентиляции 4-го ЭБ были отключены в первые 30 минут, через 30-40 минут началось отключение систем 3-го ЭБ, однако вся вентиляция была отключена только к 8 часам 26 апреля 1986 года (по данным очевидцев - работников ЧАЭС, участвовавших в ликвидации последствий аварии с момента взрыва). Это предопределило заражение (в разной степени) радиоактивными продуктами внутренних поверхностей воздуховодов, а такие помещений, в которые эти вентиляционные системы нагнетали воздух.
В ходе оценки радиационной обстановки, проведенной в декабре - январе, было установлено, что наиболее загрязненной является система приточной вентиляции 3-го ЭБ. В отличие от вытяжной системы вентиляция приточная имеет ряд дополнительного оборудования - приточные камеры, калориферы, заборные устройства и т.п. Зараженность вытяжной вентиляции определяется имевшим место в момент аварии выбросом радиоактивных веществ через шахты лифтов, лестничные марши и т.п. в помещения 3-го ЭБ, а оттуда - на внутренние поверхности воздуховодов работающих вентиляционных систем. Вся вытяжная вентиляция, расположенная до фильтров очистки от аэрозолей и частично до йодных фильтров, оказалась в результате существенно зараженной (уровни от 5 до 25 мР/ч).
Аналогично оказалась заражена и приточная вентиляция, значительное время работающая после взрыва. Воздуховоды и приточной и вытяжной вентиляции имеют круглое прямоугольное и квадратное сечение, и, кроме того, состоят из последовательности вертикальных и горизонтальных участков. При исследовании внутренних поверхностей воздуховодов было установлено, что наибольшее загрязнение имеют швы, стыки, фланцы, а также места изгибов воздуховодов. Одновременно было установлено, что нижние, боковые и верхние внутренние поверхности воздуховодов заражены неравномерно (табл. 1.2).
Для дезактивации внутренних поверхностей воздуховодов 3-го ЭБ был предложен и опробован на воздуховоде одного из вентиляторов метод обработки пеной на основе дезактивирующих растворов.
В состав дезактивирующего раствора входили пенообразователь ОП-7, порошок СФ-2У и едкий калий. Пена получалась с помощью пеногенератора ГП-ЗМ. Воздуховод заполнялся пеной и после определенной выдержки и самогашения пены покрывался слоем движущейся пленки дезактивирующего раствора, которая стекает в короб вентагрегата, смывая радиоактивные частицы со стенок воздуховода. Для сбора загрязненного смыва в днище короба вентагрегата прорезался люк. Подобная операция повторялась до трех раз. Метод пенной дезактивации оказался весьма эффективным (уровень загрязненности снижался в десятки раз), однако, к сожалению, применим лишь для вертикальных воздуховодов, так как на горизонтальных участках необходимо делать большое количество дренажных отверстий для слива загрязненного раствора. Последний, оставшись на дне после слива, является источником повышенного γ-фона, а длительный контакт с ним может привести к фиксации радиоактивных загрязнений в грунте воздуховодов, а также на про-корродировавших участках поверхностей и, помимо всего прочего, может вызвать ускоренный процесс коррозии воздуховода. Все вышеизложенное не позволило считать метод пенной дезактивации универсальным и исчерпывающе эффективным для целей дезактивации вентиляционных систем 3-го ЭБ.
Таблица 1.2. Зараженность внутренних поверхностей воздуховодов вытяжных вентиляционных систем 3-го ЭБ
| Наименование | α-излучатели расп/мин см2 | β-излучатели расп/мин см2 |
| Нижние поверхности | 2000-3000 | 1x106 |
| Боковые поверхности | 100-150 | 1x105 |
| Верхние поверхности | 5-10 | 1x104 |
| Сварные швы | 1x106 | |
| Фланцевые соединения | 3000-4000 | 1x106-107 |
| Криволинейные участки | 1x104-105 |
Примечание: зараженность внутренних поверхностей воздуховодов определялась по увлажненным мазкам, взятым с площади 10x10 см. Измерения проводились прибором RAM-2.
В феврале 1987 года были также проведены эксперименты по механической дезактивации внутренних поверхностей воздуховодов приточной вентиляции ветошью, смоченной 0,15% раствором СФ-2У.
Анализ полученных результатов показывает, что механический метод дезактивации эффективен лишь для снятия нефиксированных загрязнений на гладких участках внутренних поверхностей воздуховодов. При этом удается снизить поверхностную зараженность по β-радионуклидам более чем на порядок, а γ-фон - в десятки раз. В то же время данный прием оказался практически неэффективен для дезактивации стыков в воздуховодах.
Наряду с методом механической дезактивации были опробованы и другие специальные методы. Один из них - нанесение пленкообразующих составов и удаление сформированных дезактивирующих покрытий. Были испытаны два состава дезактивирующих покрытий. Первый из них представлял собой спиртовой раствор поливинилбутираля (ПВБ) с некоторыми добавками (предложен специалистами НИКИМТа). Второй состав, предложенный специалистами ВНИПИЭТ, представлял собой вводный раствор поливинилового спирта с добавкой ПАВ. Оба состава наносили на обрабатываемые поверхности, образующиеся покрытия удаляли. Уровни загрязнения до и после дезактивации контролировали по сухим и спиртовым мазкам. Оба состава оказались достаточно эффективны и позволяли снижать уровень загрязненности на два - три порядка. В то же время местами наблюдалось отделение грунта ГФ-020 вследствие некоторого разрыхления верхнего слоя грунта и неравномерного покрытия грунтом внутренних поверхностей воздуховодов.
