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影响级联分离功的因素及分析

作者:未知

  【摘 要】本文分析了影响气体离心机单机年分离功的决定因素,对实际运行的规模离心级联分离功提高的方法进行了探讨,最后针对运行多年离心级联年分离功逐渐下降的问题进行了分析,提出了对料管有堵的离心机采取清洗疏通或更换主机的方法来恢复主机的分离性能,以期为铀浓缩工厂提高离心级联的年分离功提供参考。
  【关键词】离心机;分离功;级联优化;混合损失
  中图分类号: TL252 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)15-0084-002
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.040
  Influencing Factors and Analysis of Centrifugal Cascade’s Separative Power
  DUAN Jian-wei
  (Shaanxi Uranium Enrichment Company Limited, Hanzhong Shaanxi 723312, China)
  【Abstract】This paper analyzes the decisive factors of affecting the annual separative power of a single gas centrifuge. The methods of improving the actual operation of the scale centrifugal cascade’s separation power are discussed. Finally the problem of gradual decrease of run centrifugal cascade’s separation power for many years is analyzed. The methods of cleaning and dredging or replace the centrifuge with a new one to centrifuges with blocked material pipe are put forward, in order to provide reference for uranium enrichment plants to improve the annual separation power of centrifugal cascades.
  【Key words】Gas centrifuge; Separative power; Cascade optimization; Mixing loss
  0 引言
  分離功是一种仅作用于铀浓缩工业的度量单位,把一定量的铀富集到一定的235U丰度所需要投入的工作量叫作分离功(SWU),以kgSWU或tSWU为单位。离心级联的生产能力取决于离心机转筒的转速和长度,但转子的线速度受到转子材料的限制,通过发展高比强度的(抗拉强度对于密度之比叫作比强度)的材料(如高强度铝合金、马氏体时效钢、玻璃纤维和碳纤维复合材料)可以提高离心机的转速。另外,也可以发展超临界离心机,增加转子的长度。
  随着高强度、高能量新材料的不断出现,使转子线速度大幅度提高成为可能;随着设计和工艺水平的提高,转子的长度可以不断增加,并由亚临界机器发展为超临界机器。因此,单机分离性能可以不断提高,经济性越来越好。实际运行的级联一旦确定,那么它的规模、结构、单机分离能力等因素均已确定,影响分离功的因素为分流比,可通过级联优化来提高分离功。分流比是影响离心机性能的关键参数,其合适与否对于离心级联能否达到最佳的分离状态,取得最好的经济效益有着极其重要的作用。但在工厂运行级联中离心机一旦确定,能调整的也就是级联贫料压力和供料流量来改变离心机的分流比了。对单机而言,分流比θ是影响其分离性能ε和分离功率δU的重要因素,而对整个级联而言,各级分流比的合理配置可以有效减少混合损失,进一步提高级联效率和年分离功。
  1 级联分离能力下降的原因
  一个实用的离心分离工厂往往需要几万台甚至几十万台离心机,铀浓缩工厂的主工艺回路是处于负压下工作的,因此必须保持其严格的真空密封。在实际运行中,每天可通过计算日空气漏量来监测级联的密封性。级联管道或设备可能会存在一定量的微漏(允许范围内)。六氟化铀极易与水发生反应,只要有微量水蒸气存在就会立即发生反应,产生氟化铀酰和氟化氢,反应方程式如下所示:
  UF6+2H2O→UO2F2(固)+4HF
