王攀林

中核陜西鈾濃縮有限公司 陜西漢中 723312

級聯(lián)系統(tǒng)中的輕雜質(zhì)與級聯(lián)運(yùn)行是相伴相生的，只要有級聯(lián)運(yùn)行，必然就有輕雜質(zhì)的存在?？刂坪眉壜?lián)中的輕雜質(zhì)含量，保障安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就必須從主機(jī)制造、安裝調(diào)試、真空檢查、啟動升周、運(yùn)行維護(hù)以及供料凈化、設(shè)備檢修等各個環(huán)節(jié)中嚴(yán)格把關(guān)。同時輕雜質(zhì)含量顯示儀表和輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器是輕雜質(zhì)的檢測器和級聯(lián)主機(jī)的保護(hù)器，在輕雜質(zhì)含量異常升高的情況下，及時預(yù)警，及時截斷，及時卸料，保證級聯(lián)主機(jī)安全。應(yīng)定期對其進(jìn)行維護(hù)及功能檢查，保證報警信號及事故保護(hù)動作的正確完好。

1 級聯(lián)系統(tǒng)中輕雜質(zhì)的概念

級聯(lián)中分子量低于工作介質(zhì)的其他物質(zhì)，稱之為輕雜質(zhì)。

2 級聯(lián)輕雜質(zhì)的來源

（1）級聯(lián)系統(tǒng)中安裝了大量的離心機(jī)、補(bǔ)壓機(jī)、調(diào)節(jié)器等工藝設(shè)備以及工藝管道、工藝閥門、儀表、傳感器等，其連接部分必然存在著一定的漏率，因其為負(fù)壓系統(tǒng)，所以有一定數(shù)量的廠房大氣漏入；其中的水分與工作介質(zhì)反應(yīng)生成分子量遠(yuǎn)低于工作介質(zhì)的氟化氫，構(gòu)成輕雜質(zhì)的另一來源。

（2）供料系統(tǒng)真空度因某些原因降低，漏入的廠房空氣隨供料進(jìn)入級聯(lián)；供料容器各階段凈化時未完全去除的氟化氫及分子量低于工作介質(zhì)的其它物質(zhì)，供料時夾帶進(jìn)入級聯(lián)。

（3）主機(jī)腐蝕損耗：主機(jī)制造過程中產(chǎn)生的若干有機(jī)物經(jīng)過正式投料前各工序后的殘存量與工作介質(zhì)反應(yīng)生成輕雜質(zhì)及固態(tài)物質(zhì)，但這種情形的腐蝕損耗量主要集中于離心機(jī)投運(yùn)的最初30天，100天后基本穩(wěn)定下來，并隨有機(jī)物殘存量的不斷消耗而自然下降直至可以忽略；廠房溫度及濕度控制欠佳，導(dǎo)致漏入級聯(lián)的空氣中存在較多水分，其與工作介質(zhì)反應(yīng)生成氟化氫及固態(tài)物質(zhì)，氟化氫是級聯(lián)輕雜質(zhì)的主要成分之一，此項應(yīng)該是級聯(lián)運(yùn)行中要重點(diǎn)控制的[1]。

（4）工藝設(shè)備檢修前的破空吹洗操作未嚴(yán)格按規(guī)程執(zhí)行，導(dǎo)致吹洗時所用的氮?dú)饣蚩諝膺M(jìn)入級聯(lián)工藝系統(tǒng)；供料系統(tǒng)及級聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備檢修后再次投運(yùn)時因檢修質(zhì)量問題或未嚴(yán)格執(zhí)行投入前工序而引入空氣等輕雜質(zhì)。

（5）主機(jī)高速運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子損壞時產(chǎn)生并釋放出的金屬輕雜質(zhì)在級聯(lián)中傳遞。

（6）主機(jī)損機(jī)時產(chǎn)生漏點(diǎn)，隔膜閥關(guān)閉后通道不嚴(yán)密，導(dǎo)致空氣進(jìn)入級聯(lián)。

其中2.1-2.3項為級聯(lián)輕雜質(zhì)的主要來源；而2.4-2.6項為偶發(fā)的非主要來源。

3 級聯(lián)輕雜質(zhì)對產(chǎn)品豐度、主機(jī)運(yùn)行以及級聯(lián)效率的影響

（1）因級聯(lián)輕雜質(zhì)隨精料一起往最終精料流富集，級聯(lián)輕雜質(zhì)含量升高的情況下，實(shí)際精料流量降低，導(dǎo)致產(chǎn)品豐度升高而偏離既定工況。

