淺談級聯輕雜質的相關問題

王攀林

中核陜西鈾濃縮有限公司 陜西漢中 723312

級聯系統中的輕雜質與級聯運行是相伴相生的，只要有級聯運行，必然就有輕雜質的存在。控制好級聯中的輕雜質含量，保障安全穩定經濟運行，就必須從主機制造、安裝調試、真空檢查、啟動升周、運行維護以及供料凈化、設備檢修等各個環節中嚴格把關。同時輕雜質含量顯示儀表和輕雜質事故保護傳感器是輕雜質的檢測器和級聯主機的保護器，在輕雜質含量異常升高的情況下，及時預警，及時截斷，及時卸料，保證級聯主機安全。應定期對其進行維護及功能檢查，保證報警信號及事故保護動作的正確完好。

1 級聯系統中輕雜質的概念

級聯中分子量低于工作介質的其他物質，稱之為輕雜質。

2 級聯輕雜質的來源

（1）級聯系統中安裝了大量的離心機、補壓機、調節器等工藝設備以及工藝管道、工藝閥門、儀表、傳感器等，其連接部分必然存在著一定的漏率，因其為負壓系統，所以有一定數量的廠房大氣漏入；其中的水分與工作介質反應生成分子量遠低于工作介質的氟化氫，構成輕雜質的另一來源。

（2）供料系統真空度因某些原因降低，漏入的廠房空氣隨供料進入級聯；供料容器各階段凈化時未完全去除的氟化氫及分子量低于工作介質的其它物質，供料時夾帶進入級聯。

（3）主機腐蝕損耗：主機制造過程中產生的若干有機物經過正式投料前各工序后的殘存量與工作介質反應生成輕雜質及固態物質，但這種情形的腐蝕損耗量主要集中于離心機投運的最初30天，100天后基本穩定下來，并隨有機物殘存量的不斷消耗而自然下降直至可以忽略；廠房溫度及濕度控制欠佳，導致漏入級聯的空氣中存在較多水分，其與工作介質反應生成氟化氫及固態物質，氟化氫是級聯輕雜質的主要成分之一，此項應該是級聯運行中要重點控制的[1]。

（4）工藝設備檢修前的破空吹洗操作未嚴格按規程執行，導致吹洗時所用的氮氣或空氣進入級聯工藝系統；供料系統及級聯系統設備檢修后再次投運時因檢修質量問題或未嚴格執行投入前工序而引入空氣等輕雜質。

（5）主機高速運行過程中轉子損壞時產生并釋放出的金屬輕雜質在級聯中傳遞。

（6）主機損機時產生漏點，隔膜閥關閉后通道不嚴密，導致空氣進入級聯。

其中2.1-2.3項為級聯輕雜質的主要來源；而2.4-2.6項為偶發的非主要來源。

3 級聯輕雜質對產品豐度、主機運行以及級聯效率的影響

（1）因級聯輕雜質隨精料一起往最終精料流富集，級聯輕雜質含量升高的情況下，實際精料流量降低，導致產品豐度升高而偏離既定工況。

（2）級聯輕雜質含量升高可引起運行主機轉子中心壓強升高，使主機摩擦功率升高，轉子運行失穩，導致降周甚至損機。

（3）部分分離功消耗于分離輕雜質和工作介質，造成分離功的損失，導致級聯分離效率下降。

所以必須采取措施防止級聯中輕雜質含量超標。

4 級聯輕雜質的控制措施

4.1 級聯系統真空度控制

因級聯系統運行壓強低于大氣壓，為負壓系統，所以必須在安裝調試階段保證系統漏率在控制指標之下。主要控制措施有：安裝后截斷組大漏檢查；區段、機組干管、工藝設備大漏檢查；工藝設備預真空滲漏檢查；工藝管道、工藝設備預真空合格后保持；通過找漏消漏及真空測量工作使級聯主輔工藝系統漏率保證在控制指標以下。

4.2 供料系統控制要求

（1）每年必須進行一次對供料系統的真空度檢查，及時發現真空問題并組織人員及時消除。

（2）供料系統運行過程中產生漏點導致真空度降低時，及時將有漏部分與運行系統隔離并及時消除漏點。

（3）供料容器各階段凈化合格標準按輕雜質體積百分比含量小于規程規定值進行控制，并執行供料容器加熱凈化合格后的試供料環節以及每天白班的一級備用容器定時凈化措施，保證供入級聯的工作介質中的輕雜質體積百分比含量合格。

