Раствор для дезактивации металлической поверхности

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РАСТВОР ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Давыдов Юрий Петрович Вороник Надежда Ивановна Сапрунова Наталья Анатольевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(57) Раствор для дезактивации металлической поверхности, содержащий о-фосфорную и борную кислоты и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит 1-гидроксиэтилидендифосфоновую кислоту и тиомочевину при следующем соотношении компонентов, мас.о-фосфорная кислота 3-5 борная кислота 1-3 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота 0,5-1,5 тиомочевина 0,05-0,10 вода остальное. Изобретение относится к ядерной технике, а именно к дезактивации оборудования ядерных энергетических установок. Изобретение может использоваться также для очистки металлических поверхностей от продуктов коррозии. Дезактивация ядерно-энергетического оборудования и химическая очистка теплоэнергетического оборудования являются ответственными этапами эксплуатации АЭС и ТЭС. Если их технология будет нарушена вследствие, например, неправильного выбора дезактивирующего или промывочного раствора, могут возникнуть серьезные коррозионные повреждения, способные привести к существенному понижению эксплуатационной надежности оборудования. В настоящее время для дезактивации поверхностей оборудования широкое применение нашли растворы на основе минеральных и органических кислот. Эти растворы предназначены для травления металлов, однако при дезактивации к ним предъявляют более 18458 1 2014.08.30 жесткие требования по коррозии. Для снижения коррозионного воздействия растворов к ним добавляют ингибиторы, однако в результате повышения ингибирующего действия снижается эффективность дезактивации, поэтому необходимо для каждого дезактивирующего раствора подбирать специфический ингибитор 1. Известный состав для очистки металлической поверхности, содержащий соли фосфорной кислоты, дополнительно содержит натриевую соль борной кислоты и ди-(2 бензтиазолил)-дисульфид при общем содержании компонентов, мас.натриевая соль борной кислоты - 0,2-1,0 ди-(2-бензтиазолил)-дисульфид - 0,5-2,0. Однако предложенный ингибитор нетехнологичен для целей дезактивации, так как плохо растворим в кислых водных растворах и обладает отвратительным запахом 2. Наиболее близким по технической сущности является водный раствор для дезактивации, состоящий из смеси плавиковой, борной и о-фосфорной кислот с концентрацией плавиковой кислоты в смеси 1-25 моль/л при молярном соотношении плавиковой и борной кислот 2-4 моль/моль, а плавиковой и ортофосфорной кислот 20-100 моль/моль 3. К причинам, препятствующим использованию раствора, относится наличие коррозионноактивных ионов -, придающих раствору сильное коррозионное воздействие на сталь и особенно на циркониевые сплавы, что недопустимо при эксплуатационных промывках оборудования ядерных энергетических установок. Задачей настоящего изобретения является создание раствора для дезактивации металлических поверхностей, позволяющего достигнуть высокой степени дезактивации при пониженном коррозионном воздействии раствора на поверхности металлов. Поставленная задача решается тем, что раствор для дезактивации металлической поверхности, содержащий о-фосфорную и борную кислоты, воду, дополнительно содержит 1-гидроксиэтилидендифосфоновую кислоту и тиомочевину при следующем соотношении компонентов, мас.о-фосфорная кислота 3-5 борная кислота 1-3 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота 0,5-1,5 тиомочевина 0,05-0,10 вода остальное. Дезактивирующее действие предлагаемого раствора основано на растворении оксидных отложений с включенными в них радионуклидами, превращении нерастворимых отложений в соли или прочные комплексы, хорошо растворимые в данных условиях,разрушении подслоя отложений, прочно связанного с поверхностью металла, с последующим удалением потоком жидкости разрыхленных и отслоившихся от поверхности частиц. Состав предлагаемого дезактивирующего раствора оптимизирован с точки зрения удаления окислов железа (основной компонент отложений) о-фосфорной и борной кислотами, предотвращения повторной сорбции радиоактивных загрязнений на очищенную поверхность путем связывания компонентов отложений в прочные растворимые комплексы с 1-гидроксиэтилидендифосфоновой (далее - ОЭДФ) кислотой и минимизации разрушающего воздействия дезактивирующего раствора на конструкционный материал благодаря сочетанному действию ингибиторов кислотной коррозии - ОЭДФ кислоты и тиомочевины. Предлагаемый раствор для дезактивации металлической поверхности получают путем растворения компонентов в воде. Изготовление дезактивирующего раствора производится в аппарате с перемешивающим устройством. В отмеренное количество воды вводят последовательно при перемешивании компоненты предлагаемого раствора. После введения компонентов в течение 15 мин осуществляется перемешивание раствора. Сравнение дезактивирующего и коррозионного воздействий растворов прототипа и предлагаемого изобретения проводили на образцах углеродистой стали 05 кп, предварительно обезжиренных и обработанных с целью удаления с поверхности продуктов коррозии и фосфатирования. 