Экономическая эффективность инновационной технологии кондиционирования РАО в матрицы из магнезиальных вяжущих

 

В предлагаемой работе выполнен экономической анализ эффективности инновационной технологии кондиционирования РАО в матрицы из магнезиальных вяжущих по сравнению с традиционной технологией кондиционирования РАО в матрицы из портландцемента. Произведены расчеты стоимостей процесса контейнеризации и захоронения РАО для различных вариантов серийных контейнеров в соответствии с действующими тарифами. Главным достоинством предлагаемой инновационной технологии кондиционирования РАО по сравнению с традиционной технологией кондиционирования РАО в матрицы из портландцемента является высокая степень наполнение компаунда сухими радиоактивными солями и возможность проводить процесс кондиционирования при содержании органики в ЖРО до 30 % без применения специальных дорогостоящих технологий. Выполнен сравнительный анализ затрат и сделан вывод о преимуществе инновационной технологии кондиционирования РАО в матрицы из магнезиальных вяжущих.

Ключевые слова: кондиционирование РАО,портландцемент, кубовые остатки, жидкие радиоактивные отходы, национальный оператор по обращению с РАО, тарифы на захоронение РАО.

 

Технология кондиционирования РАО в матрицы из магнезиальных вяжущих является альтернативой широко используемой технологии кондиционирования в матрицы из портландцемента.

По результатам выполненных исследований установлено, что технология отверждения ЖРО с использованием матриц из магнезиальных вяжущих превосходит технологию цементирования и может успешно применяться для переработки накопленных ЖРО с целью их подготовки к захоронению.

Основное качественное преимущество предлагаемой технологии заключается в том, что при кондиционировании в матрицы из портландцемента марки М-400 для КО спецпрачечных достижимо 20 % наполнение компаунда сухими радиоактивными солями при увеличение первоначального объема отходов в среднем в 1,4 раза, а кондиционирование с использованием матриц из магнезиальных вяжущих обеспечивает 40 % наполнение радиоактивными солями и приводит к увеличению объема отходов при оптимальном ведении процесса всего в 1,5 раза.

Вышеуказанное свойство матрицы из магнезиальных вяжущих приводит к значительному снижению окончательной стоимости отвержденного продукта при сдаче его на хранение национальному оператору. Расчет экономической эффективности данной технологии представлен ниже.

Новая технология и композиционный материал для кондиционирования РАО защищена патентом 2483375 C2 РФ и отражена в публикациях. [1–4]

Затраты на использование технологий кондиционирования РАО состоят из затрат на следующие процессы:

                    Цементирование;

                    Контейнеризация;

                    Захоронение РАО.

Рассмотрим процесс цементирования. Его стоимость складывается из нескольких показателей:

                    Амортизация оборудования зданий и сооружений.

                    Стоимость химических реагентов и материалов;

                    Стоимость труда (ФЗП);

                    Социальные выплаты;

                    Расход электроэнергии;

                    Расход воды.

Накладные расходы на содержание зданий, сооружений и др.

Принимаем, что амортизационные отчисления, а также накладные расходы на содержание зданий, сооружений примерно одинаковы по двум сравниваемым вариантам, так как рассматриваемые технологии предусматривают практически идентичные установки цементирования, а также одинаковые строительные объемы для размещения технологического оборудования.

Состав персонала на участке цементирования:

                    начальник участка (инженер) -1;

                    оператор на установке цементирования-1;

                    оператор на установке затаривания цементного компаунда в контейнеры -1;

                    дозиметрист-1;

                    дезактиватор-1;

                    дежурный слесарь-электрик 1 на 2–3 участка.

Состав персонала для обеспечения работы установки по двум сравниваемым вариантам одинаков, отсюда следует, что фонд заработной платы и социальные выплаты работникам в сравниваемых вариантах организации участка цементирования будут равны.

