Способ локализации газо-аэрозольного выброса

 

Использование: ядерная техника, а именно локализация аварийных выбросов и газов, содержащих радионуклиды при ликвидации последствий аварий на ядерных объектах. Сущность: способа локализации газоаэрозольного выброса заключается в том, что газоаэрозольное облако перемещают из зоны его выброса в зону планируемого осаждения загрязняющих веществ. Для этого у нижней кромки облака создают последовательно зоны разрежения боеприпасами объемного взрыва. Затем в облако, находящееся в зоне планируемого осаждения взвешенных частиц, распыляют дискретные поглотители, которые улавливают взвешенные частицы газоаэрозольного облака. В качестве поглотителей используют отрезки материала фильтра Петрянова, снабженные металлическими игольчатыми стабилизаторами с площадью поверхности 2 - 3 см². После осаждения поглотителей на поверхность земли их локализуют, например, с помощью магнитов. В качестве рецептур боеприпасов объемного взрыва используют жидкие, желеобразные или порошковые топливо-воздушные взрывчатые вещества, и боеприпасы выстреливают ракетно-пусковыми установками или самолетами-снарядами. Способ позволяет локализовать продукты газоаэрозольного выброса на больших высотах и обеспечивает защиту важных промышленных объектов и экологически чистых зон от загрязнений токсичными веществами и радионуклидами. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к средствам локализации аварийных выбросов и может быть использовано при локализации последствий аварий на ядерных объектах, содержащих радиоактивные или токсичные вещества, в частности, когда газоаэрозольный выброс произошел в атмосферу.

Известны способы локализации газо-аэрозольного выброса (а.с. СССР N 1432240, заявл. 4.06.86, опублик. 23.10.88, бюл.N 39). Известный способ предназначен для локализации пыли и газа при взрывных работах в карьерах и включает воздействие на выброс пылегазового облака воздушно-водяных струй, расположенных с трех сторон по касательной к поднимающемуся облаку.

Данный способ позволяет осадить и локализовать выбросы, происходящие в заглубленных карьерах, окруженных котлованом.

Недостатком данного способа является то, что он может эффективно применяться только при выбросе на относительно малые высоты (десятки метров) и в конкретном месте предполагаемого нахождения выброса. Как правило, время образования выброса в его нахождение известно заранее.

В случае возникновения несанкционированного выброса в непрогнозируемом месте данный способ практически применяем.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлолженному является известный способ локализации газо-аэрозольного выброса по а. с. СССР N 1704168, заявл. 25.04.90, опублик. 7.01.92, бюл. N 1.

Способ-прототип включает создание над источником выброса заградительные завесы из газожидкостных струй, улавливание струй в сборник-поглотитель, содержащий зону или другую жидкость, способную связывать вредные вещества продуктов выброса. Кроме того, дополнительно формируют осадительную завесу, а в качестве сборника-поглотителя используют бассейн с жидкостью.

Данный способ позволяет локализовать продукты газоаэрозольного выброса при аварии объекта, если место выброса известно, высота выброса не превышает десятков метров и рядом с выбросом сооружен сборник-поглотитель.

Недостатком этого способа является его неэффективность при газоаэрозольном выбросе, включенном, в частности, продукты радиационного распада, выносимые на большие высоты (сотня метров). Способ не позволяет обеспечить защиту важных промышленных, административных и экологически чистых зон в случае возникновения уровня прохода, под воздействием ветра, радиационного выброса над этими объектами и осаждения на эти районы взвешенных частиц продуктов распада.

