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        抽空系統(tǒng)在鈾濃縮廠中的應(yīng)用與運(yùn)行研究

        2020-05-09 10:22:18杜晨亮龐華賢安海軍
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2020年1期

        杜晨亮 龐華賢 安海軍

        摘 ? 要:本文通過案例分析來的方式,探究鈾濃縮廠中抽空系統(tǒng)的具體應(yīng)用與運(yùn)行,通過對原吹洗系統(tǒng)工作原理的分析,發(fā)現(xiàn)鈾濃縮廠原系統(tǒng)運(yùn)行的弊端,不僅運(yùn)行過程復(fù)雜,也浪費(fèi)了大量的人力、物力資源,影響吹洗工作的效率與質(zhì)量。為了真正發(fā)揮抽空系統(tǒng)的作用與價值,通過構(gòu)建專用抽空系統(tǒng)展開抽空操作,對抽空系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,以便滿足鈾濃縮廠的生產(chǎn)需要。

        關(guān)鍵詞:抽空系統(tǒng) ?鈾濃縮廠 ?抽空速度

        中圖分類號:TB75 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2020)01(a)-0081-02

        抽空系統(tǒng)是應(yīng)用于鈾濃縮廠原料廠房中凈化原料、吹洗工藝管道、吹洗拆裝容器的一項重要設(shè)備,日常工作中其工作負(fù)擔(dān)較重,但傳統(tǒng)的吹洗方法耗時長,普通管道的吹洗需要反復(fù)5次,并配合2h的深抽才能達(dá)到對管道內(nèi)腔樣放射性鈾元素指標(biāo)含量的要求,因此,嚴(yán)重不滿足鈾濃縮廠的生產(chǎn)要求,基于鈾濃縮廠生產(chǎn)的客觀需要,應(yīng)通過提高吹洗工作效率,降低吹洗操作頻次,形成專用抽空系統(tǒng),以便有效提升吹洗工作效率與工作質(zhì)量。

        1 ?案例概述

        某鈾濃縮廠原吹洗工作需要先關(guān)閉連接管以及三通真空閥,利用氮氣通過盲板以及破空點實現(xiàn)相關(guān)管段破空至大氣,再關(guān)閉盲板,打開三通真空閥以及吹洗支管,連接供料凈化系統(tǒng)進(jìn)行抽空,1次抽空操作為指標(biāo)達(dá)到0.2mmHg,需要循環(huán)5次抽空再加深抽2h才能保障管道內(nèi)腔樣鈾元素含量滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。從原吹洗工作原理可以看出當(dāng)前吹洗工作弊端十分明顯,吹洗過程中需要占用大量設(shè)備與線路,導(dǎo)致供料凈化無法正常進(jìn)行,頻繁的協(xié)調(diào)供料凈化系統(tǒng)以及吹洗,增加了設(shè)備操作次數(shù);而且使用供料凈化系統(tǒng)進(jìn)行抽空耗時長。每次抽空時間都在10min以上;而且如果使用移動抽空小車,需要頻繁安裝與拆卸鏈接軟管,容易造成泄露。因此,建設(shè)專用抽空系統(tǒng)十分必要。

        2 ?專用抽空系統(tǒng)建設(shè)

        2.1 抽空速度與吹洗系統(tǒng)關(guān)系體積分析

        抽空系統(tǒng)主要應(yīng)用于容器拆裝前的吹洗工作,根據(jù)鈾濃縮廠生產(chǎn)工藝要求,需要將抽空系統(tǒng)壓力控制在101~105Pa范圍內(nèi),速度應(yīng)>26.6Pa(0.2mmHg),為了保障生產(chǎn)效率,單次抽空時間應(yīng)降至5min以下。

        在常壓狀態(tài)下對密閉真空系統(tǒng)進(jìn)行抽氣,系統(tǒng)壓力也處于下降狀態(tài),基于兩者的關(guān)系通過對摩爾數(shù)的計算以及破空體積的計算可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)氣相空間體積大于介于區(qū)間[0,10]過程中,其值均為正,抽空速度與吹洗系統(tǒng)壓力變化的函數(shù)關(guān)系為增函數(shù),那么在這個狀態(tài)下,抽空系統(tǒng)體積的增加會導(dǎo)致抽空時間有所延長,因此,在建設(shè)抽空系統(tǒng)過程中,應(yīng)盡量減小系統(tǒng)總體積,以便提升抽空效率[2]。

        2.2 抽空系統(tǒng)具體建設(shè)