Расход электроэнергии для сравниваемых вариантов приблизительно равный. Дополнительный расход электроэнергии и связанные с ним денежные траты в случае «магнезиальной» технологии могут быть связаны с приготовлением ферроцианида никеля-калия (ФЦНК), однако эти расходы невелики и не превысят 10 % от общего расхода электроэнергии.

Затраты на воду при первом приближении принимаем равными, она понадобится, в основном, для промывки оборудования с целью удаления остаточного цементного раствора с рабочих поверхностей установки цементирования по окончании или в перерывах ее работы. Небольшое количество дополнительной воды потребуется для приготовления ФЦНК.

Основным, принципиальным вкладом в различие стоимости цементирования с использованием двух методов является разница стоимостей химических реагентов и материалов необходимых для кондиционирования ЖРО.

Материалы, необходимые для цементирования 1 м3 кубового остатка и их стоимость при использовании базового варианта с использованием портландцемента М400 указаны в таблице

 

Материал	Расход материала на 1 м3 КО, кг	Стоимость 1 кг, руб.	Итого, руб.
Цемент марки М400	600	3,9	2340

 

Аналогичные данные по варианту использования магнезиальных вяжущих представлены в следующей таблице

 

Реагент, материал	Расход на 1 м3 КО, кг	Стоимость 1 кг, руб.	Итого, руб.
Хлорид магния (MgCl2)	90	35	3150
Желтая кровяная соль+нитрат никеля	2,7	90	243
Хлорид кальция (CaCl2)	90	19	1710
Бентонитовая глина	2,3	600	1380
Шунгит	0,9	338	304,2
Оксид магния (MgO)	450	13	5850
Итого:	12637,2

 

Получаем, что затраты, связанные с покупкой химических реагентов и материалов, необходимых для включения одного метра кубического кубового остатка в матрицу из портландцемента составляет 2340 руб., для включения в магнезиальную матрицу — 12637,2 руб.

Далее следует рассмотреть процесс контейнеризации кондиционированных отходов. Отвержденные РАО подлежат хранению или захоронению только в соответствующей упаковке. Вариантами упаковки могут быть:

                    Бочка, объемом 200 л;

                    Контейнер КРАД-1,36;

                    Контейнер НЗК-150–1,5.

Вариант контейнеризации путем размещения цементного компаунда в бочках считаем не целесообразным, так как срок службы бочек составляет не более 10–15 лет. Далее происходит коррозионное разрушение материала бочки, что повлечет за собой необходимость переупаковки (перетаривания) РАО.

Принимаем варианты использования контейнеров НЗК и КРАД.

Сравнительная таблица технологических характеристик предлагаемых типов упаковки.

 

Наименование параметра	КРАД-1,36	НЗК-150–1,5
Ёмкость рабочая, м3	1,36	1,5
Толщина стенок, мм	Тонкостенный	150
Габаритные размеры, мм	1280*1280*900	1650*1650*1375
Срок службы, лет	50	300
Цена, тыс. руб.	67	120

 

Наиболее надежным контейнером для хранения РАО считаем НЗК-150–1,5. Контейнер железобетонный защитный невозвратный для твердых и отвержденных радиоактивных отходов НЗК-150–1,5 обладает толстыми бетонными стенками (150мм), обеспечивающими биологическую защиту обслуживающего персонала от излучения, а его работоспособность как инженерного барьера составляет не менее 300 лет.

Также контейнер НЗК-150–1,5 рекомендуется в качестве основного контейнера для АЭС «Рабочей программой по обращению с РАО на период 2003–2008 годы», утвержденной 4 июля 2003 года, и Федеральной целевой программой «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007–2010 годы и на перспективу до 2015 года» (Постановление Правительства Российской Федерации от 06.10.2006 г. № 605).

Основным преимуществом инновационной технологии кондиционирования РАО путем включения их в магнезиальную матрицу является высокая степень включения сухих солей. Разработан композиционный материал, позволяющий кондиционировать РАО с качеством, соответствующим требованиям ГОСТ Р 51883–2003 и степенью наполнения сухими радиоактивными солями 40 %. В то время, как при цементировании с использованием портландцемента степень включения сухих солей не превышает 20 %.

