氣化水解系統(tǒng)的工藝設計改進

王振宏，鄭亞娟（中國核電工程有限公司鄭州分公司 核工程研究設計所，河南鄭州 450000）

氣化水解系統(tǒng)的工藝設計改進

王振宏，鄭亞娟
（中國核電工程有限公司鄭州分公司 核工程研究設計所，河南鄭州 450000）

氣化水解工藝在燃料元件制造過程中占有重要地位。通過改進氣化密封箱室、增加事故排風、增設氣液分離器和尾氣洗滌液循環(huán)利用的工藝設計，為確保氣化水解系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，減少廢水產(chǎn)量進行了設計優(yōu)化。該優(yōu)化方案可供同類水法轉(zhuǎn)化工藝進行設計參考。

燃料元件；氣化水解；六氟化鈾

在燃料元件制造過程中，UF6轉(zhuǎn)化為UO2或U3O8時一般有水法和干法兩種轉(zhuǎn)化工藝。其中水法工藝一般要經(jīng)過氣化水解、沉淀過濾和干燥煅燒等3個主要工序來實現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)化。目前國內(nèi)已有的燃料元件生產(chǎn)線水法工藝過程基本上都是將來料UF6在氣化罐內(nèi)進行加熱氣化，通過密閉管道引入水解柱進行循環(huán)水解，產(chǎn)生的工藝尾氣則采用水噴射機組負壓洗滌后送排風系統(tǒng)處理，尾氣洗滌廢液轉(zhuǎn)送廢水處理工序進行回收處理。結(jié)合以往運行經(jīng)驗，可能會出現(xiàn)UF6容器、管道或氣化罐泄漏，水解液進入尾氣系統(tǒng)以及尾氣洗滌液較多等問題。本文針對可能出現(xiàn)的問題進行了設計優(yōu)化，在確保氣化水解系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的同時，減少了廢水的產(chǎn)生量。

1 氣化系統(tǒng)泄漏改進

對于不同豐度的UF6，根據(jù)其盛裝容器的不同所在的氣化裝置也不一樣，但原理都大同小異，即采用氣體加熱方式對容器內(nèi)部的UF6固體進行升溫加熱，使其達到氣體狀態(tài)以便進行下一步的水解。本次針對1L容器的氣化進行設計優(yōu)化。

傳統(tǒng)的氣化方式一般是將1L容器放置在氣化罐內(nèi)進行氣化，氣化罐整體封裝在通風柜內(nèi)，本次設計改進后，將1L容器直接放置在氣化密封箱室內(nèi)，箱室內(nèi)部設置加熱爐體，并直接采用電阻絲加熱,不再采用結(jié)構(gòu)較為復雜的氣體間接加熱方式。密封箱室按照二級密封進行設計，并且設置了一定次數(shù)的通風換氣，這樣設計可以保證UF6容器和主要管道零部件在發(fā)生泄漏時也不會擴散到操作大廳。

如果發(fā)生UF6泄漏事故時，設置的HF探頭會自動報警并啟動相應的事故程序進行處理。以往的設計或者將整個氣化大廳作為泄漏區(qū)進行事故排風處理，或者將事故排風直接送往通風專業(yè)進行淋洗。這樣設計有兩個主要問題：一是事故通風考慮的泄漏面積過大，造成需要處理的通風量太大，相應的淋洗裝置和廢液量也較大；另一方面是將事故排風送入非幾何安全的凈化塔內(nèi)，有可能會出現(xiàn)事故排風淋洗液濃度超標出現(xiàn)臨界事故。

在本工藝優(yōu)化改進中，將事故排風的范圍縮小為氣化密封箱室內(nèi)部，一旦箱室內(nèi)部的HF探頭監(jiān)測到UF6氣體泄漏，則關(guān)閉箱室正常送排風，改為只采用工藝專業(yè)設置的事故排風進行泄漏處理；事故排風的淋洗裝置采用的是幾何尺寸安全的淋洗塔，可以確保即使高豐度的UF6在內(nèi)部水解后也能保證臨界安全。

