王鵬　耿境　張宏

摘 要

粉末沉積是目前導(dǎo)致離心級(jí)聯(lián)分離功率下降的主要原因，經(jīng)檢測(cè)分析，粉末的主要成分為氟化鈾酰，是六氟化鈾與級(jí)聯(lián)內(nèi)其他物質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物。為減少級(jí)聯(lián)內(nèi)的粉塵沉積量，設(shè)計(jì)了一套適用于離心級(jí)聯(lián)的過(guò)濾裝置并安裝于相應(yīng)工藝節(jié)點(diǎn)，持續(xù)監(jiān)測(cè)并記錄相關(guān)參數(shù)變化情況，過(guò)濾裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，拆下過(guò)濾裝置并對(duì)濾芯檢查并稱重。文章根據(jù)過(guò)濾裝置的運(yùn)行參數(shù)及粉末收集量估算級(jí)聯(lián)不同工藝節(jié)點(diǎn)的粉末含量水平，并對(duì)過(guò)濾裝置的過(guò)濾效果進(jìn)行了評(píng)估，并給出了緩解離心級(jí)聯(lián)分離功率下降的方法。

關(guān)鍵詞

過(guò)濾裝置;離心級(jí)聯(lián);粉末;沉積

中圖分類(lèi)號(hào)： TH137 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.030

0 概述

UF6是鈾化合物中唯一能在離心機(jī)工作溫度和壓力下穩(wěn)定存在的氣態(tài)化合物，且氟元素沒(méi)有天然同位素，因此被用作離心工廠的供料。但其化學(xué)性質(zhì)活潑，極易與級(jí)聯(lián)中微量的水發(fā)生反應(yīng)，生成的UO2F2為淡黃色晶體，會(huì)沉積于離心機(jī)、閥門(mén)、補(bǔ)壓機(jī)及壓力調(diào)節(jié)裝置中。目前，國(guó)內(nèi)離心級(jí)聯(lián)中均發(fā)現(xiàn)了淡黃色的粉末。

UO2F2的沉積會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)分流比的改變，偏離設(shè)定工況產(chǎn)生混合損失，最終致使級(jí)聯(lián)分離能力降低。這在運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的級(jí)聯(lián)中尤為明顯，以國(guó)內(nèi)某級(jí)聯(lián)為例，因粉末沉積導(dǎo)致了分離能力的下降，嚴(yán)重影響級(jí)聯(lián)的經(jīng)濟(jì)性。粉末的沉積還會(huì)導(dǎo)致各離心機(jī)負(fù)載分配不均衡，部分離心機(jī)可能會(huì)超載，影響其運(yùn)行效率，并且粉末沉積產(chǎn)生的不平衡差也會(huì)帶來(lái)一定的核臨界風(fēng)險(xiǎn)。

因此，考慮用過(guò)濾或慣性的方法對(duì)產(chǎn)生的粉塵及時(shí)從系統(tǒng)中清除，以保證級(jí)聯(lián)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，本文主要針對(duì)過(guò)濾方法進(jìn)行論述。

1 過(guò)濾裝置應(yīng)用概述

燒結(jié)金屬濾芯具有強(qiáng)度高、耐腐蝕的特性，可以應(yīng)用于UF6環(huán)境，故選取燒結(jié)金屬濾芯作為過(guò)濾裝置濾芯，其為下端封閉的燭狀中空體（如圖1所示），通過(guò)多孔板與壓板垂直懸吊于過(guò)濾裝置內(nèi)部，將過(guò)濾裝置分隔為兩部分，工作介質(zhì)流經(jīng)過(guò)濾裝置時(shí)因攔截、碰撞、捕集、吸附等效應(yīng)將粉塵分離出來(lái)，如圖2所示。

過(guò)濾裝置的濾芯會(huì)對(duì)通過(guò)的氣流產(chǎn)生壓降，為保證級(jí)聯(lián)壓力工況，需對(duì)過(guò)濾裝置相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，過(guò)濾裝置的壓降為：

其中ε ρω +ε ρω 為進(jìn)出口壓降，其值較小可以忽略，Dp與名義孔徑有關(guān)（如1μm名義孔徑的濾芯，Dp為26.7μm），ε為孔隙率取0.4， A為有效過(guò)濾面積，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)空間取11m2或3.7m2。

