級聯層架精料流有漏對級聯的影響

歐 科

（中核陜西鈾濃縮有限公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

串級間管道是級聯結構中不可分割的部分，對級聯而言，串級間管道分供料、精料與貧料三種，當串級間管道有空氣進入時，勢必會對級聯產生影響。輕雜質是影響級聯安全穩定運行的重要因素之一，其主要來源于供料、水蒸氣與物料的反應、空氣。當串級間管道系統中有漏點時，空氣進入管道后，由于空氣中含有水，不僅會與UF反應產生氟化氫等輕雜質，還會生成粉末狀的氟化鈾酰，對級聯造成影響。

某級聯是層架級聯，其在運行過程中，發現產品豐度波動突然變大，對產品質量控制產生了較大影響。經找漏后，發現是層架中間精料流有兩處漏點，對其進行截斷并處理。

1 空氣漏量計算

為了得到兩處漏點一天的空氣漏量，需要對兩處漏點空氣漏率進行計算。本文中，主要用截斷管道處壓力與理想狀態氣體方程進行計算。實際操作中，為保證級聯系統的安全穩定運行，不允許漏點處壓強大于3mmHg（1mmHg=133Pa），當截斷管道處壓強大于3 mmHg就需要對其抽空，兩處漏點24h內的壓強變化見表1。

表1 兩處漏點的壓力變化表

為了更直觀的觀察漏點1與漏點2兩處漏點的壓強變化趨勢，將漏點壓強數據轉換成折線圖。從圖2-1中，可以看出漏點1處壓強上升還是比較快的，漏點2處壓強上升趨勢較為緩慢。為了計算24小時內漏點區的總壓強，設空氣壓強P與時間χ的變化函數為:

圖2 漏點1與漏點2的壓力變化圖

由理想狀態氣體方程PV=nRT，可推出管道中氣體質量m與壓強P的關系:

漏點截斷區間的體積V=πrL，r是管道半徑，L是管道長度，代入（2）中:

其中k為斜率，x為時間，M為空氣相對分子質量，V是管道體積，R是常數（8.314），T為開爾文溫度，在正常運行時管道中默認是沒有空氣的，所以b為0。

除去漏點的抽空時間，漏點1在觀測時間內有3個斜率，14:00到17:00為k，21:00到1:00為k，6:00到9:00為k，通過計算得到k=0.785，k=0.55，k=0.535.取平均斜率得k=0.625。代入（1）中，設漏點1處的壓強為P，P隨時間的變化函數為:

設漏點2處壓強為P，經計算，P隨時間的變化函數為:

根據漏點1與漏點2處截斷管道長度L、管道半徑r，計算出P為15mmHg，P為1.5mmHg。將其代入（3）中得到漏點1與漏點2在24小時總的空氣漏量分別為m=0.85g，m=0.085g，兩漏點總的空氣漏量m為0.935g。核對日均空氣漏量數據，消漏前后相差0.79g，與計算值基本吻合。

2 對系統的影響

2.1 對精料豐度的影響

層架精料流有漏對級聯最直觀的影響主要有豐度波動，以工況豐度為參考值，在消漏前后，隨機選取其中連續3天的產品豐度作為觀測對象，得到每天實際豐度的絕對誤差（見表2與表3）。

表2 消漏前連續三天產品豐度絕對誤差

表3 消漏后連續三天產品豐度絕對誤差

從表2中可以看出，消漏前的最大豐度與最小豐度的極差為0.073，波動區間大，偏離工況豐度比較大。有資料顯示，級聯中存在一定量的輕雜質會使產品豐度高于工況值。消漏后的極差為0.023，波動區間較消漏前已經很小，與工況豐度只有微小偏差。將消漏前后產品實際豐度與工況豐度的絕對誤差與時間的變化做成點線圖（見圖3）。可以看出，消漏前其偏差折線較陡，絕對偏差值較大，說明實際豐度在工況豐度附近跳變較大。消漏后絕對誤差斜率折線較為平緩，豐度變化趨勢比較緩。根據統計結果，消漏前絕對誤差的絕對值的算術平均值為0.017，消漏后為0.004，僅為消漏前的23.5%。

圖3 消漏前后產品實際豐度與工況豐度的絕對誤差

消漏前的絕對誤差

2.2 對設備的影響

由于空氣中有水蒸氣，六氟化鈾極易與水發生反應，當空氣進入管線后，就會立即發生反應，主要產物是氟化鈾酰和氟化氫，如下面化學反應式：

在級聯大廳中，空氣相對濕度低于50%，其每千克空氣中含水量低于7.45g，根據上述中24小時的空氣漏量可得每天因為空氣中的水而產生的氟化鈾酰有0.064g，氟化氫有0.017g。

由于層架間的精料流是下一層架的供料流，管線中因為進入空氣而生成的UOF，可能會隨供料進入供料點機組主機。經過計算，雖然每天因為空氣中的水產生的氟化鈾酰量很少，但是如果漏點不消除，日積月累也會沉積在料管內壁使料管堵塞或在轉子內壁不均勻沉積，對主機性能造成影響。當沉積物在主機轉子內部不均勻沉積時，會造成主機損壞。供料管堵塞時，會使主機不做功。精料管出現堵塞現象時，其精料流量減小，分離性能下降。如果一臺主機的精料料管完全堵死，則該主機從供料管進入的物料全部通過貧料管流出，因此不僅完全不做功，還相當于增加了一個供料與貧料之間的通道，增大了混合損失，貧料取料管如果全堵則情況類似。其中的氟化氫以及其他氣體則會進入層架精料流供料點機組，對機組產生影響，同時輕雜質向層架端部富集，導致精料端部機組摩擦功逐步上漲，威脅主機安全運行。

3 結語

對于層架級聯而言，當層架中間精料流有漏時，會增大產品豐度波動，對產品質量控制影響較大，損失分離功。少量空氣進入管道后，雖然會與六氟化鈾生成氟化鈾酰和氟化氫，但是生成量很少，短時間內氟化鈾酰不會堵塞管道，生成的輕雜質氟化氫量很少，對主機性能影響也不太明顯。