Демонтаж оборудования

5.3.1 Процесс демонтажа оборудования включает в себя следующие основные типы работ:

- демонтаж оборудования (целиком, разборкой поэлементно, расчленением на фрагменты, и т.п.) со штатного места;

- транспортировка демонтированного оборудования реакторного отделения, его элементов, фрагментов в контейнерах или без контейнеров между участками в пределах реакторного отделения;

- разделка (измельчение) демонтируемого оборудования, его элементов или фрагментов на более мелкие фрагменты, размеры которых определяются техническими характеристиками технологического оборудования последующих технологических операций.

Операции по обращению с радиоактивными отходами включают в себя:

- глубокую дезактивацию оборудования, его элементов или фрагментов, направляемых на переплав;

- прессование;

- сжигание горючих РАО;

- отверждение жидких РАО;

- омоноличивание;

- контейнеризацию;

- временное хранение;

- транспортировку;

- захоронение.

5.3.2 Помещения реакторного отделения разделяются на следующие рабочие участки:

- демонтажа оборудования со штатного места;

- транспортировки демонтируемого оборудования в пределах зоны строго режима;

- временного складирования демонтированного оборудования или контейнеров с РАО, а также жидких РАО;

- фрагментации демонтированного оборудования на более мелкие фрагменты, пригодные для дальнейшей переработки;

- переработки РАО, включая сжигание горючих РАО, отверждение жидких РАО, цементирования, прессования, переплава;

- глубокой дезактивации демонтированного оборудования и его фрагментов, направляемых на «чистый» переплав;

- упаковки и загрузки РАО на транспортные средства для транспортировки в могильники.

- В помещении турбинного отделения располагаются следующие рабочие участки:

- демонтажа «грязного» оборудования со штатного места (определяется по результатам КИРО);

- транспортировки демонтированного «грязного» оборудования в зону строго режима в реакторного отделения;

- фрагментации «чистых» отходов;

- переработки «чистых» отходов;

- переплава «чистого» металла.

5.3.3 Данные по фрагментации демонтированного оборудования

Габариты фрагментов металлических РАО I и II категории, поступающие на дезактивацию и последующую переплавку, должны не превышать размеры
250´ 250´ 250 мм.

РАО III категории, не подвергающиеся дальнейшей переработке, могут иметь максимальные размеры не более 500´ 500´ 500 мм.

5.3.4 Номенклатура методов разделки металлоконструкций при демонтаже оборудования АЭС

Для выполнения операций по разделению металлоконструкций применяются следующие методы резки:

- механическая;

- газовая;

- плазменная;

- электроэрозионная;

- взрывом;

- лазерным лучом.

5.3.4.1 Методы механической резки

5.3.4.1.1 Резка пилой с механическим приводом

Этот метод использует обычные промышленно выпускаемые инструменты, применяемые для резки всех металлов возвратно-поступательным движением пилы из инструментальной стали. Он обладает следующими преимуществами по сравнению с огневыми методами резки: пониженной пожароопасностью и образованием только одного вида вторичных отходов – металлической стружки. Устройства, реализующие этот метод, обладают высокой надежностью, имеют низкую стоимость и достаточно высокую скорость резки. Устройства могут иметь переносное и стационарное исполнение.

5.3.4.1.2 Резка вращающейся дисковой пилой или фрезой

Метод использует промышленно выпускаемые дисковые пилы и фрезы, которые могут устанавливаться как на переносных самоходных механизмах, так и на стационарных установках (в том числе и промышленно выпускаемых). Перемещение режущего инструмента по поверхности разрезаемой детали может осуществляться в автоматизированном режиме. Максимальная глубина реза на углеродистой стали за один проход не превышает 2 мм, что обуславливает высокие требования к механизму перемещения по повторяемости траектории движения инструмента. Рассматриваемый метод, как и предыдущий, имеет пониженную пожароопасность и образует только один вид вторичных РАО – металлическую стружку. Смазка в процессе резания применяется в виде капельного впрыскивания и почти не приводит к образованию вторичных РАО. Устройства, реализующие этот метод, обладают высокой надежностью, имеют низкую стоимость, среднюю скорость резки.

5.3.4.1.3 Резка гильотинным ножом

Этот метод, как и предыдущие, широко применяется в металлообрабатывающей промышленности и имеет развитую элементную базу. Метод имеет высокую скорость резки (не более 0, 5 с), минимальное количество вторичных металлических РАО, имеет переносное и стационарное исполнение. Для создания высоких усилий на режущем инструменте при небольших габаритах используется импульсный привод (пневматический или пиротехнический). В связи этим метод обладает повышенной взрывоопасностью и при его применении образуется много газообразных продуктов.

