ПОЛОЖЕНИЕ
ОБ ОЦЕНКЕ ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
РАДИОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

РБ-060-10

Москва 2010

Настоящее Положение об оценке пожаровзрывобезопасности технологических процессов радиохимических производств (далее - Положение) входит в число руководств по безопасности, носит рекомендательный характер и не является нормативным правовым актом.

Настоящее Положение содержит рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности, применительно к объектам ядерного топливного цикла, имеющим радиохимические производства, при их проектировании, сооружении, реконструкции и эксплуатации и к научно-исследовательским организациям, в которых проводится радиохимическая переработка отработавшего ядерного топлива и облученных ядерных материалов.

Настоящее Положение распространяется на объекты ядерного топливного цикла, связанные с технологическими операциями радиохимических производств.

Выпускается впервые.^*

_____________

^* Разработан коллективом авторов в составе Е.Р. Назина, Г.М. Зачиняева, Е.В. Рябовой, А.В. Родина.

В настоящем документе применяются следующие термины и определения:

1. Взрыв в воздушной среде - локализованный в пространстве процесс быстрого перехода потенциальной энергии источника в кинетическую энергию окружающей среды в форме волны давления, колебаний грунта, летящих предметов и теплового излучения области энерговыделения.

2. Дефлаграционный взрыв облаков газопаровоздушных смесей - энерговыделение в объеме облака при распространении экзотермической химической реакции с дозвуковой скоростью (взрывное горение).

3. Скорость газовыделения (W) - количество газообразных продуктов, выделяющихся в единицу времени при разложении химических веществ или взаимодействии компонентов смесей химических веществ.

4. Температура возникновения теплового взрыва (Т_взр) - температура химического вещества (смеси химических веществ), при которой тепловыделение в зоне химической реакции начинает превышать потери тепла из нее и происходит саморазогрев реагирующей системы.

5. Тепловой взрыв - экзотермическая самоускоряющаяся химическая реакция, протекающая с высокой скоростью и сопровождающаяся интенсивным тепло- и газовыделением.

6. Термическая стабильность химических веществ и смесей - способность к сохранению исходного состава под действием тепловых нагрузок.

7. Удельный объем газообразных продуктов теплового взрыва (V_уд) - объем парогазообразных продуктов, выделяющихся на единицу объема (массы) вещества (смеси) в результате теплового взрыва.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Положение об оценке пожаровзрывобезопасности технологических процессов радиохимических производств (далее - Положение) входит в число руководств по безопасности, носит рекомендательный характер и не является нормативным правовым актом.

2. Настоящее Положение содержит рекомендации Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по обеспечению пожаровзрывобезопасности (далее - ПВБ) применительно к объектам ядерного топливного цикла (далее - ЯТЦ), имеющим радиохимические производства (далее - РХП), при их проектировании, сооружении, реконструкции и эксплуатации и к научно-исследовательским организациям, в которых проводится радиохимическая переработка отработавшего ядерного топлива и облученных ядерных материалов.

3. Настоящее Положение распространяется на объекты ЯТЦ, связанные с технологическими операциями РХП:

▪ хранение отработавших тепловыделяющих сборок;

▪ растворение металлсодержащего сырья;

▪ фильтрование;

▪ переработка методами жидкостной экстракции и сорбции;

▪ подготовка исходных растворов, а также растворов, содержащих восстановители и окислители;

▪ образование и применение газовоздушных систем;

▪ использование осадительных процессов с последующей прокалкой осадков;

▪ хранение отработавших растворов, перлитных суспензий, используемых в процессах передела;

▪ упаривание высокоактивных и среднеактивных растворов.

II. ПОТЕНЦИАЛЬНО ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАДИОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА

4. Технологические процессы РХП предприятий ЯТЦ (далее - ПЯТЦ) являются потенциально пожаровзрывоопасными в случаях, если при их проведении:

1) образуются или используются горючие газы (водород, аммиак, метан, оксид углерода и др.);

2) используются горючие жидкости (экстрагенты, углеводородные разбавители и другие органические жидкости);

3) используются смеси восстановителей с азотнокислыми окислителями (смеси экстрагентов и органических сорбентов с азотной кислотой и нитратами; азотнокислые растворы, содержащие органические продукты и др.).