Целью изобретения является разработка способа локализации продуктов газоаэрозольного выброса на больших высотах, в частном случае включающем продукты радиоактивного распада или токсичных веществ, обеспечивающего защиту охраняемых территорий (городов, важных промышленных объектов, экологически чистых зон и т.п.) от загрязнения продуктами выброса и снижения вероятности осаждения первичного облака на охраняемые территории.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе локализация газоаэрозольного выброса, включающего создание загрязнительной завесы и улавливание взвешенных частиц выброса путем последовательного образования у нижней кромки облака газоаэрозольного выброса зон разрежения боеприпасами объемного взрыва. После этого в газо-аэрозольном облаке рассеивают дискретные поглотители и улавливают его взвешенные частицы путем их связывания с поверхностью этих дискретных поглотителей на поверхность земли под действием их собственной силы тяжести, после чего их локализуют.

Боеприпасы объемного взрыва выстреливают ракетно-пусковыми установками, управляемыми самолетами-снарядами или другими средствами доставки.

В боеприпасах объемного взрыва в качестве рецептур используют жидкие, желеобразные или порошковые топливо-воздушные взрывчатые вещества. В качестве дискретного поглотителя отрезки материала фильтра Петрянова, снабженных игольчатыми стабилизаторами. Площадь поверхности каждого дискретного поглотителя выбрана в пределах 2 3 см². Сбор выпавших дискретных поглотителей осуществляют с помощью магнитов.

Указанная новая совокупность признаков позволяют при возникновении угрозы загрязнения территории с помощью боеприпасов объемного взрыва "приподнять" газо-аэрозольный выброс на требуемую высоты и за счет создания зон разрежения в местах взрыва удерживать основную массу продуктов распада от выпадения, а после прохождения облака под действием ветра над охраняемой территорией, контролировать его перемещение, осадить его на поверхность в безопасном месте и локализовать.

На фиг.1 изображена схема осуществления способа, вид сверху и вид сбоку; на фиг.2 рисунки, поясняющие физические процессы при реализации способа; на фиг. 3 схема дискретного поглотителя; на фиг.4 рисунок, поясняющий процесс осаждения продуктов распада.

При возникновении форсмажорных обстоятельств, связанных с аварийными взрывами на объектах ядерной энергетики 1 (АЭС, НИИ, опытных реакторах и т. п. ) может возникнуть угроза переноса и выпадения продуктов ядерного распада на охраняемые территории 2 (города, крупные промышленные предприятия, сельскохозяйственные и курортные зоны и т.п.). Как правило, размещение потенциально опасных объектов 1 предполагает предварительное получение розы ветров 3 и такой объект размещают относительно охраняемой территории 2, в направлении противоположном максимуму розы ветров (см. фиг.1).

Однако, при аварийном взрыве, остается вероятность переноса газоаэрозольного выброса 4 с продуктами распада на защищаемую территорию 2. В этих условиях для снижения вероятности поражения охраняемой территории в пределах угла А^o, охватывающего радиусами R важный объект, устанавливают по биссектрисе средства доставки 5 боеприпасов объемного взрыва, способных с требуемой точностью доставлять заряд в любую точку над территорией в пределах охраняемого сектора угла A^o. После аварийного взрыва к нижней кромке газо-аэрозольного выброса 4 с помощью средств доставки 5, например, ракетно-пусковой установки, производится первый залп боеприпасов объемного взрыва и их подрыв.

В качестве рецептур для боеприпасов объемного взрыва могут быть использованы известные топливовоздушные взрывчатые вещества: пропиленоксид, метан, безводный несимметричный диметилгидразин, алюминий (порошок) и др. обладающих высокой теплотворной способностью (см. Инф. сборник Гражданская оборона N 5, 90г, с. 24; Зарубежное военное обозрение N 8, 80г. с. 23-24). Из этих источников известно, что в результате распыления рецептуры заряда (жидкая, желеобразная, порошковая) в воздухе образуется топливовоздушная смесь 6, которую детонируют (см. фиг.2).

Взрыв такой смеси, представляющий собой процесс быстрого расширения продуктов сгорания, порождает в окружающей атмосфере ударную волну 7 с избыточным давлением P_ф= 25-90 кгс/см², распространяющуюся во все стороны со сверхзвуковой скоростью, и высокую температуру T=2500-3000^oC (первая фаза взрыва).

