級聯(lián)輕雜質(zhì)含量計(jì)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(zhì)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(zhì)的三個(gè)來源：供料流中夾帶的輕雜質(zhì)，腐蝕損耗產(chǎn)生的輕雜質(zhì)，級聯(lián)連接處滲漏的空氣。推導(dǎo)出級聯(lián)輕雜質(zhì)的計(jì)算公式。得出UF6分離級聯(lián)系統(tǒng)中輕雜質(zhì)的含量由供料量、級聯(lián)機(jī)器數(shù)決定。

【關(guān)鍵詞】級聯(lián)；輕雜質(zhì)；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(jī)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(jìn)行UF6氣體的分離時(shí)，HF、空氣等輕雜質(zhì)總是和UF6氣體相伴相存的，我們可以減少輕雜質(zhì)的存在，以降低輕雜質(zhì)對離心機(jī)分離效果的不良影響以及對離心機(jī)本身穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響，但卻無法除盡輕雜質(zhì)。計(jì)算出級聯(lián)在運(yùn)行過程中的輕雜質(zhì)含量，對級聯(lián)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要的意義。

1 級聯(lián)中輕雜質(zhì)的危害

級聯(lián)中的輕雜質(zhì)分子量相對工作氣體UF6分子量小很多，在離心機(jī)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(zhì)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(zhì)含量有嚴(yán)格要求，即輕雜質(zhì)體積含量要求達(dá)到千分之二，這是離心機(jī)長期安全運(yùn)行的前提。輕雜質(zhì)含量增加時(shí)，會使離心機(jī)超載，使離心機(jī)摩擦功耗增大，從而引起離心機(jī)降周。此外腐蝕損耗產(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物在離心機(jī)供料、精料孔板處沉積，造成有效孔徑變小，致使離心機(jī)性能參數(shù)偏離初始值，如分流比變小、單機(jī)分離能力變小等，使得級聯(lián)負(fù)載分布發(fā)生變化，從而造成級聯(lián)的生產(chǎn)能力隨運(yùn)行時(shí)間增長而逐年降低。

2 級聯(lián)中輕雜質(zhì)的來源

在龐大的級聯(lián)系統(tǒng)中，輕雜質(zhì)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(zhì)

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(nèi)UF6氣體必須凈化合格。凈化合格標(biāo)準(zhǔn)是：控制供料中輕雜質(zhì)的體積含量≯0.2%，這是級聯(lián)中輕雜質(zhì)的第一個(gè)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(jìn)入級聯(lián)的輕雜質(zhì)控制在一個(gè)很低的水平。

2.2 腐蝕損耗產(chǎn)生的輕雜質(zhì)

UF6與HF均是腐蝕性很強(qiáng)的氣體，能與金屬、有機(jī)物、水等發(fā)生反應(yīng)，UF6與水反應(yīng)會生成不易揮發(fā)的沉淀物及輕雜質(zhì)，從而影響分離效果。離心機(jī)啟動投運(yùn)初期，腐蝕損耗量在最初30天內(nèi)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(zhì)的第二個(gè)來源（記做Q2）。

腐蝕損耗產(chǎn)生的輕雜質(zhì)是不可避免的。在級聯(lián)投運(yùn)過程中，嚴(yán)格按照各工序技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，從而有效降低級聯(lián)系統(tǒng)的輕雜質(zhì)含量。在級聯(lián)運(yùn)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(chǎn)生的輕雜質(zhì)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(jī)、管道、閥門、儀表、補(bǔ)壓機(jī)、調(diào)節(jié)器等設(shè)備組成，它們絕大部分是通過法蘭連接的，上百萬個(gè)連接點(diǎn)雖然經(jīng)過冷凍測量合格，但滲漏總是存在的。技術(shù)文件規(guī)定了滲漏值ΔP≤30μmHg/24h為控制標(biāo)準(zhǔn)。在安裝、真空測量時(shí)，嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，確保安裝質(zhì)量。這是級聯(lián)輕雜質(zhì)的第三個(gè)來源（記做Q3）。

在維護(hù)級聯(lián)運(yùn)行的過程中，設(shè)備維修、更換時(shí)，嚴(yán)格按真空標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，不出現(xiàn)不正常的漏量，尤其要嚴(yán)防出現(xiàn)局部大漏現(xiàn)象，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 輕雜質(zhì)計(jì)算公式

級聯(lián)輕雜質(zhì)主要來源有三個(gè)途徑，這里推導(dǎo)它們各自計(jì)算公式，以便計(jì)算出級聯(lián)內(nèi)的輕雜質(zhì)總量。

3.1 供料中夾帶的輕雜質(zhì)Q1

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

3.2 腐蝕損耗產(chǎn)生的輕雜質(zhì)Q2

在這里認(rèn)為級聯(lián)中腐蝕損耗掉的UF6全部與水反應(yīng)生成氟化鈾酰和HF，這樣計(jì)算生成的HF比實(shí)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(zhì)主要為空氣，實(shí)際上空氣中的水分也會伴隨空氣滲漏進(jìn)入級聯(lián)系統(tǒng)，與UF6反應(yīng)，在此認(rèn)為空氣是（下轉(zhuǎn)第115頁）（上接第96頁）干燥的，折合到單臺離心機(jī)進(jìn)行計(jì)算。單臺離心機(jī)折合成體積為12升，它包括相應(yīng)連接管道在內(nèi)，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(zhì)和級聯(lián)的離心機(jī)數(shù)量成正比，隨著離心機(jī)數(shù)量的增多而增大。對于一個(gè)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(jié)論

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

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

（2）腐蝕損耗產(chǎn)生的輕雜質(zhì)和級聯(lián)系統(tǒng)連接處滲漏的輕雜質(zhì)只和離心機(jī)的數(shù)量有關(guān)系。

（3）腐蝕損耗是級聯(lián)輕雜質(zhì)的第一大來源，應(yīng)重點(diǎn)控制，在級聯(lián)系統(tǒng)投入運(yùn)行的各工序中，應(yīng)嚴(yán)格控制技術(shù)參數(shù)，以降低級聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行中因腐蝕損耗產(chǎn)生的輕雜質(zhì)。

（4）按真空測量技術(shù)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(diǎn)，必須進(jìn)行消除。

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

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]