氣化水解系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)

王振宏，鄭亞娟（中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司 核工程研究設(shè)計(jì)所，河南鄭州 450000）

氣化水解系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)

王振宏，鄭亞娟
（中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司 核工程研究設(shè)計(jì)所，河南鄭州 450000）

氣化水解工藝在燃料元件制造過程中占有重要地位。通過改進(jìn)氣化密封箱室、增加事故排風(fēng)、增設(shè)氣液分離器和尾氣洗滌液循環(huán)利用的工藝設(shè)計(jì)，為確保氣化水解系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，減少廢水產(chǎn)量進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。該優(yōu)化方案可供同類水法轉(zhuǎn)化工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)參考。

燃料元件；氣化水解；六氟化鈾

在燃料元件制造過程中，UF6轉(zhuǎn)化為UO2或U3O8時(shí)一般有水法和干法兩種轉(zhuǎn)化工藝。其中水法工藝一般要經(jīng)過氣化水解、沉淀過濾和干燥煅燒等3個(gè)主要工序來實(shí)現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)化。目前國(guó)內(nèi)已有的燃料元件生產(chǎn)線水法工藝過程基本上都是將來料UF6在氣化罐內(nèi)進(jìn)行加熱氣化，通過密閉管道引入水解柱進(jìn)行循環(huán)水解，產(chǎn)生的工藝尾氣則采用水噴射機(jī)組負(fù)壓洗滌后送排風(fēng)系統(tǒng)處理，尾氣洗滌廢液轉(zhuǎn)送廢水處理工序進(jìn)行回收處理。結(jié)合以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)出現(xiàn)UF6容器、管道或氣化罐泄漏，水解液進(jìn)入尾氣系統(tǒng)以及尾氣洗滌液較多等問題。本文針對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，在確保氣化水解系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的同時(shí)，減少了廢水的產(chǎn)生量。

1 氣化系統(tǒng)泄漏改進(jìn)

對(duì)于不同豐度的UF6，根據(jù)其盛裝容器的不同所在的氣化裝置也不一樣，但原理都大同小異，即采用氣體加熱方式對(duì)容器內(nèi)部的UF6固體進(jìn)行升溫加熱，使其達(dá)到氣體狀態(tài)以便進(jìn)行下一步的水解。本次針對(duì)1L容器的氣化進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

傳統(tǒng)的氣化方式一般是將1L容器放置在氣化罐內(nèi)進(jìn)行氣化，氣化罐整體封裝在通風(fēng)柜內(nèi)，本次設(shè)計(jì)改進(jìn)后，將1L容器直接放置在氣化密封箱室內(nèi)，箱室內(nèi)部設(shè)置加熱爐體，并直接采用電阻絲加熱,不再采用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的氣體間接加熱方式。密封箱室按照二級(jí)密封進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且設(shè)置了一定次數(shù)的通風(fēng)換氣，這樣設(shè)計(jì)可以保證UF6容器和主要管道零部件在發(fā)生泄漏時(shí)也不會(huì)擴(kuò)散到操作大廳。

如果發(fā)生UF6泄漏事故時(shí)，設(shè)置的HF探頭會(huì)自動(dòng)報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)的事故程序進(jìn)行處理。以往的設(shè)計(jì)或者將整個(gè)氣化大廳作為泄漏區(qū)進(jìn)行事故排風(fēng)處理，或者將事故排風(fēng)直接送往通風(fēng)專業(yè)進(jìn)行淋洗。這樣設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要問題：一是事故通風(fēng)考慮的泄漏面積過大，造成需要處理的通風(fēng)量太大，相應(yīng)的淋洗裝置和廢液量也較大；另一方面是將事故排風(fēng)送入非幾何安全的凈化塔內(nèi)，有可能會(huì)出現(xiàn)事故排風(fēng)淋洗液濃度超標(biāo)出現(xiàn)臨界事故。

在本工藝優(yōu)化改進(jìn)中，將事故排風(fēng)的范圍縮小為氣化密封箱室內(nèi)部，一旦箱室內(nèi)部的HF探頭監(jiān)測(cè)到UF6氣體泄漏，則關(guān)閉箱室正常送排風(fēng)，改為只采用工藝專業(yè)設(shè)置的事故排風(fēng)進(jìn)行泄漏處理；事故排風(fēng)的淋洗裝置采用的是幾何尺寸安全的淋洗塔，可以確保即使高豐度的UF6在內(nèi)部水解后也能保證臨界安全。

2 水解液進(jìn)入尾氣系統(tǒng)改進(jìn)