Это значит, что из 1 м3 КО при его цементировании с использованием портландцемента получаем 1,8 м3 РАО готовых к захоронению, а при кондиционировании 1 м3 РАО с использованием магнезиальных вяжущих получаем всего 1,2 м3. Отсюда следует значительное снижение затрат, связанных с контейнеризацией цементного компаунда и с их передачей Национальному оператору на захоронение. Рассчитаем затраты на упаковку цементного компаунда в контейнер типа НЗК-150–1,5.

Степень заполняемости контейнера НЗК-150–1,5 цементным компаундом, полученным при кондиционировании 1 м3 КО рассчитываем по формуле:

Ск=Vцк/Fнзк,

где Ск — степень наполнения контейнера; Vцк − объем цементного компаунда, получаемого из 1 м3 КО, м3; Fнзк − ёмкость контейнера НЗК-150–1,5.

При кондиционировании РАО с использованием портландцемента:

Ск=1.8/1.5=1,2.

Для упаковки цементного компаунда, полученного при кондиционировании 1 м3 РАО (кубового остатка) потребуется 1,2 от объема контейнера НЗК-150–1,5.

При кондиционировании РАО с использованием магнезиальной смеси:

Ск=1.2/1.5=0,8.

Для упаковки цементного компаунда, полученного при кондиционировании 1 м3 РАО (кубового остатка), потребуется 0,8 от объема контейнера.

 

Параметр	Технология кондиционирования РАО в матрицы из портландцемента	Технология кондиционирования РАО в магнезиальную матрицу
Степень наполнения НЗК-150–1,5	1,2	0,8
Цена НЗК-150–1,5, тыс. руб.	120	120
Затраты на контейнеры, тыс. руб.	144	96

 

Предлагаемая технология позволяет сократить затраты на упаковку переработанного 1 м3 КО в контейнеры типа НЗК-150–1,5 при переходе на новую технологию на 48 тыс. руб.

Аналогично рассчитываем затраты на упаковку цементного компаунда в контейнеры КРАД-1,36.

При кондиционировании РАО с использованием портландцемента:

Ск=1,8/1,36=1,3.

Для упаковки цементного компаунда, полученного при кондиционировании 1 м3 КО с использованием портландцемента потребуется 1,3 от объема контейнера.

При кондиционировании РАО с использованием магнезиальной смеси:

Ск=1,2/1,36=0,9.

Для упаковки цементного компаунда, полученного при кондиционировании 1 м3 КО потребуется 0,9 от объема контейнера.

 

Параметр	Технология кондиционирования РАО в матрицы из портландцемента	Технология кондиционирования РАО в магнезиальную матрицу
Степень наполнения КРАД-1,36	1,3	0,9
Цена КРАД-1,36, тыс. руб.	67	67
Затраты на контейнеры, тыс. руб.	87,1	60,3

 

Контейнеризация цементного компаунда, полученного с использованием новой технологии в КРАД-1,36 дает экономию 26,8 тыс. руб. на 1м3 перерабатываемых РАО (кубового остатка).

Рассмотрим процесс захоронения кондиционированных РАО.

Согласно Федеральному закону «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ» от 11.06.2011 № 190-ФЗ определена система обращения с РАО:

                    Обязательное захоронение всех удаляемых РАО в кондиционированном виде;

                    Все федеральные и межрегиональные пункты захоронения РАО эксплуатирует

Национальный оператор.

