鈾濃縮廠區段堵塞特征的試驗研究

許小龍 李樂 賴雪梅

摘 要

鈾濃縮廠區段氟化鈾酰沉積物堵塞會導致級聯運行的安全性、經濟性降低。在考慮對區段堵塞問題進行處理時，有必要確定具體堵塞情況以制定針對性措施。利用區段氟化鈾酰沉積物堵塞會對離心機摩擦功耗、區段流通性和分流比產生影響等特征，設計對比試驗，在國內某級聯堵塞區段和正常區段進行了試驗研究，通過測量區段所有離心機摩擦功耗，對區段摩擦功耗較大的離心機進行缺陷檢查，觀測區段關閉后貧料、精料壓力變化情況，測量區段分流比，綜合分析能夠判斷出一個區段具體的堵塞情況。

關鍵詞

鈾濃縮;離心機;氟化鈾酰;堵塞

中圖分類號： P641.25;TV213.9 ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 05

Abstract

Blockage of uranyl fluoride deposits in uranium enrichment plant will reduce the safety and economics. When considering the problem of blockage， it is necessary to determine the specific blockage situation in order to develop targeted measures. Utilizing the characteristics of blockage on the frictional power consumption of the centrifuge， material flowability and split ratio， etc.， a comparative test was designed to conduct experimental research between a blocking unit and a normal unit in a cascade of china. By a series of diagnoses including measuring the frictional power consumption of all the centrifuges and the split ratio，checking ?the centrifuges with the larger frictional power consumption， measuring the pressure changes after the unit is closed， etc.， the specific situation of the blockage can be proved.

Key words

Uranium Enrichment;Uranyl Fluoride; Blockage; Characteristics

0 引言

區段是鈾濃縮廠運行的基本單元。在離心法鈾濃縮廠運行期間，氣體離心機會逐漸釋放出水分，同時也存在水分隨空氣漏入區段。進入區段的水分與六氟化鈾反應生成氟化鈾酰，氟化鈾酰固體顆粒會在離心機轉子內壁、供料孔板、精料孔板及取料支臂、貧料取料支臂等地方沉積，并最終導致鈾濃縮廠區段堵塞，降低系統運行的經濟性和安全性。中核蘭州鈾濃縮有限公司已經發現氟化鈾酰固體顆粒堵塞區段供料的現象[1]，中核陜西鈾濃縮有限公司的某級聯多個機組也出現了區段堵塞的現象，級聯分離功明顯下降。目前核工業理化工程研究院已經對此問題的處理方法開展研究，選取了能夠清洗級聯中氟化鈾酰沉積物的清洗劑，并成功進行了階段性試驗[2-3]。中核陜西鈾濃縮有限公司姚浩田對清洗混合物的分離方法進行了研究[3]。在對鈾濃縮廠區段的氟化鈾酰沉積物進行處理時，首先需要確定區段存在氟化鈾酰沉積物堵塞的情況，后續再根據堵塞情況制定具體的處理措施，因此有必要對區段堵塞的特征進行研究。目前對于鈾濃縮廠區段堵塞特征方面的文獻較少，中核蘭州鈾濃縮有限公司的高磊對區段供料堵塞的特征進行了研究，并提出了判斷方法[1]。

1 試驗原理

區段離心機供、精、貧料管的堵塞會對區段離心機摩擦功耗、分流比和管道流阻產生影響。其中供料堵塞會導致離心機摩擦功耗降低，精、貧料管堵塞會導致離心機摩擦功耗增大;精料堵塞會導致區段的分流比降低，貧料堵塞會導致區段的分流比升高;供、精、貧料管堵塞會影響流阻，從而對區段關閉時壓力重新平衡的時間產生影響。通過對未堵塞區段和堵塞區段進行試驗對比分析，能夠確定區段堵塞的具體情況。

2 試驗主要設備及儀器

（1）區段：選取某級聯同一機組內的兩個的區段，分別標識為區段A、區段B，區段A為存在堵塞的區段，區段B為正常區段。

（2）專用頻率/摩擦功耗測量系統：國內每一個離心法鈾濃縮級聯系統都有專用的頻率/摩擦功耗測量系統，能夠對所有離心機的頻率或摩擦功耗進行測量。

（3）手持式頻率/摩擦功耗測量儀器：一種便攜式的，可以在不影響區段其他離心機運行的情況下，測量某單個離心機的頻率或摩擦功耗。

（4）專用取樣器：能夠與區段供、精、貧料干管專用閥門連接，取出區段的供、精、貧干管內的物料樣品，用于后續豐度分析。

（5）質譜儀：用于分析物料樣品的豐度。

3 試驗過程

如圖1所示，區段A、B同屬于一個機組，在區段的入口供、精、貧管道上各有一個閥門，區段內部的供、精、貧管道上都有專用的閥門作為取樣點。機組與區段的供料用實線表示，精料用虛線表示，貧料用點劃線表示。試驗的主要操作如下：