Примерный перечень потенциально пожаровзрывоопасных технологических процессов РХП ПЯТЦ приведен в приложении № 1 к настоящему Положению.

5. На основе данных об авариях, имевших место в практике работы РХП ПЯТЦ, и информации о пожаровзрывоопасных свойствах химических веществ и смесей, используемых в технологических процессах РХП ПЯТЦ, в качестве моделей аварий в Положении приняты:

1) дефлаграционный взрыв облаков газопаровоздушных смесей;

2) разрушение сосудов (резервуаров) под действием внутреннего давления.

6. В качестве объектов, содержащих потенциальные источники аварий, рекомендуется рассматривать:

1) промышленные аппараты (растворители, экстракторы, сорбционные колонны, емкости для хранения отходов, выпарные аппараты, денитраторы, фильтры и др.);

2) системы вентиляции (общая, локальная), трубопроводы, газоходы;

3) защитные камеры, боксы, рабочие помещения и каньоны, в которых находятся аппараты.

III. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕЩЕСТВ И СМЕСЕЙ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

7. В качестве исходных характеристик, определяющих пожаровзрывобезопасные условия проведения технологических процессов с потенциально опасными химическими веществами и смесями, необходимыми и достаточными рекомендуется считать:

1) для газовоздушных и газовых смесей - величины нижних концентрационных пределов распространения пламени (φ_н) (для индивидуальных газов принимаются справочные величины φ_н; способ расчета φ_н для смесей горючих газов приведен в п. 1 приложения № 2 к настоящему Положению);

2) для горючих жидкостей - величины температуры вспышки (T_всп) и/или нижнего температурного предела распространения пламени (T_н) (определяются экспериментально или рассчитываются способом, изложенным в п. 3 приложения № 2 к настоящему Положению);

3) для смесей восстановителей с азотнокислыми окислителями - скорость газовыделения (W), температура возникновения теплового взрыва (Т_взр), V_уд парогазообразных продуктов экзотермических процессов окисления (тепловых взрывов) (для экстракционных и сорбционных смесей РХП эти характеристики приведены в приложении № 2 к настоящему Положению).

IV. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ИЛИ ВЗРЫВА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАДИОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА

8. Для возникновения воспламенения или взрыва при проведении технологических процессов необходимо одновременное наличие минимум двух факторов, каждый из которых отдельно не является исходным событием. Перечень условий возникновения воспламенения и/или взрыва при проведении технологических процессов РХП приведен в приложении № 3 к настоящему Положению.

9. Причинами появления избыточного давления в аппаратах в подавляющем большинстве случаев являются окислительные процессы в смесях восстановителей (экстрагентов, сорбентов, органических продуктов и др.) с азотнокислыми окислителями (азотной кислотой, нитратами, оксидами азота), сопровождающиеся газовыделением, а также радиолиз органических продуктов и водных растворов. В зависимости от условий, окислительные процессы могут проходить при постоянной температуре с примерно постоянными скоростями газовыделения или с прогрессивным ростом температуры реагирующих смесей и скоростей газовыделения в режиме теплового взрыва.

V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАДИОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА

10. Технические и организационные мероприятия по обеспечению ПВБ конкретных технологических процессов РХП рекомендуется разрабатывать на основе результатов анализа, включающего:

1) анализ всех стадий технологического процесса на предмет пожаровзрывоопасности и выявление потенциально опасных веществ и смесей;

2) расчетное или экспериментальное определение пожаровзрывоопасных характеристик обнаруженных потенциально опасных веществ и смесей;

3) выявление условий реализации потенциальной опасности (воспламенения газопаровоздушных смесей, теплового взрыва конденсированных веществ и смесей);

4) установление пределов безопасной эксплуатации (далее - ПБЭ) и (или) условий безопасной эксплуатации (далее - УБЭ);

5) разработку мероприятий по обеспечению УБЭ;

6) корректировку мероприятий по обеспечению УБЭ на основании результатов промышленной «обкатки» технологического процесса;

7) вероятностный анализ безопасности с привлечением информации об условиях возникновения аварий;

8) оценку последствий аварий с использованием соответствующих характеристик.