По мере прохождения ударной волны в эпицентре взрыва образуется зона разрежения 8, куда начинают устремляться взвешенные частицы радиоактивного выброса (вторая фаза взрыва) и удерживаться там силами сжатия (фиг.2,б).

Продолжительность фазы разрежения в несколько раз больше продолжительности фазы сжатия, что позволяет вовлечь в устремившийся воздушный поток радиоактивные частицы и с дальней периферии. Кроме того, за счет высокой температуры раскаленных газов взрыва, образуется мощный конвективный поток, который и "подбросит" втянувшиеся радиоактивные частицы на высоту H₁.

Величина H₁ зависит от высоты взрыва, температура воздуха, вида и количества топлива, степени вертикальной устойчивости атмосферы, способы подрыва топливовоздушной смеси и составляет 3-5 диаметра D зоны сжатия объемного взрыва, где P_ф=0,42 кгс/см². Так, для боеприпаса объемного взрыва с метановым зарядом весом 1000 кг с зоной детонации 38-40 м и задержкой подрыва на 2-4 с D зоны сжатия составляет 500 м, то H₁ может составлять 1500-2500 м.

При относительно небольшой величине газо-аэрозольного выброса целесообразно применять боеприпасы объемного взрыва из системы залпового огня многоствольной реактивной артиллерии и ракет ПВО. При этом детонатор механического действия программируется на выбрасывание доставляемой части заряда в нижней кромке радиоактивного выброса так, чтобы топливовоздушные смеси разместились рядом, образовав сплошное аэрозольное облако (см. фиг.1). Детонация смеси осуществляется с задержкой в 2-4 с. В этом случае, при взрыве, длящемся порядка 300 мс, создаются условия для максимального выхода тепловой энергии и создания максимально повышенного и максимально пониженного давления.

Если газоаэрозольный выброс рассеялся до значительных размеров, то по нему наиболее целесообразно применять боеприпасы с весом топлив 3-5 т и более (самолет-снаряд, самолет).

Под действием ветра на высоте H₁будет происходить и горизонтальное перемещение облака. При необходимости процесс повторяется путем подрыва нового боеприпаса, что приведет к "подбросу" продуктов выброса на высоту H₂ и т.д. пока не будет обеспечен безопасный проход радиоактивного облака над охраняемой территорией 2 (см. фиг.1). После прохождения охраняемой территории область газо-аэрозольного выброса доставляют дискретные поглотители 9 (см. фиг.1.б) путем их рассеивания над верхней кромкой облака. Эта операция выполняется или взлетно-подъемными средствами (самолет-снаряд, самолет, вертолет), либо путем запуска боезапаса с дискретными поглотителями ракетно-пусковыми установками (фиг.3.а, 3.б).

В качестве дискретных поглотителей могут использоваться различные адсорбирующие вещества, такие, например, как активированные угли, силикагели, синтетические и природные ионообменники и др.

Однако, наиболее эффективными дискретными поглотителями в данном способе следует рассматривать отрезки материала фильтра Петрянова (ФП) площадью 2-3 см² (фиг.4). Физико-химические свойства этого фильтра подобно описаны в книгах (Справочник средства индивидуальной защиты. Л. Химия, 1989, с.78-80; И. В.Петрянов-Соколов И.B. Сутугин А.Г. Аэрозоли, М. Наука, 1989, с.114-119).

Отличительным свойством материалов ФП (ФПП-15-1,5; ФПП-70-0,5; ФПП-70-0,2), изготовленных из пархлорвинила и др. полимеров, обладающих изоляционными свойствами, является то, что они несут высокие электрические заряды, которые резко повышают эффективность улавливания аэрозолей. При этом электрические заряды на материалах ФП распределяются неравномерно волокна с противоположным знаком и максимальной плотностью заряда находятся на поверхности слоя, а в середине слоя заряд равен нулю. Соответственно средняя напряженность поля имеет нулевое значение на поверхности и максимальное в середине слоя материала.