5.3.4.1.4 Резка абразивным кругом

Метод использует стандартные абразивные круги, изготовленные из резины, армированной окисью алюминия или карбида кремния. Процесс резки сопровождается непрерывным искровыделением, что повышает пожароопасность применяемого метода. В процессе резки образуются различные вторичные РАО. Твердые: пыль, стружка; жидкие: охлаждающая и смазывающая жидкости; газообразные: пары. Устройства, использующие этот метод резки, могут иметь ручное, переносное и стационарное исполнение. К недостаткам метода можно отнести быстрый износ режущего инструмента и, вследствие того, его частую замену, низкую прочность режущего инструмента.

5.3.4.2 Газовая резка

5.3.4.2.1 Кислородно-ацетиленовая резка

Этот метод основан на подогреве металла в зоне реза, его плавлении и удалении расплава металла и продуктов сгорания из зоны реза кислородной струей и под действием собственного веса. В этом методе подогревающее пламя образуется из смеси ацетилена и кислорода, а режущий эффект обеспечивается истечением из горелок струи кислорода под высоким давлением. Кислородно-ацетиленовой резке не подлежат: чугун, высокохромистые и хромоникелиевые стали, цветные металлы и их сплавы. В результате резки образуются следующие вторичные РАО. Твердые: металлический грат; газообразные: пары металла и газы. Метод является взрыво- и пожароопасным. Промышленно выпускаемые установки обеспечивают применение этого метода в ручном, переносном (механизированном) и стационарном исполнениях, имеют низкую стоимость, высокую надежность. Метод обеспечивает резку толстостенных металлоконструкций при достаточно высоких скоростях резки.

5.3.4.2.2 Кислородно-флюсовая резка

Этот метод основан на подогреве металла в зоне реза и его плавлении во время сгорания порошкообразного флюса (железного порошка) в среде кислорода, и удалении продуктов сгорания и плавления и из зоны реза кислородной струей высокого давления. Метод обеспечивает резку всех металлов, в отличие от кислородно-ацетиленовой резки, и по сравнению с ней образует большое количество вторичных РАО (из-за наличия флюса) и выделяет больше тепла. Промышленное выпускаемые установки обеспечивают применение этого метода в ручном и стационарном исполнениях, имеют невысокую стоимость и достаточно высокую надежность. Метод обеспечивает резку толстостенных металлоконструкций при достаточно высоких скоростях резки. Основной недостаток – горизонтальная или с небольшим наклоном ориентация разрезаемой конструкции.

5.3.4.3 Плазменная резка

В настоящее время распространенным способом получения низкотемпературной плазмы (3000 – 5000) º С является нагрев газа в электрической дуге.

Плазменную резку, в том числе с помощью промышленных роботов (ПР), условно классифицируют по четырем видам:

- в среде аргона, водорода, азота;

- в среде сжатого воздуха;

- с помощью азота и защитного газа (углекислого) и воды;

- с помощью азота и водяной струи.

В центре плазменной струи температура достигает 10·103 º C, на поверхности -3·103 º C. В зависимости от конструкции плазменной горелки, давления в камере и мощности установки плазменная струя выбрасывается с разной скоростью (в среднем при 1000 º C со скоростью 6000 м3/с). Средняя скорость плазмы составляет 1, 3·104 Т/А, где Т – абсолютная температура плазмы, А – атомный вес вещества.

При плазменной резке используются электроды из вольфрама, электроды из гафние- или циркониевого сплава, а также из меди и вольфрама.

Первый вид резки, классифицированный выше, требует малых затрат электроэнергии, второй – ограничен мощностью до 30 кВт, третий требует значительных расходов электроэнергии и сложной конструкции горелки, четвертый – высоких мощностей, но не оказывает вредного воздействия на окружающую среду, как первые три.

В настоящее время получили развитие два основных метода плазменной резки:

- плазменно-дуговая резка;

- воздушно-плазменная резка.

Отличие методов состоит в различии плазмообразующих газов: в первом случае это – кислород; во втором – воздух.

Установки, реализующие метод резки, имеют ручное, автоматизированное, в том числе роботизированное, и стационарное исполнение. Скорость резания металла в (2 – 8) раз выше по сравнению с газовой резкой. Образовываются вторичные РАО: твердые – металлический грат, шлаки; газообразные – пары металлов, пары воды; радиоактивные аэрозоли. Метод имеет среднюю стоимость, достаточно высокую надежность и широкую номенклатуру промышленно-выпускаемого оборудования.