11. Рекомендуется провести независимую экспертную оценку организационно-технических мероприятий по обеспечению ПВБ технологических процессов.

12. Для обеспечения ПВБ технологических процессов РХП рекомендуется соблюдать следующие условия:

▪ содержание горючих газов в газовых смесях не должно превышать величины ПБЭ; величина ПБЭ не должна превышать 50 % величины φ_н для горючего газа или смеси горючих газов с учетом динамики их выделения;

▪ температура горючих жидкостей не должна превышать величины ПБЭ (величина ПБЭ принимается на 10 °С ниже величины Т_н, наименьшей температуры жидкости, при которой происходит воспламенение паровоздушных смесей);

▪ пропускная способность сдувок аппаратов должна обеспечивать отвод выделяющихся газов в момент их максимального выделения;

▪ время нахождения смесей экстрагентов, сорбентов и восстановителей в закрытых аппаратах должно быть обусловлено технологической необходимостью при контроле за температурой содержимого и давлением в аппарате;

▪ наличие органических веществ сверх пределов растворимости в азотнокислых растворах, подаваемых на высокотемпературные операции (упаривание, ректификация HNO₃, получение плава уранилнитрата, денитрация), должно быть исключено;

▪ нагревание в закрытых аппаратах азотнокислых растворов до температур выше 120 °С должно быть исключено;

▪ хранение сорбентов в нитратной форме допускается при влажности не менее 50 %;

осушение органических сорбентов, содержащих нитратные группы, должно быть исключено;

▪ во избежание осушения сорбента за счет теплоты радиоактивного распада допустимые количества радионуклидов в сорбционных колоннах должны быть обоснованы теплофизическими расчетами;

▪ содержание восстановителей при упаривании азотнокислых растворов должно быть ограничено такими величинами, чтобы в случае возникновения экзотермических процессов окисления восстановителей давление в аппарате не превысило допустимого;

▪ высушивание смесей органических веществ (восстановителей) с нитратами с последующим нагреванием должно быть исключено;

▪ при хранении растворов и суспензий не допускается осушение осадков.

13. В целях обеспечения всесторонней и качественной оценки ПВБ технологических процессов РХП в обосновывающие документы, представляемые эксплуатирующей организацией для получения лицензии на виды деятельности в области использования атомной энергии, а также в экспертное заключение о ПВБ технологических процессов рекомендуется включать положения, перечисленные в приложении № 4 к настоящему Положению.

Приложение № 1
к Положению об оценке пожаровзрывобезопасности
технологических процессов радиохимических
производств, утвержденному приказом
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору

Перечень потенциально пожаровзрывоопасных технологических процессов радиохимических производств предприятий ядерного топливного цикла

Приложение № 2
к Положению об оценке пожаровзрывобезопасности
технологических процессов радиохимических
производств, утвержденному приказом
Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору

Пожаровзрывоопасные характеристики веществ и смесей, используемых в технологических процессах радиохимических производств

1. Нижний концентрационный предел распространения пламени (φ_н) - минимальное содержание горючего газа (газов) в смеси с воздухом, при котором происходит воспламенение смеси. Величины φ_н для водорода, аммиака, оксида углерода и метана составляют соответственно 4,0; 13,0; 12,0 и 4,0 объемных процента.

Влияние температуры на величину φ_н оценивается по зависимости:

                                             (1)

где  - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа при температуре Т₂, %об.;

 - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа при температуре Т₁, %об.;

Т₁, Т₂ - температуры в К.

При наличии в газовой смеси нескольких горючих газов величина φ_н может быть рассчитана по формуле Ле-Шателье:

                                                                (2)

где  - содержание i-го горючего в смеси горючих газов, % об.;

 - нижний концентрационный предел распространения пламени i-го горючего газа, % об.

