铀浓缩厂区段堵塞特征的试验研究
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摘 要
铀浓缩厂区段氟化铀酰沉积物堵塞会导致级联运行的安全性、经济性降低。在考虑对区段堵塞问题进行处理时，有必要确定具体堵塞情况以制定针对性措施。利用区段氟化铀酰沉积物堵塞会对离心机摩擦功耗、区段流通性和分流比产生影响等特征，设计对比试验，在国内某级联堵塞区段和正常区段进行了试验研究，通过测量区段所有离心机摩擦功耗，对区段摩擦功耗较大的离心机进行缺陷检查，观测区段关闭后贫料、精料压力变化情况，测量区段分流比，综合分析能够判断出一个区段具体的堵塞情况。
关键词
铀浓缩;离心机;氟化铀酰;堵塞
中图分类号： P641.25;TV213.9 文献标识码： 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
區段是铀浓缩厂运行的基本单元。在离心法铀浓缩厂运行期间，气体离心机会逐渐释放出水分，同时也存在水分随空气漏入区段。进入区段的水分与六氟化铀反应生成氟化铀酰，氟化铀酰固体颗粒会在离心机转子内壁、供料孔板、精料孔板及取料支臂、贫料取料支臂等地方沉积，并最终导致铀浓缩厂区段堵塞，降低系统运行的经济性和安全性。中核兰州铀浓缩有限公司已经发现氟化铀酰固体颗粒堵塞区段供料的现象[1]，中核陕西铀浓缩有限公司的某级联多个机组也出现了区段堵塞的现象，级联分离功明显下降。目前核工业理化工程研究院已经对此问题的处理方法开展研究，选取了能够清洗级联中氟化铀酰沉积物的清洗剂，并成功进行了阶段性试验[2-3]。中核陕西铀浓缩有限公司姚浩田对清洗混合物的分离方法进行了研究[3]。在对铀浓缩厂区段的氟化铀酰沉积物进行处理时，首先需要确定区段存在氟化铀酰沉积物堵塞的情况，后续再根据堵塞情况制定具体的处理措施，因此有必要对区段堵塞的特征进行研究。目前对于铀浓缩厂区段堵塞特征方面的文献较少，中核兰州铀浓缩有限公司的高磊对区段供料堵塞的特征进行了研究，并提出了判断方法[1]。
1 试验原理
区段离心机供、精、贫料管的堵塞会对区段离心机摩擦功耗、分流比和管道流阻产生影响。其中供料堵塞会导致离心机摩擦功耗降低，精、贫料管堵塞会导致离心机摩擦功耗增大;精料堵塞会导致区段的分流比降低，贫料堵塞会导致区段的分流比升高;供、精、贫料管堵塞会影响流阻，从而对区段关闭时压力重新平衡的时间产生影响。通过对未堵塞区段和堵塞区段进行试验对比分析，能够确定区段堵塞的具体情况。
2 试验主要设备及仪器
（1）区段：选取某级联同一机组内的两个的区段，分别标识为区段A、区段B，区段A为存在堵塞的区段，区段B为正常区段。
（2）专用频率/摩擦功耗测量系统：国内每一个离心法铀浓缩级联系统都有专用的频率/摩擦功耗测量系统，能够对所有离心机的频率或摩擦功耗进行测量。
（3）手持式频率/摩擦功耗测量仪器：一种便携式的，可以在不影响区段其他离心机运行的情况下，测量某单个离心机的频率或摩擦功耗。
（4）专用取样器：能够与区段供、精、贫料干管专用阀门连接，取出区段的供、精、贫干管内的物料样品，用于后续丰度分析。
（5）质谱仪：用于分析物料样品的丰度。
3 试验过程
如图1所示，区段A、B同属于一个机组，在区段的入口供、精、贫管道上各有一个阀门，区段内部的供、精、贫管道上都有专用的阀门作为取样点。机组与区段的供料用实线表示，精料用虚线表示，贫料用点划线表示。试验的主要操作如下： （1）在机组、区段正常运行情况下，使用专用频率/摩擦功耗测量系统测量区段A、区段B离心机摩擦功耗。
（2）保持机组、区段正常运行情况下，使用手持式频率/摩擦功耗测量仪器对区段A中摩擦功耗较大的离心机进行缺陷检查。
（3）关闭区段A、区段B的供、精、贫干管阀门，记录区段A、区段B的供、精、贫干管压力变化情况。
（4）保持区段A关闭状态，打开区段B供、精、贫干管阀门，压力稳定后，取区段B的供、精、贫物料样品。
（5）打开区段A供、精、贫干管阀门，关闭区段B供、精、贫干管阀门，压力稳定后，取区段B的供、精、贫物料样品。
