級聯(lián)輕雜質含量計算和分析

楊小松　李紅彥　孫繼全

【摘 要】在UF6分離級聯(lián)系統(tǒng)中輕雜質主要表現(xiàn)為供取料廠房收集的HF，本文通過分析級聯(lián)中的輕雜質的三個來源：供料流中夾帶的輕雜質，腐蝕損耗產生的輕雜質，級聯(lián)連接處滲漏的空氣。推導出級聯(lián)輕雜質的計算公式。得出UF6分離級聯(lián)系統(tǒng)中輕雜質的含量由供料量、級聯(lián)機器數(shù)決定。

【關鍵詞】級聯(lián)；輕雜質；HF；腐蝕損耗；空氣漏量

商業(yè)工廠的離心級聯(lián)由大量的離心機組成，折合成體積有數(shù)千立方米。在如此龐大的系統(tǒng)中，進行UF6氣體的分離時，HF、空氣等輕雜質總是和UF6氣體相伴相存的，我們可以減少輕雜質的存在，以降低輕雜質對離心機分離效果的不良影響以及對離心機本身穩(wěn)定運行的不利影響，但卻無法除盡輕雜質。計算出級聯(lián)在運行過程中的輕雜質含量，對級聯(lián)的穩(wěn)定運行有重要的意義。

1 級聯(lián)中輕雜質的危害

級聯(lián)中的輕雜質分子量相對工作氣體UF6分子量小很多，在離心機分離的過程中，會向精料端富集，部分分離功消耗于分離輕雜質和UF6氣體，從而降低級聯(lián)的分離效率。離心級聯(lián)對供料流中輕雜質含量有嚴格要求，即輕雜質體積含量要求達到千分之二，這是離心機長期安全運行的前提。輕雜質含量增加時，會使離心機超載，使離心機摩擦功耗增大，從而引起離心機降周。此外腐蝕損耗產生的固態(tài)產物在離心機供料、精料孔板處沉積，造成有效孔徑變小，致使離心機性能參數(shù)偏離初始值，如分流比變小、單機分離能力變小等，使得級聯(lián)負載分布發(fā)生變化，從而造成級聯(lián)的生產能力隨運行時間增長而逐年降低。

2 級聯(lián)中輕雜質的來源

在龐大的級聯(lián)系統(tǒng)中，輕雜質的來源主要由以下三部分組成。

2.1 供料流中夾帶的輕雜質

級聯(lián)的供料來自供取料廠房中的供料系統(tǒng)，在向級聯(lián)供料前，供料容器內UF6氣體必須凈化合格。凈化合格標準是：控制供料中輕雜質的體積含量≯0.2%，這是級聯(lián)中輕雜質的第一個來源（記做Q1）。

在供取料廠房，通常采用室溫凈化、加熱凈化等方式，使進入級聯(lián)的輕雜質控制在一個很低的水平。

2.2 腐蝕損耗產生的輕雜質

UF6與HF均是腐蝕性很強的氣體，能與金屬、有機物、水等發(fā)生反應，UF6與水反應會生成不易揮發(fā)的沉淀物及輕雜質，從而影響分離效果。離心機啟動投運初期，腐蝕損耗量在最初30天內較大，待100天后就基本穩(wěn)定下來，約為20mgUF6/臺·24h。腐蝕損耗是級聯(lián)輕雜質的第二個來源（記做Q2）。

腐蝕損耗產生的輕雜質是不可避免的。在級聯(lián)投運過程中，嚴格按照各工序技術標準執(zhí)行，從而有效降低級聯(lián)系統(tǒng)的輕雜質含量。在級聯(lián)運行過程中，降低廠房的濕度，減少空氣中的含水量，以降低級聯(lián)腐蝕損耗產生的輕雜質含量。