Организация обязана осуществить оплату захоронения РАО исходя из фактического объема передаваемых Национальному оператору РАО и тарифов на их захоронение. Оплата захоронения РАО осуществляется при передаче их Национальному оператору;

                    Тарифы на захоронение РАО[1] устанавливаются в виде фиксированных ставок тарифов в расчете на 1 кубометр захораниваемых отходов, включая упаковку и контейнер (объем брутто). Тарифы устанавливаются дифференцированно для каждого класса РАО, исходя из размера расходов Национального оператора по обращению с РАО, связанных с захоронением отходов соответствующего класса. [5]

 

Тарифы на захоронение РАО в зависимости от класса опасности. [6]

Класс РАО для целей захоронения[2]	Виды РАО, передаваемые на захоронение	Тариф, на захоронение РАО, руб/м3
Класс 1	Твердые ВАО (высокоактивные отходы) с предварительной выдержкой в целях снижения их тепловыделения (остаточное тепловыделение − не более 1кВт/м3)	1141341,40
Класс 2	Твердые ВАО и твердые долгоживущие САО (среднеактивные отходы), содержащие радионуклиды с периодом полураспада более 30 лет	546029,74
Класс 3	Твердые САО и твердые долгоживущие НАО (низкоактивные отходы)	126483,44
Класс 4	Твердые НАО (включая ОНАО)	35767,8
Класс 5	Жидкие САО и НАО для закачки в подземные горизонты	-
Класс 6	РАО, образующиеся при добыче и переработке урановых руд, а также при добыче и переработке минерального и органического сырья, подлежащие в соответствии с критериями приемлемости, установленными ФНП, регулирующими обращение с РАО, захоронению в пунктах приповерхностного захоронения РАО	315,42

 

РАО, кондиционируемые по сравниваемым технологиям, относим к классу 3.

Рассчитаем стоимость захоронения РАО в контейнерах типа НЗК-150–1,5 по двум технологиям.

Cз= Ск* Кпер*T,

где Ск − степень наполняемости контейнера; Кпер − переводной коэффициент; Т − тариф на захоронение.

Степень наполняемости контейнера рассчитана выше.

Переводной коэффициент рассчитываем по формуле:

Кпер= Vнзк/Fнзк,

где Vнзк − объем контейнера НЗК-150–1,5 по внешним габаритам м3; Fнзк − рабочая ёмкость контейнера НЗК-150–1,5 м3; Vнзк=a*b*h, где а − длина контейнера; b − ширина контейнера; h − высота контейнера.

Произведем расчет стоимости захоронения РАО полученных из 1 м3 РАО по технологии кондиционирования с использованием портландцемента, при упаковке кондиционированных отходов в контейнер НЗК-150–1,5.

Vнзк=1,650*1,650*1,375=3,7 м3;

Кпер=3,7/1,5=2,7;

Cз=1,2*2,7*126483,44=409806,35 руб.

В расчетах принимаем, что полученные при цементировании отходы относятся к третьему классу.

Стоимость захоронения РАО кондиционированных по предлагаемой технологии:

Cз=0,8*2,7*126483,44=273204,23 руб.

Аналогично произведем расчет стоимости захоронения РАО, полученных из 1 м3 РАО по технологии кондиционирования с использованием портландцемента в контейнер КРАД-1,36.

Vнзк=1,280*1,280*0,900=1,4 м3;

Кпер=1,4/1,36=1,02;

Cз=1,3*1,02*126483,44=167717,041. руб.

Стоимость захоронения РАО, кондиционированных по предлагаемой технологии:

Cз=0,9*1,02*126483,44=116111,798 руб.

Из расчетов видно, что снижение затрат на захоронение кондиционированных РАО при использовании новой технологии взамен старой и упаковке в контейнеры НЗК-150–1,5 составляет 409806,35–273204,23=136602,12 руб., а при упаковке в контейнеры КРАД-1,36 снижение составляет 167717,041–116111,798=51605.243 руб. Полученные цифры относятся к обращению с одним кубическим метром исходных ЖРО (кубового остатка).