Минимальная флегматизирующая концентрация (φ_фл) - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении компонентов. Для Н₂, NH₃, CO и СН₄ имеются справочные данные по величинам φ_н при разбавлении азотом и диоксидом углерода. Влияние температуры оценивается по формуле:

                                               (3)

где  - минимальная флегматизирующая концентрация инертного компонента в смеси горючих газов при температуре T₂, % об.;

 - минимальная флегматизирующая концентрация инертного компонента в смеси горючих газов при температуре T₁, % об.

В совокупности эти показатели позволяют решать практические задачи по оценке воспламеняемости газовых смесей и обеспечению безопасных условий работы с ними.

2. Объем воздуха (инертного газа) - V_разб, необходимый для разбавления одного объема газовой смеси до ПБЭ, можно оценить по зависимости:

V_разб = (φ_г - ПБЭ)/ПБЭ,                                                  (4)

где φ_г - концентрация горючего газа (или смеси горючих газов) в данной смеси, % об.

3. Температурой вспышки (T_всп) называется самая низкая температура вещества (горючей жидкости), при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от постоянного источника зажигания.

Нижним температурным пределом распространения пламени (T_н) называется температура вещества, при которой его насыщенные пары образуют в воздухе концентрации, равные φ_н.

Величину T_всп смеси горючих жидкостей рассчитывают по формуле:

                                   (5)

где x_i - мольная доля i-го компонента в смеси (в жидкой фазе);

ΔH_испi - мольная теплота испарения i-го компонента, кДж ∙ моль^-1;

Т_вспi -температура вспышки i-го компонента, °С;

 - температура вспышки смеси, °С;

R - универсальная газовая постоянная.

Значение  может быть рассчитано по интерполяционной формуле:

                                     (6)

где T_кипi - температура кипения i-го компонента, °С.

По этой же формуле рассчитывается величина T_н смеси, если вместо T_всп подставить величины T_н компонентов смеси.

Средняя квадратическая погрешность расчета по формуле (6) составляет 9 °С.

4. В открытом сосуде температура начала газовыделения (T_нг) для смесей трибутилфосфата (далее - ТБФ) и его растворов в углеводородных разбавителях с азотной кислотой концентрации 12 моль/л составляет 80 - 90 °С, максимальная скорость газовыделения (W_max) для необлученных смесей - 1,5 л/мин ∙ л экстрагента, для облученных - 4 л/мин ∙ л экстрагента.

5. В открытых сосудах T_нг для смесей сорбентов с азотной кислотой концентрации 7 и 12 моль/л при наличии раствора между гранулами сорбента составляет, соответственно, 70 и 60 °С, W_max для необлученных смесей при температуре 100 °С - 0,8 - 1,2 л/мин ∙ л сорбента, для облученных - 2,3 - 2,5 л/мин ∙ л сорбента.

6. Для смесей ТБФ и его растворов в углеводородных разбавителях с азотной кислотой концентрации 3 - 12 моль/л величины T_взр составляют 125 - 140 °С для необлученных смесей и 110 - 120 °С для облученных смесей, V_уд парогазообразных продуктов после завершения теплового взрыва - 1,5 - 2,0 м³/л экстрагента.

7. Величины T_взр смесей экстрагента (ТБФ) с уранилнитратом составляют 170 - 180 °С.

8. Аниониты в нитратной форме или с нитратным комплексом металлов в сухом состоянии воспламеняются при температуре 200 - 210 °С вне зависимости от герметичности сосуда.

9. Смеси анионитов с азотной кислотой после удаления водной фазы между гранулами сорбента способны к воспламенению при нагревании до температуры 130 - 150 °С (необлученные смеси) и 115 - 120 °С (облученные смеси), при этом герметичность сосуда не имеет значения. V_уд парогазообразных продуктов теплового взрыва анионита в нитратной форме составляет 0,15 м³ на литр воздушно-сухого сорбента, для смесей его с 6 - 12 моль/л азотной кислотой - от 1,2 до 1,7 м³ на литр воздушно-сухого сорбента.