（2）級聯(lián)輕雜質(zhì)含量升高可引起運(yùn)行主機(jī)轉(zhuǎn)子中心壓強(qiáng)升高，使主機(jī)摩擦功率升高，轉(zhuǎn)子運(yùn)行失穩(wěn)，導(dǎo)致降周甚至損機(jī)。

（3）部分分離功消耗于分離輕雜質(zhì)和工作介質(zhì)，造成分離功的損失，導(dǎo)致級聯(lián)分離效率下降。

所以必須采取措施防止級聯(lián)中輕雜質(zhì)含量超標(biāo)。

4 級聯(lián)輕雜質(zhì)的控制措施

4.1 級聯(lián)系統(tǒng)真空度控制

因級聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行壓強(qiáng)低于大氣壓，為負(fù)壓系統(tǒng)，所以必須在安裝調(diào)試階段保證系統(tǒng)漏率在控制指標(biāo)之下。主要控制措施有：安裝后截斷組大漏檢查；區(qū)段、機(jī)組干管、工藝設(shè)備大漏檢查；工藝設(shè)備預(yù)真空滲漏檢查；工藝管道、工藝設(shè)備預(yù)真空合格后保持；通過找漏消漏及真空測量工作使級聯(lián)主輔工藝系統(tǒng)漏率保證在控制指標(biāo)以下。

4.2 供料系統(tǒng)控制要求

（1）每年必須進(jìn)行一次對供料系統(tǒng)的真空度檢查，及時發(fā)現(xiàn)真空問題并組織人員及時消除。

（2）供料系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生漏點(diǎn)導(dǎo)致真空度降低時，及時將有漏部分與運(yùn)行系統(tǒng)隔離并及時消除漏點(diǎn)。

（3）供料容器各階段凈化合格標(biāo)準(zhǔn)按輕雜質(zhì)體積百分比含量小于規(guī)程規(guī)定值進(jìn)行控制，并執(zhí)行供料容器加熱凈化合格后的試供料環(huán)節(jié)以及每天白班的一級備用容器定時凈化措施，保證供入級聯(lián)的工作介質(zhì)中的輕雜質(zhì)體積百分比含量合格。

（4）供料凈化系統(tǒng)真空度保證合格，真空緩沖罐壓強(qiáng)顯示儀表定期校驗(yàn)，示數(shù)正確，避免由于自身真空度問題及儀表顯示問題影響對備用供料容器中輕雜質(zhì)含量是否合格的正確判斷[2]。

（5）供料中夾帶供入級聯(lián)的輕雜質(zhì)（主要為HF）與供料量的關(guān)系：這個關(guān)系的推導(dǎo)與建立將為級聯(lián)中區(qū)段供料輕雜質(zhì)含量升高時的處理提供理論依據(jù)。工作介質(zhì)氣體（UF6）與氟化氫氣體（HF）在廠房的溫度及壓強(qiáng)條件下，認(rèn)為是適用于理想氣體狀態(tài)方程的，設(shè)輕雜質(zhì)的量（摩爾數(shù)）為n1，UF6的量（摩爾數(shù)）為n2，則有如下公式：

由此可得下式：

式中：M1為HF的摩爾質(zhì)量，M1=20g/mol；

M2為UF6的摩爾質(zhì)量，M2=352g/mol；

m1為HF的質(zhì)量；

m2為UF6的質(zhì)量；

P1為HF的分壓強(qiáng)；

P2為UF6的分壓強(qiáng)。

按供料中輕雜質(zhì)的體積百分比含量≯2‰，取上限計算，p1/（p1+p2）=0.002，推得P1/P1=2/998；

則由（4）式推得：

此處m1為供料中HF的質(zhì)量，m2為供料中工作介質(zhì)UF6的質(zhì)量，從（6）可看出，供料中夾帶的輕雜質(zhì)（HF）的量與供料量成正比。因此當(dāng)級聯(lián)的區(qū)段供料中輕雜質(zhì)含量超標(biāo)時，就要按比例降低供料流量，理論依據(jù)就在于此。

4.3 級聯(lián)日空氣漏量的計算及日空氣漏量對于級聯(lián)真空度的意義

收取級聯(lián)精料的容器定期凈化時，物料經(jīng)過精料凈化系統(tǒng)的一、二級制冷柜、氟化鈉吸附塔之后，UF6及HF幾乎被全部冷凝或吸附，剩余的不凝性氣體主要為空氣，將放至真空緩沖罐中進(jìn)行平衡。根據(jù)向緩沖罐放壓前后其壓強(qiáng)的變化 ，可計算得出每次凈化時的空氣漏量 。