（4）供料凈化系統真空度保證合格，真空緩沖罐壓強顯示儀表定期校驗，示數正確，避免由于自身真空度問題及儀表顯示問題影響對備用供料容器中輕雜質含量是否合格的正確判斷[2]。

（5）供料中夾帶供入級聯的輕雜質（主要為HF）與供料量的關系：這個關系的推導與建立將為級聯中區段供料輕雜質含量升高時的處理提供理論依據。工作介質氣體（UF6）與氟化氫氣體（HF）在廠房的溫度及壓強條件下，認為是適用于理想氣體狀態方程的，設輕雜質的量（摩爾數）為n1，UF6的量（摩爾數）為n2，則有如下公式：

由此可得下式：

式中：M1為HF的摩爾質量，M1=20g/mol；

M2為UF6的摩爾質量，M2=352g/mol；

m1為HF的質量；

m2為UF6的質量；

P1為HF的分壓強；

P2為UF6的分壓強。

按供料中輕雜質的體積百分比含量≯2‰，取上限計算，p1/（p1+p2）=0.002，推得P1/P1=2/998；

則由（4）式推得：

此處m1為供料中HF的質量，m2為供料中工作介質UF6的質量，從（6）可看出，供料中夾帶的輕雜質（HF）的量與供料量成正比。因此當級聯的區段供料中輕雜質含量超標時，就要按比例降低供料流量，理論依據就在于此。

4.3 級聯日空氣漏量的計算及日空氣漏量對于級聯真空度的意義

收取級聯精料的容器定期凈化時，物料經過精料凈化系統的一、二級制冷柜、氟化鈉吸附塔之后，UF6及HF幾乎被全部冷凝或吸附，剩余的不凝性氣體主要為空氣，將放至真空緩沖罐中進行平衡。根據向緩沖罐放壓前后其壓強的變化 ，可計算得出每次凈化時的空氣漏量 。

每次凈化時計算出的空氣漏量：

將一天中每次凈化時的空氣漏量相加，便得到全天的空氣漏量。當供料系統、級聯系統沒有破空等可能引起空氣漏量變化的操作時，級聯每天的空氣漏量應該是恒定的。因此當日空氣漏量數值明顯上升時，排除各種原因導致的計算錯誤，可以肯定級聯供料系統或級聯系統本身的密封性產生了問題，必須盡快組織力量進行漏點的判斷、查找與消除。所以日空氣漏量是級聯供料系統及級聯本身密封性判斷的最終的起決定性作用的依據，是級聯運行中每天必須關注的重要參數。控制好這個參數，級聯的供料系統及級聯系統本身的真空度也就得到了保證。

4.4 設備檢修質量保證

（1）供料系統以及級聯工藝系統的設備、管道閥門檢修前破空吹洗操作嚴格按規程規定執行：查吹洗用設備系統能正常工作；吹洗前對破空容積及相關容積深度抽空；選擇合適的破空點，以破空容積最小為原則；與運行系統隔離的截斷閥門通道密封性判斷合格；分臺階破空，每臺階保持五分鐘，加強相鄰工藝容積壓強監控等，保證被破空的工藝容積的氮氣不會滲漏到運行系統；吹洗結束后再次深度抽空等[3]。

（2）保證工藝系統及級聯系統工藝設備、管道閥門檢修質量：檢修后設備本身完好無損，無裂紋裂縫等；密封圈或密封材料質量合格，安裝規范；設備零部件連接嚴格按檢修規范進行；設備安裝完成后檢修人員的真空自檢。

（3）檢修后工藝設備、管道閥門由運行人員接入系統前，嚴格進行抽空、大漏檢查、找漏消漏、真空測量、鈍化、鈍化后抽空等一系列工作程序。

（4）主機腐蝕損耗所產生的輕雜質不可避免，只有在制造質量、安裝質量、啟動升周等各工序中嚴格把控并嚴格控制廠房溫度及濕度。

（5）主機損機產生的金屬輕雜質釋放發生在主機損機后隔膜閥未自動關閉或雖關閉但通道不嚴密，可能引起區段輕雜質事故保護或同步事故保護動作而卸料，以達到保護主機的目的。此類情形在級聯運行實踐中曾經出現過若干次。后續處理措施與4.7相同。