5.3.4.4 Электроэрозионная резка

Метод основан на разрушении металла электрическими разрядами, возникающими в результате пробоя диэлектрического промежутка между электродами. Для повышения интенсивности разряда электроды погружаются в диэлектрическую жидкость. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда развивается температура в десятки тысяч градусов.

5.3.4.5 Электроискровая резка

Метод основан на использовании электрических импульсных разрядов малой длительности и малой энергии, следующих с большой скважностью и высокой частотой (до 1, 5·106 кГц) и при напряжении не более 250 В. Катодом является инструмент, анодом – деталь.

5.3.4.6 Электроконтактная резка

Метод основан на генерации импульсов электрической энергии в результате взаимного перемещения электродов и прерывания электрического разряда при прокачке диэлектрической жидкости под давлением.

Процесс резки при всех рассмотренных методах сопровождается непрерывным искровыделением, разбросом частиц расплавленного металла, выделением паров и аэрозолей. Оборудование, использующее этот метод, имеет механизированное и стационарное исполнение.

5.3.4.7 Воздушнодуговая резка

Метод основан на расплавление металла в зоне реза электрической дугой и удалении продуктов расплава при помощи сжатого воздуха. В качестве электродов при воздушно-дуговой резке используются угольные, графитовые или графитизированные стержни диаметром от 6 до 20 мм или пластинчатые электроды сечением до 400 см2. Сжатый воздух подается в зону реза с расходом от 20 до 50 м3/ч при давлении от 0, 4 до 0, 7 МПа
(от ~ 4 до 7 кгс/см2). Метод пригоден для резки всех металлов. Метод является пожароопасным. Во время процесса возникают вторичные РАО: твердые – металлический грат, шлаки и газообразные – в виде аэрозолей. Устройства, реализующие метод имеют только ручное исполнение, низкую стоимость, высокую надежность, могут, адаптированы к дистанционно-управляемым средствам.

5.3.4.8 Резка взрывом

Метод основан на использовании энергии взрыва для разделения металлоконструкций. К существующим способам относятся: резка кумулятивной струей и резка ударной волной при помощи контурных зарядов. Наиболее интерес представляет собой резка, использующая кумулятивный эффект, т.е. концентрацию действия взрыва в определенном направлении. При взрыве направленный поток продуктов взрыва создает давление 104 МПа (105 кгс/см2) и тонкой струей выбрасывается в направлении концентрации взрыва со скоростью от 7 до 16 км/с. При взрыве 1 кг взрывчатого вещества образуется около 1000 л газов. Этот метод разработан и имеет утвержденную технологию и средства.

Для разделения металлоконструкций толщиной свыше 100 мм разрабатывается способ резки ударной волной накладного заряда с предварительно нанесенным на металл концентратором напряжений.

Применение указанных методов для разделения металлоконструкций при демонтаже АЭС перспективно в связи со сравнительно небольшим временем подготовительных работ и основных операций. Имея небольшой вес и габариты наряду с высокой эффективностью и минимальное количество вспомогательного оборудования, эти средства обладают хорошей адаптацией к дистанционно управляемым механизмам для доставки и установки.

5.3.4.9 Резка лазерным лучом

Метод лазерной резки основан на использовании энергии мощного светового потока, получаемого с помощью оптических квантовых генераторов, способного расплавлять и испарять металл.

Наибольшее распространение получили лазеры с СО₂ мощностью 10 кВт, разработаны экспериментальные установки мощностью до 100 кВт.

Существующие в настоящее в настоящее время установки способны разрезать все материалы. Толщина разрезаемых конструкций до 60 мм.

Метод отличает минимальное количество РАО, очень высокая стоимость оборудования. Устройства, реализующие этот метод, имеют только стационарное исполнение.

5.3.4.10 Резка струей с абразивом

Принцип резания состоит в следующем: водяная струя, в которую подмешивают абразивные материалы, под сверхвысоким давлением направляется на объект резания и благодаря импульсной силе удара происходит резание. Для подачи абразивной водяной струи используется специальное сопло малого диаметра. В малогабаритном сопле часть количества движения водяной струи передается абразивным частицам.