2 水解液進入尾氣系統(tǒng)改進

UF6氣體在從水解柱中部進入后，與水解柱內(nèi)不斷循環(huán)的液體進行水解反應，生產(chǎn)氟化鈾酰，反應方程式如下：

所以為保證進入水解的UF6氣體能夠完全水解，而不是進入尾氣系統(tǒng)，就必須在水解柱內(nèi)不斷的對水解液進行循環(huán)，并在水解柱上面進行填料，以保證氣體與液體能夠充分接觸，保證水解反應充分。為發(fā)揮這一功能，需要在水解柱旁邊設置氟塑料磁力泵，將水解柱底部的水解液不斷送入水解柱頂部，經(jīng)填料段自然流下，與向上的熱的UF6氣體不斷接觸進行水解反應。在這一過程中，可能會出現(xiàn)的問題是泵送入的水解液量過大，經(jīng)填料落下的液體的自流速度較慢，從而造成了水解柱頂部的液體累積，致使液體進入了尾氣處理系統(tǒng)，造成了放射性的生產(chǎn)事故。

在本工藝優(yōu)化改造中，通過在水解柱頂部尾氣出口與尾氣系統(tǒng)之間增設氣液分離器，氣液分離器的底部液體儲存量可以確保整個水解柱內(nèi)的水解液全部儲存而不會被吸入到尾氣系統(tǒng)，一旦氣液分離器中存有液體后可以自流回水解柱內(nèi)，從而保證了高濃度的水解液不會進入尾氣系統(tǒng)造成生產(chǎn)事故和臨界事故。

3 尾氣吸收液循環(huán)利用改進

水解過程中，為了保證氣化后的UF6氣體持續(xù)進入水解柱內(nèi)進行水解，需要確保水解柱內(nèi)部為微負壓狀態(tài)，該負壓狀態(tài)一般由末端的水噴射機組來提供。進入水噴射機組內(nèi)的尾氣中含有鈾氣溶膠和夾帶物，需要用吸收液洗滌吸收后再送入排風系統(tǒng)進行處理，相應產(chǎn)生的洗滌液也需要送入廢水處理系統(tǒng)進行廢液回收。

在本工藝優(yōu)化改進中，通過洗滌液鈾濃度控制分析，定期將水噴射機組產(chǎn)生的吸收液送入水解系統(tǒng)的去離子水高位槽內(nèi)，用尾氣洗滌吸收液代替去離子水制備水解液。相對于原有的洗滌液送廢水處理系統(tǒng)進行回收工藝來說，大大的減少了氣化水解系統(tǒng)的廢液產(chǎn)生量，而且對原有的水解系統(tǒng)工藝還不會產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)論

通過將1L容器放置在氣化密封箱室內(nèi)進行加熱，避免了氣化裝置和管道連接件泄漏后對廠房產(chǎn)生放射性污染；通過設置幾何安全凈化塔，可以確保氣化裝置在發(fā)生泄漏后可以安全及時的進行處理；在水解柱與尾氣系統(tǒng)間增設氣液分離器，確保水解液不會進入尾氣處理系統(tǒng)；將尾氣洗滌液定期送入高位槽用于水解液配制，減少了放射性廢液的產(chǎn)生量。

[1] 美國能源部橡樹嶺工廠編，六氟化鈾實用操作手冊[M].北京：原子能出版社，1995.

[2] 鄭亞娟.六氟化鈾氣化水解系統(tǒng)的工藝安全設計總結(jié)及改進建議[C]//中國核學會核化工分會成立三十周年慶祝大會暨全國核化工學術(shù)交流年會論文集.2010.

[3] 周濟人.國外六氟化鈾泄漏事故調(diào)研分析[J].輻射防護通訊，1992.

Process Design Improvement of Gasification Hydrolysis System

Wang Zhen-hong，Zheng Ya-juan

The gasification and hydrolysis process plays an important role in the manufacturing of fuel elements.In this paper，by improving the gasification sealed chamber，increasing the accident exhaust，adding gas-liquid separator and tail gas washing liquid recycling process design，Stable and reliable operation of the system，reducing waste water production was designed to optimize.The optimization scheme can be used for reference design of similar water conversion process.

fuel element；gasification hydrolysis；uranium hexafluoride

TL352

A

1003-6490（2016）12-0077-01

2016-11-15

王振宏（1985—），男，河南林州人，工程師，主要從事核工程工藝設計工作。