  随着离心级联运行年限的增加,由于管道之间、管道与设备之间的密封圈老化,失去弹性,会出现一些漏点,漏入的空气中的水分与UF6反应生成固体粉末UO2F2可能会附着在离心机或管道的内壁,这种固体粉末会越积越多,最终造成离心机失衡或料管堵塞。若离心机供料料管被堵塞,原料不能进入离心机,则离心机就不做功;若仅精料或贫料料管堵塞,供、贫或供、精料管畅通,原料会不经过分离直接进入贫料或精料,造成物料的混合损失。即当一个离心级联运行若干年后,由于级联中固体附着物的累积,必然会导致离心机分离性能的下降,分流比减小,混合损失增大,从而使级联的年分离功逐年下降。
  2 提高级联年分离功的方法
  在日常运行中,料管堵塞的离心机摩擦功耗往往比较高,会出现掉周现象,对其加装升压变压器后或降负载后,频率会上升。同步后,可通过对该主机做缺陷检查,判断出该离心机料管有漏或有堵。对有漏的离心机,通过紧固螺钉可以消漏,其消漏率可达90%以上。
  判断有堵的离心机往往不做功或做负功(造成混合损失),且随着运行年限的增长,有堵的离心机会越来越多,这就造成了离心级联年分离功的逐年下降。   (1)对于异常离心机,及时判断并断开因料管有堵而造成混合损失的离心机,可以提高级联的年分离功;
  (2) 对于离心机料管堵塞较严重、数量较多的机组,可以尝试对离心机的料管进行清洗疏通,以恢复离心机的性能,提高年分离功。
  如采用BrF3等强氧化剂作为清洗介质进行清洗疏通,三氟化溴的理化性质:分子量:136.899;熔点(101.325kPa):8.87℃;沸点(101.325kPa): 125.75℃;液体密度(125.75℃,101.325kPa):2518kg/m3;相对密度(空气=1,15℃,气体): 2.37;蒸气压(40℃):2.55kPa。三氟化溴在常温常压下为无色或淡黄色液体。暴露在空气中能发生浓烟,空气中不燃。化学性质很活泼,是强氧化剂,能使可燃物或有机物着火,在火场中能助长火势。遇水猛烈反应,放出剧毒烟雾。与酸类或酸雾接触也能放出毒性强的溴蒸气和氟。三氟化溴有强氧化性和强反应活性。
  三氟化溴与氟化铀酰的反应方程式为:
  当然,用BrF3等强氧化剂作为清洗介质进行清洗疏通的方法还需要进一步论证。
  (3)对于料管有堵的离心机也可以采用超声波清洗,即利用超声波在液体中的空化作用、机械作用及热作用对液体和污物直接或间接作用,使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。该技术已广泛应用在机械、电子、医疗、航空等行业,在原子能工业方面也有应用,可以清洗燃料棒、燃料泵、铝管类等设备。对于运行系统出现的料流孔板有堵、主机料管有堵及增压泵入口过滤网有堵等问题,可以尝试利用超声波清洗技术进行清堵。
  (4)对于离心机料管堵塞较严重、摩功高、数量较多的机组,也可以考虑更换离心机,恢复离心机的性能,以提高级联分离功即将某一个区段或机组退出运行,对其吹洗,分析吹洗后设备内的剂量合格后,拆除堵塞严重的离心机,安装新的分离性能好的离心机,再进行真空干燥、试启动、冲击、升周、氟里昂处理、钝化,投入系统运行等一系列工序,可恢复级联的分离性能,提高年分离功。缺点:工序较多,工作量与建一个新的级联相当,但预后效果好。
  3 结论
  本文分析了影响铀浓缩工厂离心级联年分离功的因素,研究了提高离心级联年分离功的几种方法,以期为铀浓缩工厂提高离心级联的年分离功提供参考:
  1)通过发展高比强度的材料可以提高离心机的转速或增长转筒的长度,可以提高单机分离能力,从而提高整个级联的年分离功。
  2)离心级联的规模、離心机的类型一旦确定,可以通过对级联的工艺工况、级联的结构进行优化,对于级联而言,各级分流比的合理配置可以减少混合损失,提高级联的分离能力。
  3)对于运行多年的级联,由于固体粉末的增多,离心机的料管、孔板及相关管道堵塞越来越严重,造成单机分离性能下降,影响整个级联的分离功。
  (1)对于异常离心机,及时判断并断开因料管有堵而造成混和损失的离心机,可以提高级联的年分离功;
  (2)可尝试采用BrF3或超声波对离心机进行清洗疏通,以恢复主机的分离性能,提高级联的年分离功。
  (3)更换成分离性能好的离心机即采用新的离心机更换料管堵塞的异常离心机以恢复主机的分离性能,提高级联的年分离功。
  【参考文献】
  [1]《化工百科全书》编辑委员会.化工百科全书(第五卷)[M].北京.化学工业出版社.1993:11~13.
  [2]司徒杰生.化工产品手册[M].北京.化学工业出版社.1999:1026.
  [3]张存镇主编,离心分离理论[M].1987:268.
  [4]赵晶,曾实.离心机特性参数的水力学分析[J].清华大学学报:自然科学版,2006,46(9):1577-1580.
论文来源:《科技视界》 2019年15期
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