В данном случае фильтрация радионуклидов представляет собой не простое отсеивание частиц пористой перегородкой типа сит, а является сложным процессом захвата, осаждения и удержания частиц на волокнах фильтровального материала, т.е. "прилипания" к нему. ФП гидрофобны, обладают большой емкостью и высокой фильтрующей способностью по отношению к любым аэрозолям в различных погодных условиях.

Для увеличения общего количества дискретных фильтров в единице объема боеприпаса и для увеличения времени их удержания в газо-аэрозольном выбросе фильтры выполняют относительно небольшой массой, что и определяется указанной выше размером площади.

Для обеспечения упорядоченного и более компактного осаждения на землю каждый фильтр снабжен радионепрозрачным металлическим стабилизатором 10 (фиг. 4), который закреплен одним концом в центре фильтра, что придает ему парашютирующие свойства. Причем металл, из которого выполнен стабилизатор, должен обладать свойствами притяжения к магниту, что облегчает их механизированный сбор после приземления.

Длина металлической части стабилизатора выбирается равной половине длины волны, на которой работает, ведущее наблюдение, РЛС. Например, при рабочей длине волны РЛС=3 см, то l= 1,5 см. Вес стабилизатора 10 выбрасывается исходя из соображений скорости осаждения и допустимого сноса осаждаемых поглотителей и составляет 0,2-0,6 г.

Материалом подложки ФП служит марля. Общая толщина дискретного фильтра h= 1,5-2 мм. Такой фильтр обладает плавучестью, что исключит их осаждение на дно акваторий в случае приводнения. Для повышения устойчивости при полете на его поверхности закрепляются пластинки жесткости 11. Вариант применения дискретных поглотителей приведен на фиг.3.

Для постоянного отслеживания за перемещением газо-аэрозольного выброса и вывода в его область боеприпасов применяется РЛС 12 и линии связи 13.

После осаждения основной части поглотителей на землю их локализуют путем сбора с помощью магнитов и вывоза в места захоронений известными методами.

Таким образом, способ позволяет "перебросить" на безопасной высоте и избежать выпадения основной массы зараженных частиц на охраняемую территорию, осуществлять непрерывный контроль за перемещением газо-аэрозольного выброса, запланировать время и место его осаждения в безопасном районе путем выбора массы диспергированных поглотителей и осуществлять безопасный сбор их и локализацию механизированным способом как на суше, так и на акватории.

Формула изобретения

1. Способ локализации газоаэрозольного выброса, включающий создание заградительной завесы путем подрыва взрывчатых веществ, рассеяние в области газоаэрозольного выброса дискретных поглотителей, улавливание взвешенных частиц газоаэрозольного выброса дискретными поглотителями и их осаждение на поверхность земли, отличающийся тем, что газоаэрозольное облако перемещают из зоны его выброса в зону планируемого осаждения загрязняющих взвешенных частиц облака путем последовательного образования у нижней кромки газоаэрозольного облака зон разрежения боеприпасами объемного взрыва, затем улавливают взвешенные частицы газоаэрозольного облака путем распыления дискретных поглотителей в облако, находящееся в зоне планируемого осаждения взвешенных частиц, и после осаждения поглотителей на поверхность земли их локализуют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что боеприпасы объемного взрыва выстреливают ракетно-пусковыми установками или самолетами-снарядами.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве рецептур боеприпасов объемного взрыва используют жидкие, желеобразные или порошковые топливно-воздушные взрывчатые вещества.

4. Способ по п.1, 2 или 3 отличающийся тем, что в качестве дискретных поглотителей используют отрезки материала фильтра Петрянова, снабженные металлическими игольчатыми стабилизаторами.

5. Способ по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что площадь поверхности каждого дискретного поглотителя выбрана в пределах 2 3 см².

6. Способ по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что сбор осажденных на поверхность земли дискретных поглотителей осуществляют с помощью магнитов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4