2 18458 1 2014.08.30 Пример 1. Для сравнения дезактивирующих свойств растворов в центр подготовленных образцов стали 05 кп наносился азотнокислый раствор радионуклидов 137 и 60, нанесенные загрязнения высушивали при температуре 50-60 С и выдерживали для старения не менее 100 ч. Основным критерием при выборе удельной активности загрязняющего раствора было соответствие реальным условиям и обеспечение возможности эффективного измерения остаточной активности образцов после дезактивации. Исходная радиоактивность образцов до дезактивации и остаточная радиоактивность после дезактивации измерялась с помощью -анализатора МКС-АТ-1315 производства Атомтех. Ошибка определения исходной активности образцов - 3,1-6,1 , конечной - 4,3-10,1 . Испытания проводились раствором прототипа и предлагаемым раствором в течение 1 ч. С целью получения достоверных данных в каждом опыте проводили не менее 3 параллельных экспериментов. Эффективность дезактивации оценивали по коэффициенту дезактивации (Кдез.), равному отношению начальной активности к ее конечному значению Кдез.исх./кон Полученные результаты представлены в табл. 1. Таблица 1 Сравнение дезактивирующей способности раствора прототипа и предлагаемого раствора дез. Среднее значение дез. Дезактивирующий раствор,137 60 137 60 мас. Пример 2. Для сравнения коррозионного воздействия растворов определяли скорость сплошной коррозии образцов углеродистой стали 05 кп в растворе прототипа и в предлагаемом дезактивирующем растворе. Величину потери массы образцов контролировали с помощью аналитических весовс пределом взвешивания 200 г. С целью получения достоверных данных в каждом опыте проводили не менее 3 параллельных экспериментов. Полученные результаты представлены в табл. 2. 3 18458 1 2014.08.30 Таблица 2 Сравнение скорости коррозии углеродистой стали 05 кп в растворе прототипа и предлагаемом растворе Скорость коррозии, г/(м 2 ч) Дезактивирующий раствор,Продолжительность травления, ч мас.Среднее значение 1 4 1. Прототип 33,22 33,29 29,73 31,98 32,390,02 33,14 32,96 2. Кислота о-фосфорная - 3 1,00 1,15 1,110,01 кислота борная - 1 1,05 1,16 кислота ОЭДФ - 0,5 1,06 1,22 тиомочевина - 0,05 вода - остальное 3. Кислота о-фосфорная - 4 0,74 0,99 кислота борная - 2 0,80 0,85 0,700,01 кислота ОЭДФ - 1 0,73 0,74 тиомочевина - 0,08 вода - остальное 4. Кислота о-фосфорная - 5 0,32 0,20 кислота борная - 3 0,37 0,18 0,280,01 кислота ОЭДФ -1,5 0,40 0,20 тиомочевина - 0,10 вода - остальное Как видно из представленных в табл. 1 и 2 данных, эффективность дезактивации при применении предлагаемого раствора для дезактивации металлической поверхности больше эффективности дезактивации при применении раствора прототипа в 3 раза, а коррозионное воздействие меньше в 30-100 раз. Наименьшее содержание компонентов в растворе для дезактивации металлической поверхности ограничено необходимостью достижения приемлемой эффективности дезактивации. Увеличение содержания компонентов выше указанных величин нецелесообразно экономически из-за повышенного расхода реактивов. Таким образом, использование предлагаемого раствора для дезактивации металлической поверхности позволяет увеличить эффективность дезактивации существенно уменьшить коррозионное воздействие дезактивирующего раствора на углеродистую сталь. В результате это позволяет поддерживать необходимую активность дезактивирующего или травильного раствора более длительное время, способствует сокращению расхода кислоты, уменьшает степень ее воздействия на основной металл, понижает паровыделение из раствора, а также уменьшает так называемую водородную хрупкость, возникающую в результате непосредственного действия кислоты на металл. Источники информации 1. Ампелогова Н.И., Симановский Ю.М., Трапезников А.А. Дезактивация в ядерной энергетике. - М. Энергоиздат, 1982. - С. 124. 2. Патент РФ 795056, МПК 23 1/18, 1996. 3. Патент РФ 2147780, МПК 21 9/28, 2000 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4