UF6氣體在從水解柱中部進(jìn)入后，與水解柱內(nèi)不斷循環(huán)的液體進(jìn)行水解反應(yīng)，生產(chǎn)氟化鈾酰，反應(yīng)方程式如下：

所以為保證進(jìn)入水解的UF6氣體能夠完全水解，而不是進(jìn)入尾氣系統(tǒng)，就必須在水解柱內(nèi)不斷的對(duì)水解液進(jìn)行循環(huán)，并在水解柱上面進(jìn)行填料，以保證氣體與液體能夠充分接觸，保證水解反應(yīng)充分。為發(fā)揮這一功能，需要在水解柱旁邊設(shè)置氟塑料磁力泵，將水解柱底部的水解液不斷送入水解柱頂部，經(jīng)填料段自然流下，與向上的熱的UF6氣體不斷接觸進(jìn)行水解反應(yīng)。在這一過程中，可能會(huì)出現(xiàn)的問題是泵送入的水解液量過大，經(jīng)填料落下的液體的自流速度較慢，從而造成了水解柱頂部的液體累積，致使液體進(jìn)入了尾氣處理系統(tǒng)，造成了放射性的生產(chǎn)事故。

在本工藝優(yōu)化改造中，通過在水解柱頂部尾氣出口與尾氣系統(tǒng)之間增設(shè)氣液分離器，氣液分離器的底部液體儲(chǔ)存量可以確保整個(gè)水解柱內(nèi)的水解液全部?jī)?chǔ)存而不會(huì)被吸入到尾氣系統(tǒng)，一旦氣液分離器中存有液體后可以自流回水解柱內(nèi)，從而保證了高濃度的水解液不會(huì)進(jìn)入尾氣系統(tǒng)造成生產(chǎn)事故和臨界事故。

3 尾氣吸收液循環(huán)利用改進(jìn)

水解過程中，為了保證氣化后的UF6氣體持續(xù)進(jìn)入水解柱內(nèi)進(jìn)行水解，需要確保水解柱內(nèi)部為微負(fù)壓狀態(tài)，該負(fù)壓狀態(tài)一般由末端的水噴射機(jī)組來提供。進(jìn)入水噴射機(jī)組內(nèi)的尾氣中含有鈾氣溶膠和夾帶物，需要用吸收液洗滌吸收后再送入排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行處理，相應(yīng)產(chǎn)生的洗滌液也需要送入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行廢液回收。

在本工藝優(yōu)化改進(jìn)中，通過洗滌液鈾濃度控制分析，定期將水噴射機(jī)組產(chǎn)生的吸收液送入水解系統(tǒng)的去離子水高位槽內(nèi)，用尾氣洗滌吸收液代替去離子水制備水解液。相對(duì)于原有的洗滌液送廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行回收工藝來說，大大的減少了氣化水解系統(tǒng)的廢液產(chǎn)生量，而且對(duì)原有的水解系統(tǒng)工藝還不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)論

通過將1L容器放置在氣化密封箱室內(nèi)進(jìn)行加熱，避免了氣化裝置和管道連接件泄漏后對(duì)廠房產(chǎn)生放射性污染；通過設(shè)置幾何安全凈化塔，可以確保氣化裝置在發(fā)生泄漏后可以安全及時(shí)的進(jìn)行處理；在水解柱與尾氣系統(tǒng)間增設(shè)氣液分離器，確保水解液不會(huì)進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)；將尾氣洗滌液定期送入高位槽用于水解液配制，減少了放射性廢液的產(chǎn)生量。

[1] 美國(guó)能源部橡樹嶺工廠編，六氟化鈾實(shí)用操作手冊(cè)[M].北京：原子能出版社，1995.

[2] 鄭亞娟.六氟化鈾氣化水解系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)建議[C]//中國(guó)核學(xué)會(huì)核化工分會(huì)成立三十周年慶祝大會(huì)暨全國(guó)核化工學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集.2010.

[3] 周濟(jì)人.國(guó)外六氟化鈾泄漏事故調(diào)研分析[J].輻射防護(hù)通訊，1992.

Process Design Improvement of Gasification Hydrolysis System

Wang Zhen-hong，Zheng Ya-juan

The gasification and hydrolysis process plays an important role in the manufacturing of fuel elements.In this paper，by improving the gasification sealed chamber，increasing the accident exhaust，adding gas-liquid separator and tail gas washing liquid recycling process design，Stable and reliable operation of the system，reducing waste water production was designed to optimize.The optimization scheme can be used for reference design of similar water conversion process.

fuel element；gasification hydrolysis；uranium hexafluoride

TL352

A

1003-6490（2016）12-0077-01

2016-11-15

王振宏（1985—），男，河南林州人，工程師，主要從事核工程工藝設(shè)計(jì)工作。