（6）打开区段B供、精、贫干管阀门，检查该机组及其区段已经正常运行。
（7）分析区段A、区段B的供、精、贫物料样品的丰度。
4 结果及分析
4.1 区段A、区段B离心机摩擦功耗对比
图2是区段A、区段B的平均摩擦功耗对比图，区段A的平均摩擦功耗比区段B高25%。区段A和区段B同属于一个机组，两个区段的离心机具有相同的供料压力和贫料压力，即具有相同的负载。其中区段B运行期间离心机损机或掉周的频次正常，区段平均摩擦功耗与其他多数区段接近，认为是正常区段，无堵塞现象。与区段B相较，区段A离心机摩擦功耗明显增大，因此可以判定区段A存在堵塞，并且不是供料堵塞（供料堵塞时区段摩擦功耗会降低）。
4.2 区段A离心机缺陷检查结果
对区段A中摩擦功耗较大的百台离心机进行了缺陷检查，即使用手持式手持式频率/摩擦功耗测量仪器测量不同阀门状态下离心机的摩擦功耗。结果发现关闭贫料阀门比关闭精料阀门情况下的摩擦功耗大的离心机占到了80%。因为在分析百台离心机测量数据时，与传统方法给出的条件均不符合，即根据缺陷检查传统的判断方法无法进行判断离心机的堵塞情况。考虑到离心机在供料阀门打开，同时关闭精、贫料阀门时离心机摩擦功耗最大，因此如果离心机精料堵，那么等同于精料阀门关闭，如再关闭贫料阀门则离心机的摩擦功耗会明显增大;如果离心机贫料堵，那么等同于贫料阀门关闭，如再关闭精料阀门则离心机的摩擦功耗会明显增大。根据这一原则，能够判断区段A中的离心机绝大多数属于精料堵塞。
4.3 区段A、区段B压力平衡情况对比
图4是区段A、区段B在突然关闭情况下的压力平衡对比图。在实际运行过程中，在区段突然关闭时，区段原来稳定的流场会被打破，并逐渐过渡到新的状态。这时，利用区段上专用仪表可以看到，贫料压力逐渐下降，精料压力逐渐上升，即物料在由贫料向精料流动，并最终达到平衡。如果这个平衡过程需要的时间很长，基本上可以判断区段的精料或贫料存在堵塞。如图5所示，区段B在关闭30秒达到了平衡，区段A在经过60秒尚未达到平衡，时间超过了区段B的两倍。这一现象能够说明区段A贫料或精料存在堵塞。
4.4 区段A、区段B分流比对比
图5区段A、区段B分流比对比图。区段A的分流比为0.2，区段B的分流比为0.6。區段A的分流比明显小于正常水平。分流比代表精料流量与供料流量的比值，考虑到测量误差，可以定性判断区段A的精料流量已经明显小于正常水平。这表明区段A离心机精料通道流阻较大，存在堵塞情况。同时分流比与离心机分离功紧密关联，离心机精料通道堵塞造成分流比降低，进而造成级联分离功下降，最终使级联经济性下降。
5 结论
（1）区段氟化铀酰沉积物堵塞会对离心机摩擦功耗、区段流通性和分流比产生影响，通过测量区段所有离心机摩擦功耗，对区段摩擦功耗较大的离心机进行缺陷检查，观测区段关闭后贫料、精料压力变化情况，测量区段分流比，综合分析能够判断出一个区段具体的堵塞情况。
（2）试验中，区段A的摩擦功耗明显增大，而且在区段关闭的情况下，物料从贫料向精料平衡所需要的时间明显增加，因此可以初步判断区段A贫料或精料上存在堵塞。区段A的离心机缺陷检查过程中，绝大多数是离心机在关闭贫料阀门后离心机摩擦功耗明显增大，同时区段A的分流比明显低于正常水平，可以进一步判断出A区段是精料堵塞。
参考文献
[1]高磊.离心级联区段粉末堵塞判断及处理[C].中国核学会.中国核科学技术进展报告（第五卷）——中国核学会2017年学术年会论文集第4册（同位素分离分卷）.中国核学会：中国核学会，2017：84-87.
[2]冯申.去除放射性沉积物清洗剂的研究[C].中国核学会.中国核科学技术进展报告（第五卷）——中国核学会2017年学术年会论文集第4册（同位素分离分卷）.中国核学会：中国核学会，2017：332-337.
[3]姚浩田，杨小松.低温-吸附法分离清洗混合工质的可行性研究[J].产业与科技论坛，2019，18（16）：74-76.
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