（6）損機時產生漏點，隔膜閥關閉后通道不嚴密，導致空氣進入級聯，也會引起4.6之情形。隨著主機運行時間的延長，隔膜閥關閉后通道不嚴密的情形逐漸增多，為此專門設計制作了料管夾具，主機損機后與隔膜閥夾具一并及時安裝，實踐證明非常有效。

5 級聯中輕雜質的傳遞規律及最終歸宿

（1）從級聯某一位置開始，經過所在層架精料端機組，所在層架的中間精料流，下一層架供料點機組，下一層架精料端機組，下一層架中間精料流，最終向級聯最精料端機組傳遞，通過最終精料流進入供取料廠房產品容器。級聯中實際輕雜質含量升高時通過調度盤輕雜質含量分析儀報警可清晰觀察到輕雜質的傳遞路徑，通常也作為是否是真實的輕雜質含量升高的最直觀的判斷依據。

（2）精料凈化時氟化氫及其它可凝物收存在氟化鈉吸附裝置及一、二級制冷柜，空氣及其它不凝物經過真空泵、局排、酸霧凈化塔排出。

6 輕雜質檢測及事故保護機理

（1）檢測儀表：供料流、中間精料流、最終精料流安裝的絕對輕雜質含量分析儀、機組中安裝的相對輕雜質含量分析儀分別顯示所檢測系統的輕雜質含量。

（2）輕雜質事故保護傳感器的事故保護機理：級聯輕雜質與工作介質導熱性能（系數）不同，當系統中輕雜質含量升高時，輕雜質事故保護傳感器電橋中熱敏電阻阻值發生變化，導致電橋不平衡而產生電橋電流的變化，通過電阻轉化為電壓量；當輕雜質事故保護傳感器輸出值（電壓量）達到保護限值的情況下，將會動作關閉對應料流或對應機組區段。區段輕雜質事故保護傳感器動作的情況下將卸料，保證主機安全。

（3）及時處理輕雜質含量分析儀的顯示異常問題；對輕雜質事故保護傳感器定期進行事故保護功能檢查驗證，確保報警信號及事故保護動作正常。

7 運行人員處理應對

（1）輕雜質事故保護傳感器動作導致所在料流或機組關閉，根據相關參數變化判斷是否為誤動作，如為誤動作則依據規程重新打開關閉的料流或機組。

（2）如判斷料流或機組為真實有漏，則根據《運行設備的真空找漏規程》查找出有漏的工藝管段或設備，與系統隔離后根據實際情況及時調整工藝工況，保證產品豐度合格；故障消除后重新接入系統并恢復原運行工況。

（3）如機組中的區段有漏，則區段關閉卸料后連續抽空情況下，主機頻率仍然下降，可按停機程序對其停機，找漏消漏后按啟動及升周程序恢復主機運行，達額定轉速后分臺階充料至計算工況。在此期間根據實際情況調整工藝工況，保證產品豐度合格。

8 結語

保證級聯輕雜質含量合格，要做到以下幾點：

（1）首先需要保證主輔工藝設備的制造質量、安裝質量；安裝后的真空工作同等重要，通過找漏消漏及真空測量工作對系統真空度嚴格把關。

（2）其次嚴格執行主機啟動各項工序，隨時處理出現的真空問題，并在運行中控制好廠房溫度及濕度，嚴格限制級聯運行中的腐蝕損耗量。

（3）工藝設備檢修質量保證，檢修后設備重新投入系統前各工序的嚴格執行。

（4）供料系統真空度保持合格，供料凈化質量保證合格。

（5）保證好輕雜質含量顯示儀表及輕雜質事故保護傳感器的正常工作。

（6）密切關注每天的空氣漏量，異常升高時分析判斷原因，制定措施找漏消漏，消漏后根據日空氣漏量的變化進行跟蹤驗證。

（7）提高運行人員運行維護水平以及異常處理能力，當級聯輕雜質含量異常升高的情況下，首先必須保證好主機安全，在此前提下，兼顧級聯效率及級聯利用率。