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)結構中不可分割的部分，對級聯(lián)而言，串級間管道分供料、精料與貧料三種，當串級間管道有空氣進入時，勢必會對級聯(lián)產(chǎn)生影響。輕雜質是影響級聯(lián)安全穩(wěn)定運行的重要因素之一，其主要來源于供料、水蒸氣與物料的反應、空氣。當串級間管道系統(tǒng)中有漏點時，空氣進入管道后，由于空氣中含有水，不僅會與UF反應產(chǎn)生氟化氫等輕雜質，還會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)，其在運行過程中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品豐度波動突然變大，對產(chǎn)品質量控制產(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，對其進行截斷并處理。

1 空氣漏量計算

為了得到兩處漏點一天的空氣漏量，需要對兩處漏點空氣漏率進行計算。本文中，主要用截斷管道處壓力與理想狀態(tài)氣體方程進行計算。實際操作中，為保證級聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，不允許漏點處壓強大于3mmHg（1mmHg=133Pa），當截斷管道處壓強大于3 mmHg就需要對其抽空，兩處漏點24h內的壓強變化見表1。

表1 兩處漏點的壓力變化表

為了更直觀的觀察漏點1與漏點2兩處漏點的壓強變化趨勢，將漏點壓強數(shù)據(jù)轉換成折線圖。從圖2-1中，可以看出漏點1處壓強上升還是比較快的，漏點2處壓強上升趨勢較為緩慢。為了計算24小時內漏點區(qū)的總壓強，設空氣壓強P與時間χ的變化函數(shù)為:

圖2 漏點1與漏點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量m與壓強P的關系:

漏點截斷區(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為時間，M為空氣相對分子質量，V是管道體積，R是常數(shù)（8.314），T為開爾文溫度，在正常運行時管道中默認是沒有空氣的，所以b為0。

除去漏點的抽空時間，漏點1在觀測時間內有3個斜率，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，設漏點1處的壓強為P，P隨時間的變化函數(shù)為:

設漏點2處壓強為P，經(jīng)計算，P隨時間的變化函數(shù)為:

根據(jù)漏點1與漏點2處截斷管道長度L、管道半徑r，計算出P為15mmHg，P為1.5mmHg。將其代入（3）中得到漏點1與漏點2在24小時總的空氣漏量分別為m=0.85g，m=0.085g，兩漏點總的空氣漏量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，以工況豐度為參考值，在消漏前后，隨機選取其中連續(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會使產(chǎn)品豐度高于工況值。消漏后的極差為0.023，波動區(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)品實際豐度與工況豐度的絕對誤差與時間的變化做成點線圖（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)計結果，消漏前絕對誤差的絕對值的算術平均值為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，當空氣進入管線后，就會立即發(fā)生反應，主要產(chǎn)物是氟化鈾酰和氟化氫，如下面化學反應式：

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小時的空氣漏量可得每天因為空氣中的水而產(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，管線中因為進入空氣而生成的UOF，可能會隨供料進入供料點機組主機。經(jīng)過計算，雖然每天因為空氣中的水產(chǎn)生的氟化鈾酰量很少，但是如果漏點不消除，日積月累也會沉積在料管內壁使料管堵塞或在轉子內壁不均勻沉積，對主機性能造成影響。當沉積物在主機轉子內部不均勻沉積時，會造成主機損壞。供料管堵塞時，會使主機不做功。精料管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時，其精料流量減小，分離性能下降。如果一臺主機的精料料管完全堵死，則該主機從供料管進入的物料全部通過貧料管流出，因此不僅完全不做功，還相當于增加了一個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進入層架精料流供料點機組，對機組產(chǎn)生影響，同時輕雜質向層架端部富集，導致精料端部機組摩擦功逐步上漲，威脅主機安全運行。

3 結語

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