Второй специальный метод дезактивации воздуховодов, испытанный нами, - это паровой метод. Дезактивация проводилась паром и паровыми смесями. Испытанию подвергался воздуховод длиной около 2 метров, который был загерметизирован с торцов с помощью заглушек и снабжен штуцером для слива конденсата, отверстием для ввода паровой смеси и манометром для контроля давления в процессе дезактивации. Было проведено несколько циклов отмывки паром при избыточном давлении внутри воздуховода 0,1 атм. продолжительностью по 15 мин каждый. Обработка проводилась как чистым паром, так и паровой смесью, содержащей 1-2% СФ-2У, а также паровой смесью, содержащей 1-2% щавелевой кислоты. Контроль уровней загрязнения поверхностей воздуховода осуществляли по спиртовым мазкам, а также путем непосредственного замера мощности экспозиционной дозы (МЭД) от воздуховодов. МЭД от внутренней поверхности воздуховода после 20 мин обработки струёй пара из РП-1М была снижена до 5 мР/ч (при уровне γ-фона около 2 мР/ч). Уровень β-загрязненности при этом снижался на два-три порядка, причем по этому показателю две последние рецептуры оказались существенно более эффективны. Разрушения грунтового покрытия при обработке паром не наблюдалось.
Приточная вентиляция первой очереди ЧАЭС не была сильно загрязненной, для ее дезактивации оказалось достаточно продувки с последующей частичной дезактивацией воздухозаборных камер методом протирания ветошью, смоченной раствором СФ-2У. После продувки воздуховодов 1-й очереди ЧАЭС и пуска вентсистем в эксплуатацию были проведены дополнительные исследования. Результаты исследований показали, что основной вклад в загрязненность воздуховодов вносят продукты выброса, аналогичные тем, которые находятся на кровле 2-й очереди ЧАЭС, а в летний период дополнительный вклад будет вносить радиоактивная пыль с прилегающей к ЧАЭС территории. Также установлено, что фиксированных радиоактивных загрязнений в воздуховодах нет. Результаты по прямому замеру на α-загрязненность показали, что наибольшую загрязненность имеют нижние внутренние поверхности воздуховодов (до 15 расп/мин x см2) и существенно меньше загрязнены боковые и верхние поверхности (5 расп/мин x см2).
В феврале 1987 года была проведена экспериментальная дезактивация отдельных воздуховодов приточной вентиляции 3-го ЭБ методом продувки обратным потоком воздуха. Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением скорости и времени продувки нефиксированные радиоактивные загрязнения хорошо удаляются, особенно при простукивании воздуховодов. После проведения продувки обратным потоком воздуха поверхностная загрязненность в среднем снизилась в 2-4 раза (по 13 радионуклидам). При этом остаточная β-загрязненность составляла менее 2,0х103 расп/мин х см2 (по данным службы радиационной опасности ЧАЭС. Контроль загрязнения воздуха в произвольно отобранных помещениях показал, что в результате эксперимента концентрация радионуклидов в воздухе вентилируемых помещений снизилась на два порядка. Концентрация радионуклидов в пробах, отбираемых из воздуховодов до и после фильтров, которыми были защищены вентагрегаты, составила 2х10-13 и 2х10-14 Ки/л: соответственно до и после фильтра, что соответствовало требованиям по чистоте воздуха, регламентируемыми в НРБ-76.
Однако при измерении α-загрязненности внутренних поверхностей воздуховода исследованной системы методом прямого замера КРА-1, после продувки было установлено наличие остаточной α-загрязненности. Распределение остаточной α-загрязненности по горизонтальным воздуховодам на 3 ЭБ: верхняя поверхность - аналогично распределению α-загрязненности воздуховодов 1 и 2 энергоблоков, α-загрязненность воздуховодов 3 энергоблока зафиксирована в грунте ГФ-020. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что уменьшение α-загрязненности не происходит даже после протирки ветошью, смоченной раствором СФ-2У. Можно предположить, что фиксирование α-частиц в грунте воздуховодов произошло по нескольким причинам:
1. 1. Засасывание после взрыва воздуха с высокотемпературными α-частицами, в результате чего произошло проникание α-частиц в грунт.
2. Суммарное воздействие высокотемпературных частиц и радиоактивных изотопов йода, который, в свою очередь, разрыхлял поверхность грунта, создавая как бы дополнительные поры. Видимо, размеры этих пор были соизмеримы или больше размеров α-частиц.
3. Воздух, зараженный радиоактивными частицами, имел определенную влажность и за счет разности температур внутри воздуховода и снаружи происходила частичная конденсация влаги. При стекании по стенкам воздуховода происходило загрязнение поверхности воздуховодов и частичная фиксация радиоактивных частиц в поры и микротрещины грунта.
4. Фиксированию радиоактивных частиц, содержащих, в частности α- и β-нуклиды, способствует положительный заряд α-частицы, положительный или отрицательный заряд β-частиц.
Проведенные ранее эксперименты по дезактивации приточных камер показали, что дезактивация приточных камер пленками как на основе ПВБ, так и на основе ПВС, малоэффективна и пригодна лишь для фиксирования радиоактивных загрязнений при демонтаже оборудования.
Наиболее сложными по дезактивации являются калориферы, которые в силу особенности конструкции практически не дезактивируются. Попытки дезактивации методом пылеотсасывания и паровым методом не привели к желаемому результату, что в конечном итоге привело к выводу о необходимости демонтажа и замены калориферов.
Дезактивация вентиляторов была осложнена тем, что они имеют сложнопрофильные и большие по размеру колеса, а также наличием на них большого количества загрязненного радионуклидами масла. Дезактивация колеса методом окунания в ванну с растворами приводила лишь к частичной дезактивации. Все вышесказанное свидетельствовало о необходимости продолжения исследований в этом направлении.