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(lián)結(jié)構(gòu)中不可分割的部分，對級聯(lián)而言，串級間管道分供料、精料與貧料三種，當(dāng)串級間管道有空氣進(jìn)入時(shí)，勢必會(huì)對級聯(lián)產(chǎn)生影響。輕雜質(zhì)是影響級聯(lián)安全穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)、空氣。當(dāng)串級間管道系統(tǒng)中有漏點(diǎn)時(shí)，空氣進(jìn)入管道后，由于空氣中含有水，不僅會(huì)與UF反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫等輕雜質(zhì)，還會(huì)生成粉末狀的氟化鈾酰，對級聯(lián)造成影響。

某級聯(lián)是層架級聯(lián)，其在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品豐度波動(dòng)突然變大，對產(chǎn)品質(zhì)量控制產(chǎn)生了較大影響。經(jīng)找漏后，發(fā)現(xiàn)是層架中間精料流有兩處漏點(diǎn)，對其進(jìn)行截?cái)嗖⑻幚怼?/p>

1 空氣漏量計(jì)算

為了得到兩處漏點(diǎn)一天的空氣漏量，需要對兩處漏點(diǎn)空氣漏率進(jìn)行計(jì)算。本文中，主要用截?cái)喙艿捞帀毫εc理想狀態(tài)氣體方程進(jìn)行計(jì)算。實(shí)際操作中，為保證級聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，不允許漏點(diǎn)處壓強(qiáng)大于3mmHg（1mmHg=133Pa），當(dāng)截?cái)喙艿捞帀簭?qiáng)大于3 mmHg就需要對其抽空，兩處漏點(diǎn)24h內(nèi)的壓強(qiáng)變化見表1。

表1 兩處漏點(diǎn)的壓力變化表

為了更直觀的觀察漏點(diǎn)1與漏點(diǎn)2兩處漏點(diǎn)的壓強(qiáng)變化趨勢，將漏點(diǎn)壓強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成折線圖。從圖2-1中，可以看出漏點(diǎn)1處壓強(qiáng)上升還是比較快的，漏點(diǎn)2處壓強(qiáng)上升趨勢較為緩慢。為了計(jì)算24小時(shí)內(nèi)漏點(diǎn)區(qū)的總壓強(qiáng)，設(shè)空氣壓強(qiáng)P與時(shí)間χ的變化函數(shù)為:

圖2 漏點(diǎn)1與漏點(diǎn)2的壓力變化圖

由理想狀態(tài)氣體方程PV=nRT，可推出管道中氣體質(zhì)量m與壓強(qiáng)P的關(guān)系:

漏點(diǎn)截?cái)鄥^(qū)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(shí)間，M為空氣相對分子質(zhì)量，V是管道體積，R是常數(shù)（8.314），T為開爾文溫度，在正常運(yùn)行時(shí)管道中默認(rèn)是沒有空氣的，所以b為0。

除去漏點(diǎn)的抽空時(shí)間，漏點(diǎn)1在觀測時(shí)間內(nèi)有3個(gè)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(jì)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(shè)漏點(diǎn)1處的壓強(qiáng)為P，P隨時(shí)間的變化函數(shù)為:

設(shè)漏點(diǎn)2處壓強(qiáng)為P，經(jīng)計(jì)算，P隨時(shí)間的變化函數(shù)為:

根據(jù)漏點(diǎn)1與漏點(diǎn)2處截?cái)喙艿篱L度L、管道半徑r，計(jì)算出P為15mmHg，P為1.5mmHg。將其代入（3）中得到漏點(diǎn)1與漏點(diǎn)2在24小時(shí)總的空氣漏量分別為m=0.85g，m=0.085g，兩漏點(diǎn)總的空氣漏量m為0.935g。核對日均空氣漏量數(shù)據(jù)，消漏前后相差0.79g，與計(jì)算值基本吻合。

2 對系統(tǒng)的影響

2.1 對精料豐度的影響

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

表2 消漏前連續(xù)三天產(chǎn)品豐度絕對誤差

表3 消漏后連續(xù)三天產(chǎn)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(dòng)區(qū)間大，偏離工況豐度比較大。有資料顯示，級聯(lián)中存在一定量的輕雜質(zhì)會(huì)使產(chǎn)品豐度高于工況值。消漏后的極差為0.023，波動(dòng)區(qū)間較消漏前已經(jīng)很小，與工況豐度只有微小偏差。將消漏前后產(chǎn)品實(shí)際豐度與工況豐度的絕對誤差與時(shí)間的變化做成點(diǎn)線圖（見圖3）?？梢钥闯?，消漏前其偏差折線較陡，絕對偏差值較大，說明實(shí)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(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，消漏前絕對誤差的絕對值的算術(shù)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(chǎn)品實(shí)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(shè)備的影響

由于空氣中有水蒸氣，六氟化鈾極易與水發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)空氣進(jìn)入管線后，就會(huì)立即發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物是氟化鈾酰和氟化氫，如下面化學(xué)反應(yīng)式：

在級聯(lián)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(jù)上述中24小時(shí)的空氣漏量可得每天因?yàn)榭諝庵械乃a(chǎn)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?yàn)檫M(jìn)入空氣而生成的UOF，可能會(huì)隨供料進(jìn)入供料點(diǎn)機(jī)組主機(jī)。經(jīng)過計(jì)算，雖然每天因?yàn)榭諝庵械乃a(chǎn)生的氟化鈾酰量很少，但是如果漏點(diǎn)不消除，日積月累也會(huì)沉積在料管內(nèi)壁使料管堵塞或在轉(zhuǎn)子內(nèi)壁不均勻沉積，對主機(jī)性能造成影響。當(dāng)沉積物在主機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部不均勻沉積時(shí)，會(huì)造成主機(jī)損壞。供料管堵塞時(shí)，會(huì)使主機(jī)不做功。精料管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時(shí)，其精料流量減小，分離性能下降。如果一臺(tái)主機(jī)的精料料管完全堵死，則該主機(jī)從供料管進(jìn)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(dāng)于增加了一個(gè)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(huì)進(jìn)入層架精料流供料點(diǎn)機(jī)組，對機(jī)組產(chǎn)生影響，同時(shí)輕雜質(zhì)向?qū)蛹芏瞬扛患?，?dǎo)致精料端部機(jī)組摩擦功逐步上漲，威脅主機(jī)安全運(yùn)行。

3 結(jié)語

對于層架級聯(lián)而言，當(dāng)層架中間精料流有漏時(shí)，會(huì)增大產(chǎn)品豐度波動(dòng)，對產(chǎn)品質(zhì)量控制影響較大，損失分離功。少量空氣進(jìn)入管道后，雖然會(huì)與六氟化鈾生成氟化鈾酰和氟化氫，但是生成量很少，短時(shí)間內(nèi)氟化鈾酰不會(huì)堵塞管道，生成的輕雜質(zhì)氟化氫量很少，對主機(jī)性能影響也不太明顯。