 

Сводная таблица затрат по использованию двух технологий

Параметр	Технология кондиционирования РАО в матрицы из портландцемента		Технология кондиционирования РАО в магнезиальную матрицу
	КРАД-1,36	НКЗ-150–1,5	КРАД-1,36	НКЗ-150–1,5
Расходы на материалы и реагенты, руб.	2340		12637,2
Стоимость процесса контейнеризации, руб.	87100	144000	60300	96000
Стоимость захоронения РАО, руб.	167717,041	409806,35	116111,798	273204,23
Итого затраты на 1м3 КО	257157,041	556146,35	189048,998	381841,43

 

В представленной таблице мы можем наглядно видеть разницу затрат при использовании инновационной технологии кондиционирования РАО в матрицы из магнезиальных вяжущих и технологии кондиционирования РАО в матрицы из портландцемента. На 1 м3 КО при упаковке в КРАД-1,36 экономия составит 68108,04 руб., затраты на переработку и захоронение РАО снизятся на 26,5 %. При использовании предлагаемой технологии и упаковке кондиционированных отходов в контейнеры НЗК-150–1,5 уменьшение затрат на 1м3 КО составит 174304,92 руб. (на 31,4 %). Полученные цифры относятся к обращению всего с одним кубическим метром исходных ЖРО (кубового остатка).

Выводы:

1.              В данной работе произведен анализ затрат и на их основе определена стоимость процессов контейнеризации и захоронения РАО с использованием вышеуказанных технологий.
2.              Основной экономический эффект при использовании технологии кондиционирования РАО в магнезиальные матрицы возникает за счет высокой степени наполняемости компаунда сухими радиоактивными солями, что позволяет значительно сократить затраты на упаковку переработанного КО в контейнеры.
3.              Анализ полученных результатов показывает, что по величине затрат на контейнеризацию и захоронение 1 м3 РАО несомненным преимуществом обладает инновационной технологии кондиционирования РАО в матрицы из магнезиальных вяжущих.

 

Литература:

 

1.              Лебедев В. А. Анализ кубовых остатков радиоактивных отходов и разработка матричных смесей для иммобилизации в компаунд на основе наномодифицированных минеральных вяжущих / В. А. Лебедев, В. М. Пискунов // Рецензируемый сборник научных трудов «ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА». — 2013. — Т. 203. — С. 55–59.
2.              Матиящук С. В., Комментарий к Федеральному закону от 11 июля 2011 г. № 190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации " (постатейный)/ С. В. Матиящук.− М.: Юстицинформ, 2012. — 112 с.
3.              Патент 2483375 C2 Российская Федерация, МПК, G21F9/16, G21F9/04. Композиционный материал для иммобилизации жидких радиоактивных отходов и способ его применения/ Степанов И. К. (RU), Муратов О. Э. (RU), Игнатов А. А. (RU), Степанов А. И. (RU), Лебедев В. А. (RU), Лелявин И. А. (RU), Пискунов В. М. (RU).; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО НМСУ «Горный» (RU — 2011134168/07; заявл. 12.08.2011; опубл. 27.05.2013, Бюл. № 3.- 10 с.
4.              Лебедев В. А. Повышение эффективности иммобилизации радиоактивных отходов / В. А. Лебедев, В. М. Пискунов // Рецензируемый сборник научных трудов «ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА». — 2013. — Т. 203. — С. 59–63.
5.              Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации (Минприроды России) от 13 марта 2013 г. № 89 «О первоначальном установлении тарифов на захоронение РАО»
6.              Критерии классификации удаляемых радиоактивных отходов, утвержденными постановлением Правительства РФ от 19 октября 2012 г. № 1069 (Собрание законодательства РФ, 2012, № 44, ст. 6017).

[1] Устанавливаются по приложению к Приказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации (Минприроды России) от 13 марта 2013 г. № 89 «О первоначальном установлении тарифов на захоронение РАО»

[2] В соответствии с Критериями классификации удаляемых радиоактивных отходов, утвержденными постановлением Правительства РФ от 19 октября 2012 г. № 1069 (Собрание законодательства РФ, 2012, № 44, ст. 6017)