В Японии разработана технология резки с помощью абразивной водяной струи. В ходе разработки и экспериментирования исследовались оптимальные количества и форма режущего сопла, выяснялись вид, зернистость, количество подаваемых абразивных материалов, скорость перемещения режущего сопла и другие условия резания, изучались способы противодействия разлету воды, методы регенерации вторичных продуктов, образующихся в больших количествах при использовании абразивных материалов, рассматривались возможности дистанционного управления установкой. Кроме того, проводилась также разработка насосов для сверхвысокого давления.

В Великобритании разработан и опробован прибор с абразивной водной струей под давлением до 100 МПа, где в качестве абразивной добавки использован размельченный медный шлак для резания бетона.

Полагают, что применение этой технологии для демонтажа больших армированных бетонных конструкций в реакторах будет ограничено из-за загрязнения воды и относительно большой длительности резки. Сравнительное описание методов резки приведено в таблице 5.1

Основные факторы, характеризующие применяемые методы резки приведены в таблице 5.2

Таблица 5.1 – Сводная таблица методов разделения металлоконструкций и их технических характеристик

Таблица 5.2 – Основные факторы, характеризующие применение методов резки

5.4 Демонтаж строительных конструкций

5.4.1 Классификация демонтируемых строительных конструкций

Строительные конструкции, подлежащие разборке в процессе ВЭ, по условиям и специфике производства работ подразделяются на конструкции, разбираемые посредством:

- полного разрушения материала, из которого они возведены;

- частичного разрушения материала, из которого они возведены, с целью членения конструкций на конструктивные элементы, пригодные для последующего использования;

- частичного или полного разрушения материала, из которого они возведены, в зависимости от условий производства работ на действующих предприятиях, наличия средств разрушения материала или обеспеченности подъемно-транспортным оборудованием надлежащей грузоподъемности.

К конструкциям, разбираемым посредством полного разрушения, относятся бетонные и железобетонные фундаменты, разбираемые в стесненных условиях и на свободной площадке.

К конструкциям, разбираемым посредством частичного разрушения, относятся элементы каркаса здания: колонны, подкрановые балки, ригели, рамные и решетчатые пространственные конструкции, отдельно стоящие опоры и т.п.

К конструкциям, разбираемым посредством частичного или полного разрушения, относятся бетонные основания и полы толщиной от 200 до 500 мм, стены и перегородки кирпичные, бетонные и железобетонные, железобетонные покрытия и перекрытия.

Для разборки монолитных железобетонных конструкций применяются средства расчленяющего действия, с помощью которых производится разрезка конструктивных элементов на части (отвечающие имеющимся производственным условиям по размеру, объему и массе этих частей), подлежащие погрузке на транспорт для вывоза к месту складирования.

5.4.2 Средства разрушения строительных конструкций

5.4.2.1 Наиболее опробованными и традиционными способами разрушения бетона и строительных железобетонных конструкций являются ударные методы разрушения. В условиях помещений реакторного отделения, которые характеризуются стесненностью рабочего пространства и труднодоступностью, эти методы и разработанные средства наиболее применимы для разрушения технологических проемов во время проведения демонтажа оборудования.

Технические показатели средств разрушения бетона приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Технические показатели средств разрушения бетона

5.4.2.2 Предпочтительным способом демонтажа мощных бетонных и железобетонных конструкций, таких как фундаменты турбин, является резка проволочной пилой. Метод применяется также для демонтажа биологической защиты реактора. При резке бетонных конструкций используется следующее оборудование:

- собственно проволочная пила;

- установка для бурения отверстий диаметром от 50 до 300 мм для протяжки пилы.

Метод характеризуется достаточно высокой производительностью и небольшим количеством вторичных отходов (пыли), которые легко подавляются. Скорость резания бетона составляет от 0, 6 до 2, 1 м²/ч, а железобетона – от 0, 3 до 1, 2 м²/ч. Количество отходов составляет 0, 03 кг на 1 м² площади реза. Принципиальная схема работы проволочной пилы приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Схема резания железобетона проволочной пилой

5.4.2.3 К средствам расчленяющего действия относятся также ручные сверлильные станки с твердосплавными и алмазными кольцевыми сверлами, станки с алмазными отрезными дисками, кислородное копье и его разновидности, установки плазменной резки и электродугового плавления.

Техническая возможность применения различных способов и средств воздействия на материал и условий производства работ определяется следующими параметрами конструкции: площадью, размерами в плане конструкций, объемом и приведенной толщиной разрушаемого материала, насыщенностью поля конструкциями различного типа, прочностными характеристиками материала и насыщенностью конструкции арматурой.