每次凈化時計算出的空氣漏量：

將一天中每次凈化時的空氣漏量相加，便得到全天的空氣漏量。當(dāng)供料系統(tǒng)、級聯(lián)系統(tǒng)沒有破空等可能引起空氣漏量變化的操作時，級聯(lián)每天的空氣漏量應(yīng)該是恒定的。因此當(dāng)日空氣漏量數(shù)值明顯上升時，排除各種原因?qū)е碌挠嬎沐e誤，可以肯定級聯(lián)供料系統(tǒng)或級聯(lián)系統(tǒng)本身的密封性產(chǎn)生了問題，必須盡快組織力量進(jìn)行漏點(diǎn)的判斷、查找與消除。所以日空氣漏量是級聯(lián)供料系統(tǒng)及級聯(lián)本身密封性判斷的最終的起決定性作用的依據(jù)，是級聯(lián)運(yùn)行中每天必須關(guān)注的重要參數(shù)?？刂坪眠@個參數(shù)，級聯(lián)的供料系統(tǒng)及級聯(lián)系統(tǒng)本身的真空度也就得到了保證。

4.4 設(shè)備檢修質(zhì)量保證

（1）供料系統(tǒng)以及級聯(lián)工藝系統(tǒng)的設(shè)備、管道閥門檢修前破空吹洗操作嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行：查吹洗用設(shè)備系統(tǒng)能正常工作；吹洗前對破空容積及相關(guān)容積深度抽空；選擇合適的破空點(diǎn)，以破空容積最小為原則；與運(yùn)行系統(tǒng)隔離的截斷閥門通道密封性判斷合格；分臺階破空，每臺階保持五分鐘，加強(qiáng)相鄰工藝容積壓強(qiáng)監(jiān)控等，保證被破空的工藝容積的氮?dú)獠粫B漏到運(yùn)行系統(tǒng)；吹洗結(jié)束后再次深度抽空等[3]。

（2）保證工藝系統(tǒng)及級聯(lián)系統(tǒng)工藝設(shè)備、管道閥門檢修質(zhì)量：檢修后設(shè)備本身完好無損，無裂紋裂縫等；密封圈或密封材料質(zhì)量合格，安裝規(guī)范；設(shè)備零部件連接嚴(yán)格按檢修規(guī)范進(jìn)行；設(shè)備安裝完成后檢修人員的真空自檢。

（3）檢修后工藝設(shè)備、管道閥門由運(yùn)行人員接入系統(tǒng)前，嚴(yán)格進(jìn)行抽空、大漏檢查、找漏消漏、真空測量、鈍化、鈍化后抽空等一系列工作程序。

（4）主機(jī)腐蝕損耗所產(chǎn)生的輕雜質(zhì)不可避免，只有在制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、啟動升周等各工序中嚴(yán)格把控并嚴(yán)格控制廠房溫度及濕度。

（5）主機(jī)損機(jī)產(chǎn)生的金屬輕雜質(zhì)釋放發(fā)生在主機(jī)損機(jī)后隔膜閥未自動關(guān)閉或雖關(guān)閉但通道不嚴(yán)密，可能引起區(qū)段輕雜質(zhì)事故保護(hù)或同步事故保護(hù)動作而卸料，以達(dá)到保護(hù)主機(jī)的目的。此類情形在級聯(lián)運(yùn)行實(shí)踐中曾經(jīng)出現(xiàn)過若干次。后續(xù)處理措施與4.7相同。

（6）損機(jī)時產(chǎn)生漏點(diǎn)，隔膜閥關(guān)閉后通道不嚴(yán)密，導(dǎo)致空氣進(jìn)入級聯(lián)，也會引起4.6之情形。隨著主機(jī)運(yùn)行時間的延長，隔膜閥關(guān)閉后通道不嚴(yán)密的情形逐漸增多，為此專門設(shè)計制作了料管夾具，主機(jī)損機(jī)后與隔膜閥夾具一并及時安裝，實(shí)踐證明非常有效。

5 級聯(lián)中輕雜質(zhì)的傳遞規(guī)律及最終歸宿

（1）從級聯(lián)某一位置開始，經(jīng)過所在層架精料端機(jī)組，所在層架的中間精料流，下一層架供料點(diǎn)機(jī)組，下一層架精料端機(jī)組，下一層架中間精料流，最終向級聯(lián)最精料端機(jī)組傳遞，通過最終精料流進(jìn)入供取料廠房產(chǎn)品容器。級聯(lián)中實(shí)際輕雜質(zhì)含量升高時通過調(diào)度盤輕雜質(zhì)含量分析儀報警可清晰觀察到輕雜質(zhì)的傳遞路徑，通常也作為是否是真實(shí)的輕雜質(zhì)含量升高的最直觀的判斷依據(jù)。