結(jié)合級(jí)聯(lián)相關(guān)工藝節(jié)點(diǎn)流量及壓力，對(duì)各節(jié)點(diǎn)過(guò)濾器參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和選擇，各節(jié)點(diǎn)選擇的過(guò)濾裝置參數(shù)如表1。

2 過(guò)濾裝置效果

2.1 壓降情況

裝入過(guò)濾裝置的工藝節(jié)點(diǎn)分為3類(lèi)，即供料流節(jié)點(diǎn)（以1#點(diǎn)位代表）、中間料流節(jié)點(diǎn)（以7#點(diǎn)位代表）、最終精料流節(jié)點(diǎn)（以6#點(diǎn)位代表），其壓力變化如圖5所示（均已做歸一化處理）。最終精料流節(jié)點(diǎn)過(guò)濾裝置運(yùn)行期間，其后的孔板未再發(fā)生堵塞情況，調(diào)節(jié)裝置開(kāi)度未發(fā)生變化，可認(rèn)為過(guò)濾裝置能滿足粉塵過(guò)濾要求。

當(dāng)過(guò)濾裝置濾芯有較多粉塵附著形成灰層時(shí)，其壓降會(huì)增大。從圖5看出，供料流節(jié)點(diǎn)過(guò)濾裝置壓降基本無(wú)明顯變化，3μm濾芯已具有很高的過(guò)濾精度，如有粉塵則會(huì)被過(guò)濾，故認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)內(nèi)基本無(wú)粉塵，可見(jiàn)級(jí)聯(lián)中的粉末不是由供料帶入，而是在級(jí)聯(lián)內(nèi)部反應(yīng)生成的;中間料流因安裝時(shí)間較短，未能明顯看出其粉塵水平，之后對(duì)其進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)濾芯表面有粉末沉積，對(duì)其稱重有增重;最終精料流安裝約60天后，其壓降明顯增大，可知其粉末水平較高。因中間料流與最終精料流有效過(guò)濾面積不一樣，不能比較出兩者粉末水平高低。

2.2 濾芯增重情況

供料流節(jié)點(diǎn)過(guò)濾器在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)壓降均未發(fā)生變化，故未對(duì)其進(jìn)行烘干稱重。對(duì)7#工藝節(jié)點(diǎn)（中間料流）過(guò)濾器拆解后對(duì)濾芯進(jìn)行稱重，發(fā)現(xiàn)濾芯有增重，具體如表2所示。

7#工藝節(jié)點(diǎn)（中間料流）過(guò)濾器有濾芯70根，據(jù)此折算每年可以過(guò)濾粉塵約3kg，相較該級(jí)聯(lián)每年的不平衡差，數(shù)值較小，因此可以認(rèn)為粉末在隨物料運(yùn)行較短一段距離后會(huì)沉積下來(lái)，這一點(diǎn)也被6#工藝節(jié)點(diǎn)粉末中U235豐度證實(shí)。

對(duì)6#工藝節(jié)點(diǎn)（最終精料流）過(guò)濾器拆解后對(duì)濾芯進(jìn)行稱重，發(fā)現(xiàn)濾芯有增重，具體如表3所示。

6#工藝節(jié)點(diǎn)（最終精料流）過(guò)濾器有濾芯24根，據(jù)此折算每年可以過(guò)濾粉塵約4.5kg，粉末水平高于7#工藝節(jié)點(diǎn)，可認(rèn)為級(jí)聯(lián)粉末水平向精料端不斷增加。

在各中間精料流上加裝過(guò)濾器可以在一定程度上緩減相關(guān)機(jī)組的粉末堵塞情況，但具體效果仍需要持續(xù)跟蹤分析。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中過(guò)濾裝置的壓降變化情況及濾芯增重情況的分析，得出過(guò)濾裝置可以有效分離出工作介質(zhì)中的粉末，理論上可以緩減級(jí)聯(lián)因粉末堵塞造成的分離能力下降。

致謝：

對(duì)論文撰寫(xiě)過(guò)程中給予幫助的領(lǐng)導(dǎo)和同事致以真摯的感謝！

參考文獻(xiàn)

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