Приложение № 3
к Положению об оценке пожаровзрывобезопасности
технологических процессов радиохимических
производств, утвержденному приказом
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору

Условия возникновения воспламенения и/или взрыва при проведении технологических процессов радиохимических производств

Приложение № 4
к Положению об оценке пожаровзрывобезопасности
технологических процессов радиохимических
производств, утвержденному приказом
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору

Положения, которые рекомендуется включать в обосновывающие документы, представляемые эксплуатирующей организацией для получения лицензии на виды деятельности в области использования атомной энергии, а также в экспертное заключение о пожаровзрывобезопасности технологических процессов

1. Состав и содержание документации о технологическом процессе

1.1. Рекомендуется определить суть процесса (для каких целей предназначен).

1.2. Рекомендуется предоставить сведения об используемых и образующихся в процессе химических веществах или смесях и их количествах.

1.3. Рекомендуется приводить информацию о пожаровзрывоопасных характеристиках потенциально опасных веществ и смесей, перечень которых приведен в приложении № 3 к Положению об оценке пожаровзрывобезопасности технологических процессов радиохимических производств, и об условиях реализации потенциальной опасности в форме горения, создания избыточного давления или взрыва.

1.4. Рекомендуется указать скорость выделения радиолитического водорода и содержание горючих газов в газовоздушных смесях.

1.5. Рекомендуется привести аппаратурную схему процесса (порядок работы, содержимое, связь с другими аппаратами).

1.6. Рекомендуется привести характеристики аппаратов, в которых находятся химические вещества или смеси (объем, степень заполнения, наличие контрольно-измерительных приборов и места их расположения, герметичность, наличие сдувок, систем «нагрев-охлаждение», коммуникации приема и выдачи продуктов) и их связь с другими аппаратами.

1.7. Рекомендуется предоставлять информацию об основных параметрах процесса (концентрация компонентов и наличие входного контроля за ними, температура, давление, наличие катализаторов и т.д.).

1.8. Рекомендуется указать максимальные отклонения параметров процессов от регламентных величин.

1.9. Рекомендуется привести информацию о ПБЭ и (или) УБЭ.

1.10. Рекомендуется предоставить сведения о проводимых организационно-технических мероприятиях по обеспечению УБЭ.

1.11. Рекомендуется привести перечень документов, обосновывающих ПВБ процесса (заключение о ПВБ, рекомендации о безопасных условиях проведения процессов, справки о результатах анализов и/или испытаний свойств потенциально опасных веществ и их смесей, отчеты о результатах расчетов и/или экспериментов, отчеты по научно-исследовательским работам, выполненные эксплуатирующей организацией и/или другими организациями).

1.12. Рекомендуется привести перечень имевших место аварийных ситуаций и/или отклонений при проведении данного процесса.

2. Состав и содержание экспертного заключения о пожаровзрывобезопасности технологических процессов радиохимических производств

2.1. В преамбулу заключения рекомендуется включить описание процесса, соответствующее приведенному в обосновывающих документах, представленных эксплуатирующей организацией.

2.2. На основании анализа представленной информации рекомендуется указать потенциально опасные вещества и их смеси, технологические операции, в которых они используются и/или образуются.

2.3. Информация о результатах расчетного и/или экспериментального определения пожаровзрывоопасных свойств потенциально опасных веществ, их смесей, об условиях, при которых реализуется потенциальная опасность в форме горения, создания избыточного давления или взрыва может быть основой для оценки экспертной организацией надежности и достаточности организационно-технических мероприятий по обеспечению ПБЭ (если они установлены) и УБЭ. При недостаточности этих мероприятий могут быть выданы соответствующие рекомендации по обеспечению ПБЭ и УБЭ.

2.4. Отдельной строкой рекомендуется формулировать вывод о соответствии (или несоответствии) условий проведения технологического процесса УБЭ.

СОДЕРЖАНИЕ