（1）在機組、區段正常運行情況下，使用專用頻率/摩擦功耗測量系統測量區段A、區段B離心機摩擦功耗。

（2）保持機組、區段正常運行情況下，使用手持式頻率/摩擦功耗測量儀器對區段A中摩擦功耗較大的離心機進行缺陷檢查。

（3）關閉區段A、區段B的供、精、貧干管閥門，記錄區段A、區段B的供、精、貧干管壓力變化情況。

（4）保持區段A關閉狀態，打開區段B供、精、貧干管閥門，壓力穩定后，取區段B的供、精、貧物料樣品。

（5）打開區段A供、精、貧干管閥門，關閉區段B供、精、貧干管閥門，壓力穩定后，取區段B的供、精、貧物料樣品。

（6）打開區段B供、精、貧干管閥門，檢查該機組及其區段已經正常運行。

（7）分析區段A、區段B的供、精、貧物料樣品的豐度。

4 結果及分析

4.1 區段A、區段B離心機摩擦功耗對比

圖2是區段A、區段B的平均摩擦功耗對比圖，區段A的平均摩擦功耗比區段B高25%。區段A和區段B同屬于一個機組，兩個區段的離心機具有相同的供料壓力和貧料壓力，即具有相同的負載。其中區段B運行期間離心機損機或掉周的頻次正常，區段平均摩擦功耗與其他多數區段接近，認為是正常區段，無堵塞現象。與區段B相較，區段A離心機摩擦功耗明顯增大，因此可以判定區段A存在堵塞，并且不是供料堵塞（供料堵塞時區段摩擦功耗會降低）。

4.2 區段A離心機缺陷檢查結果

對區段A中摩擦功耗較大的百臺離心機進行了缺陷檢查，即使用手持式手持式頻率/摩擦功耗測量儀器測量不同閥門狀態下離心機的摩擦功耗。結果發現關閉貧料閥門比關閉精料閥門情況下的摩擦功耗大的離心機占到了80%。因為在分析百臺離心機測量數據時，與傳統方法給出的條件均不符合，即根據缺陷檢查傳統的判斷方法無法進行判斷離心機的堵塞情況?？紤]到離心機在供料閥門打開，同時關閉精、貧料閥門時離心機摩擦功耗最大，因此如果離心機精料堵，那么等同于精料閥門關閉，如再關閉貧料閥門則離心機的摩擦功耗會明顯增大;如果離心機貧料堵，那么等同于貧料閥門關閉，如再關閉精料閥門則離心機的摩擦功耗會明顯增大。根據這一原則，能夠判斷區段A中的離心機絕大多數屬于精料堵塞。

4.3 區段A、區段B壓力平衡情況對比

圖4是區段A、區段B在突然關閉情況下的壓力平衡對比圖。在實際運行過程中，在區段突然關閉時，區段原來穩定的流場會被打破，并逐漸過渡到新的狀態。這時，利用區段上專用儀表可以看到，貧料壓力逐漸下降，精料壓力逐漸上升，即物料在由貧料向精料流動，并最終達到平衡。如果這個平衡過程需要的時間很長，基本上可以判斷區段的精料或貧料存在堵塞。如圖5所示，區段B在關閉30秒達到了平衡，區段A在經過60秒尚未達到平衡，時間超過了區段B的兩倍。這一現象能夠說明區段A貧料或精料存在堵塞。

4.4 區段A、區段B分流比對比

圖5區段A、區段B分流比對比圖。區段A的分流比為0.2，區段B的分流比為0.6。區段A的分流比明顯小于正常水平。分流比代表精料流量與供料流量的比值，考慮到測量誤差，可以定性判斷區段A的精料流量已經明顯小于正常水平。這表明區段A離心機精料通道流阻較大，存在堵塞情況。同時分流比與離心機分離功緊密關聯，離心機精料通道堵塞造成分流比降低，進而造成級聯分離功下降，最終使級聯經濟性下降。

5 結論

（1）區段氟化鈾酰沉積物堵塞會對離心機摩擦功耗、區段流通性和分流比產生影響，通過測量區段所有離心機摩擦功耗，對區段摩擦功耗較大的離心機進行缺陷檢查，觀測區段關閉后貧料、精料壓力變化情況，測量區段分流比，綜合分析能夠判斷出一個區段具體的堵塞情況。

（2）試驗中，區段A的摩擦功耗明顯增大，而且在區段關閉的情況下，物料從貧料向精料平衡所需要的時間明顯增加，因此可以初步判斷區段A貧料或精料上存在堵塞。區段A的離心機缺陷檢查過程中，絕大多數是離心機在關閉貧料閥門后離心機摩擦功耗明顯增大，同時區段A的分流比明顯低于正常水平，可以進一步判斷出A區段是精料堵塞。

參考文獻

[1]高磊.離心級聯區段粉末堵塞判斷及處理[C].中國核學會.中國核科學技術進展報告（第五卷）——中國核學會2017年學術年會論文集第4冊（同位素分離分卷）.中國核學會：中國核學會，2017：84-87.

[2]馮申.去除放射性沉積物清洗劑的研究[C].中國核學會.中國核科學技術進展報告（第五卷）——中國核學會2017年學術年會論文集第4冊（同位素分離分卷）.中國核學會：中國核學會，2017：332-337.

[3]姚浩田，楊小松.低溫-吸附法分離清洗混合工質的可行性研究[J].產業與科技論壇，2019，18（16）：74-76.