        (1)設(shè)備配置。

        由于鈾濃縮廠的抽空氣體中含有UF6,這是一種化學(xué)性質(zhì)活潑、容易與水分發(fā)生反應(yīng)形成HF氣體以及固體氟化鈾酰顆粒、具有放射性的物質(zhì),可能造成放射性污染或腐蝕情況。因此,抽空系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)將化學(xué)吸附裝置以及過濾裝置加裝在真空泵前,其中化學(xué)吸附裝置主要用于UF6以及HF氣體的吸附、過濾裝置炸主要過濾生成的固體氟化鈾酰小顆粒。利用這兩項設(shè)備可以回收抽空過程中的鈾元素,進(jìn)行再次利用,以便保障尾氣排放達(dá)到國家規(guī)定與要求標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)抽空系統(tǒng)線路。

        根據(jù)上述分析,為了提升抽空速度,應(yīng)盡可能保障管道線路設(shè)計上使用小體積的的搭建設(shè)施。在管徑的設(shè)計上,為了降低管道內(nèi)部阻力對抽空效果的影響,在專用抽空系統(tǒng)建設(shè)過程中,應(yīng)保持其容器連接管道管徑與吹洗線管管徑一致;并根據(jù)真空泵進(jìn)口管徑以及排口管徑確定過濾器與真空泵之間、真空泵以及局排管道的管徑。在管道長度上,需要根據(jù)鈾濃縮廠廠房空間布局情況確定,盡量選擇合適的長度,實現(xiàn)最小的抽空體積,并使廠房空間得到合理利用。在儀表設(shè)計上,儀表處于管道上方,其用于抽空過程中管線壓力檢測,并將壓力信號信息傳回控制室內(nèi)的操作系統(tǒng)上,壓力儀表數(shù)量應(yīng)不少于3個,以便有效規(guī)避壓降降低造成的影響。在抽空線與干管連接位置確定上,最好根據(jù)兩者之間的距離選擇中間位置,這樣能夠有效降低因兩者相對位置距離差造成的抽空差異。根據(jù)該設(shè)計,此次案例確定最終的管道長度為70m、管道型號為DN25、體積為35L、過濾器體積為20L、化學(xué)吸附塔體積為24L、過濾器與真空泵前連接管道長度為1.5m,總體上專用抽空系統(tǒng)的整體面積未達(dá)到90L。

        (3)選擇真空泵。

        由于鈾元素具有放射性特征,為了避免其對真空泵造成污染,建議抽空系統(tǒng)選擇無油干式真空泵更為合適。目前市場上,無油干式真空泵主要有兩種類型,一種是旋渦泵動量傳輸式干泵,另一種是螺桿泵容積式干泵或羅茨泵容積式干泵。鑒于此次抽空系統(tǒng)體系未達(dá)到100L,根據(jù)其吹洗技術(shù)情況以及工作壓力范圍,真空泵應(yīng)選擇壓縮比高、抽空范圍大的型號,不需要真空泵具有較大抽速,但其抽空深度應(yīng)<1Pa。如表1所示,市場現(xiàn)有無油干式真空泵特點。從對目前市場上現(xiàn)場的幾種無油干式真空泵的對比,發(fā)現(xiàn)渦旋泵的結(jié)構(gòu)簡單、壓縮比高、有效容積利用系數(shù)大,而且壓力范圍較寬、抽空速度穩(wěn)定、真空度高、操作簡單、安裝簡單,用于此次專用抽空系統(tǒng)建設(shè)十分合適。最終此次選擇抽速為20L/s的渦旋泵,通過測試其理論上完成一次抽空的時間為20s,滿足此次專用抽空系統(tǒng)建設(shè)的要求。但目前國內(nèi)外生產(chǎn)該渦旋泵的廠家較多,需要綜合經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸、設(shè)備實際性能選擇品牌以及廠家。

        (4)控制系統(tǒng)建設(shè)。

        該鈾濃縮廠生產(chǎn)主要使用DCS系統(tǒng),將抽空專用系統(tǒng)的變頻器頻率信號、干管壓力、轉(zhuǎn)速、泵溫度等系數(shù)引入到系統(tǒng)中,并與電動真空閥、泵真空閥構(gòu)建聯(lián)鎖關(guān)系,能夠?qū)崿F(xiàn)對抽空系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與啟停操控,為實現(xiàn)真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅實的保障。

        3 ?結(jié)語

        綜上所述,通過上述分析可以看出抽空系統(tǒng)在鈾濃縮廠的應(yīng)用提高了抽空效率以及抽空質(zhì)量,因此,建議鈾濃縮廠根據(jù)實際的生產(chǎn)需要構(gòu)建專用抽空系統(tǒng),以便有效發(fā)揮抽空系統(tǒng)的作用,為實現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)提供有力的支持。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 張玉春.鈾濃縮廠專用抽空系統(tǒng)的構(gòu)建[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2018(1):117-119,121.

        [2] 王澤宇,周沅楨,羊一濤, 等.真空回潮機(jī)抽空系統(tǒng)改進(jìn)及過程參數(shù)優(yōu)化[J].煙草科技,2018,51(10):110-114.

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