2.3 級聯(lián)連接處滲漏的空氣

級聯(lián)由大量的離心機、管道、閥門、儀表、補壓機、調節(jié)器等設備組成，它們絕大部分是通過法蘭連接的，上百萬個連接點雖然經過冷凍測量合格，但滲漏總是存在的。技術文件規(guī)定了滲漏值ΔP≤30μmHg/24h為控制標準。在安裝、真空測量時，嚴格按照技術標準執(zhí)行，確保安裝質量。這是級聯(lián)輕雜質的第三個來源（記做Q3）。

在維護級聯(lián)運行的過程中，設備維修、更換時，嚴格按真空標準執(zhí)行，不出現(xiàn)不正常的漏量，尤其要嚴防出現(xiàn)局部大漏現(xiàn)象，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3 輕雜質計算公式

級聯(lián)輕雜質主要來源有三個途徑，這里推導它們各自計算公式，以便計算出級聯(lián)內的輕雜質總量。

3.1 供料中夾帶的輕雜質Q1

UF6氣體與HF氣體在供料廠房的溫度和壓力條件下，認為是適用于理想氣態(tài)方程的，設輕雜質的量為n1，UF6氣體的量為n2，則有如下公式：

3.2 腐蝕損耗產生的輕雜質Q2

在這里認為級聯(lián)中腐蝕損耗掉的UF6全部與水反應生成氟化鈾酰和HF，這樣計算生成的HF比實際的量會多一些。

3.3 連接處滲漏的空氣Q3

級聯(lián)滲漏的輕雜質主要為空氣，實際上空氣中的水分也會伴隨空氣滲漏進入級聯(lián)系統(tǒng)，與UF6反應，在此認為空氣是（下轉第115頁）（上接第96頁）干燥的，折合到單臺離心機進行計算。單臺離心機折合成體積為12升，它包括相應連接管道在內，由狀態(tài)方程可得：

從公式（10）可以看出，級聯(lián)滲漏的輕雜質和級聯(lián)的離心機數(shù)量成正比，隨著離心機數(shù)量的增多而增大。對于一個級聯(lián)，在沒有破空操作的情況下，級聯(lián)的漏率基本是穩(wěn)定的，可以通過供取料廠房，監(jiān)測的空氣漏量，判斷級聯(lián)是否有漏。

4 結論

級聯(lián)系統(tǒng)中存在的輕雜質是不可避免的，它與工作氣體總是相伴相存，通過分析計算得出符合實際的級聯(lián)輕雜質計算公式。對于保證級聯(lián)的穩(wěn)定運行由重要的現(xiàn)實意義。從推導的方程式可以得出以下結論：

（1）供料中所夾帶的輕雜質由供料量決定，可以通過提高供料凈化標準來降低供料中的輕雜質。

（2）腐蝕損耗產生的輕雜質和級聯(lián)系統(tǒng)連接處滲漏的輕雜質只和離心機的數(shù)量有關系。

（3）腐蝕損耗是級聯(lián)輕雜質的第一大來源，應重點控制，在級聯(lián)系統(tǒng)投入運行的各工序中，應嚴格控制技術參數(shù)，以降低級聯(lián)系統(tǒng)運行中因腐蝕損耗產生的輕雜質。

（4）按真空測量技術要求上限值推算，可以得出在供取料廠房監(jiān)測的最高空氣漏量，高于此值則說明級聯(lián)系統(tǒng)真空密封遭到破壞，級聯(lián)系統(tǒng)存在漏點，必須進行消除。

（5）通過本文所推導的級聯(lián)輕雜質含量計算公式，可以建立自動監(jiān)測級聯(lián)輕雜質系統(tǒng)，定量的分析和監(jiān)測輕雜質含量，記錄輕雜質的變化趨勢，有利于級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

【參考文獻】

[1]王曉冬，巴德純，張世偉，等.真空技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006：11.

[2]王俊峰.鈾轉化工藝學[M].北京：原子能出版社，2012：72.

[責任編輯：楊玉潔]