（2）精料凈化時氟化氫及其它可凝物收存在氟化鈉吸附裝置及一、二級制冷柜，空氣及其它不凝物經(jīng)過真空泵、局排、酸霧凈化塔排出。

6 輕雜質(zhì)檢測及事故保護(hù)機(jī)理

（1）檢測儀表：供料流、中間精料流、最終精料流安裝的絕對輕雜質(zhì)含量分析儀、機(jī)組中安裝的相對輕雜質(zhì)含量分析儀分別顯示所檢測系統(tǒng)的輕雜質(zhì)含量。

（2）輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器的事故保護(hù)機(jī)理：級聯(lián)輕雜質(zhì)與工作介質(zhì)導(dǎo)熱性能（系數(shù)）不同，當(dāng)系統(tǒng)中輕雜質(zhì)含量升高時，輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器電橋中熱敏電阻阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致電橋不平衡而產(chǎn)生電橋電流的變化，通過電阻轉(zhuǎn)化為電壓量；當(dāng)輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器輸出值（電壓量）達(dá)到保護(hù)限值的情況下，將會動作關(guān)閉對應(yīng)料流或?qū)?yīng)機(jī)組區(qū)段。區(qū)段輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器動作的情況下將卸料，保證主機(jī)安全。

（3）及時處理輕雜質(zhì)含量分析儀的顯示異常問題；對輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器定期進(jìn)行事故保護(hù)功能檢查驗(yàn)證，確保報警信號及事故保護(hù)動作正常。

7 運(yùn)行人員處理應(yīng)對

（1）輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器動作導(dǎo)致所在料流或機(jī)組關(guān)閉，根據(jù)相關(guān)參數(shù)變化判斷是否為誤動作，如為誤動作則依據(jù)規(guī)程重新打開關(guān)閉的料流或機(jī)組。

（2）如判斷料流或機(jī)組為真實(shí)有漏，則根據(jù)《運(yùn)行設(shè)備的真空找漏規(guī)程》查找出有漏的工藝管段或設(shè)備，與系統(tǒng)隔離后根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整工藝工況，保證產(chǎn)品豐度合格；故障消除后重新接入系統(tǒng)并恢復(fù)原運(yùn)行工況。

（3）如機(jī)組中的區(qū)段有漏，則區(qū)段關(guān)閉卸料后連續(xù)抽空情況下，主機(jī)頻率仍然下降，可按停機(jī)程序?qū)ζ渫C(jī)，找漏消漏后按啟動及升周程序恢復(fù)主機(jī)運(yùn)行，達(dá)額定轉(zhuǎn)速后分臺階充料至計算工況。在此期間根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整工藝工況，保證產(chǎn)品豐度合格。

8 結(jié)語

保證級聯(lián)輕雜質(zhì)含量合格，要做到以下幾點(diǎn)：

（1）首先需要保證主輔工藝設(shè)備的制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量；安裝后的真空工作同等重要，通過找漏消漏及真空測量工作對系統(tǒng)真空度嚴(yán)格把關(guān)。

（2）其次嚴(yán)格執(zhí)行主機(jī)啟動各項工序，隨時處理出現(xiàn)的真空問題，并在運(yùn)行中控制好廠房溫度及濕度，嚴(yán)格限制級聯(lián)運(yùn)行中的腐蝕損耗量。

（3）工藝設(shè)備檢修質(zhì)量保證，檢修后設(shè)備重新投入系統(tǒng)前各工序的嚴(yán)格執(zhí)行。

（4）供料系統(tǒng)真空度保持合格，供料凈化質(zhì)量保證合格。

（5）保證好輕雜質(zhì)含量顯示儀表及輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器的正常工作。

（6）密切關(guān)注每天的空氣漏量，異常升高時分析判斷原因，制定措施找漏消漏，消漏后根據(jù)日空氣漏量的變化進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證。

（7）提高運(yùn)行人員運(yùn)行維護(hù)水平以及異常處理能力，當(dāng)級聯(lián)輕雜質(zhì)含量異常升高的情況下，首先必須保證好主機(jī)安全，在此前提下，兼顧級聯(lián)效率及級聯(lián)利用率。