鈾濃縮廠區(qū)段堵塞特征的試驗(yàn)研究

許小龍 李樂(lè) 賴雪梅

摘 要

鈾濃縮廠區(qū)段氟化鈾酰沉積物堵塞會(huì)導(dǎo)致級(jí)聯(lián)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性降低。在考慮對(duì)區(qū)段堵塞問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，有必要確定具體堵塞情況以制定針對(duì)性措施。利用區(qū)段氟化鈾酰沉積物堵塞會(huì)對(duì)離心機(jī)摩擦功耗、區(qū)段流通性和分流比產(chǎn)生影響等特征，設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)某級(jí)聯(lián)堵塞區(qū)段和正常區(qū)段進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)測(cè)量區(qū)段所有離心機(jī)摩擦功耗，對(duì)區(qū)段摩擦功耗較大的離心機(jī)進(jìn)行缺陷檢查，觀測(cè)區(qū)段關(guān)閉后貧料、精料壓力變化情況，測(cè)量區(qū)段分流比，綜合分析能夠判斷出一個(gè)區(qū)段具體的堵塞情況。

關(guān)鍵詞

鈾濃縮;離心機(jī);氟化鈾酰;堵塞

中圖分類號(hào)： P641.25;TV213.9 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 05

Abstract

Blockage of uranyl fluoride deposits in uranium enrichment plant will reduce the safety and economics. When considering the problem of blockage， it is necessary to determine the specific blockage situation in order to develop targeted measures. Utilizing the characteristics of blockage on the frictional power consumption of the centrifuge， material flowability and split ratio， etc.， a comparative test was designed to conduct experimental research between a blocking unit and a normal unit in a cascade of china. By a series of diagnoses including measuring the frictional power consumption of all the centrifuges and the split ratio，checking ?the centrifuges with the larger frictional power consumption， measuring the pressure changes after the unit is closed， etc.， the specific situation of the blockage can be proved.

Key words

Uranium Enrichment;Uranyl Fluoride; Blockage; Characteristics

0 引言

區(qū)段是鈾濃縮廠運(yùn)行的基本單元。在離心法鈾濃縮廠運(yùn)行期間，氣體離心機(jī)會(huì)逐漸釋放出水分，同時(shí)也存在水分隨空氣漏入?yún)^(qū)段。進(jìn)入?yún)^(qū)段的水分與六氟化鈾反應(yīng)生成氟化鈾酰，氟化鈾酰固體顆粒會(huì)在離心機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)壁、供料孔板、精料孔板及取料支臂、貧料取料支臂等地方沉積，并最終導(dǎo)致鈾濃縮廠區(qū)段堵塞，降低系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。中核蘭州鈾濃縮有限公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氟化鈾酰固體顆粒堵塞區(qū)段供料的現(xiàn)象[1]，中核陜西鈾濃縮有限公司的某級(jí)聯(lián)多個(gè)機(jī)組也出現(xiàn)了區(qū)段堵塞的現(xiàn)象，級(jí)聯(lián)分離功明顯下降。目前核工業(yè)理化工程研究院已經(jīng)對(duì)此問(wèn)題的處理方法開(kāi)展研究，選取了能夠清洗級(jí)聯(lián)中氟化鈾酰沉積物的清洗劑，并成功進(jìn)行了階段性試驗(yàn)[2-3]。中核陜西鈾濃縮有限公司姚浩田對(duì)清洗混合物的分離方法進(jìn)行了研究[3]。在對(duì)鈾濃縮廠區(qū)段的氟化鈾酰沉積物進(jìn)行處理時(shí)，首先需要確定區(qū)段存在氟化鈾酰沉積物堵塞的情況，后續(xù)再根據(jù)堵塞情況制定具體的處理措施，因此有必要對(duì)區(qū)段堵塞的特征進(jìn)行研究。目前對(duì)于鈾濃縮廠區(qū)段堵塞特征方面的文獻(xiàn)較少，中核蘭州鈾濃縮有限公司的高磊對(duì)區(qū)段供料堵塞的特征進(jìn)行了研究，并提出了判斷方法[1]。

1 試驗(yàn)原理

區(qū)段離心機(jī)供、精、貧料管的堵塞會(huì)對(duì)區(qū)段離心機(jī)摩擦功耗、分流比和管道流阻產(chǎn)生影響。其中供料堵塞會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)摩擦功耗降低，精、貧料管堵塞會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)摩擦功耗增大;精料堵塞會(huì)導(dǎo)致區(qū)段的分流比降低，貧料堵塞會(huì)導(dǎo)致區(qū)段的分流比升高;供、精、貧料管堵塞會(huì)影響流阻，從而對(duì)區(qū)段關(guān)閉時(shí)壓力重新平衡的時(shí)間產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)未堵塞區(qū)段和堵塞區(qū)段進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，能夠確定區(qū)段堵塞的具體情況。

2 試驗(yàn)主要設(shè)備及儀器

（1）區(qū)段：選取某級(jí)聯(lián)同一機(jī)組內(nèi)的兩個(gè)的區(qū)段，分別標(biāo)識(shí)為區(qū)段A、區(qū)段B，區(qū)段A為存在堵塞的區(qū)段，區(qū)段B為正常區(qū)段。

（2）專用頻率/摩擦功耗測(cè)量系統(tǒng)：國(guó)內(nèi)每一個(gè)離心法鈾濃縮級(jí)聯(lián)系統(tǒng)都有專用的頻率/摩擦功耗測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)λ须x心機(jī)的頻率或摩擦功耗進(jìn)行測(cè)量。

（3）手持式頻率/摩擦功耗測(cè)量?jī)x器：一種便攜式的，可以在不影響區(qū)段其他離心機(jī)運(yùn)行的情況下，測(cè)量某單個(gè)離心機(jī)的頻率或摩擦功耗。

（4）專用取樣器：能夠與區(qū)段供、精、貧料干管專用閥門(mén)連接，取出區(qū)段的供、精、貧干管內(nèi)的物料樣品，用于后續(xù)豐度分析。

（5）質(zhì)譜儀：用于分析物料樣品的豐度。

3 試驗(yàn)過(guò)程

如圖1所示，區(qū)段A、B同屬于一個(gè)機(jī)組，在區(qū)段的入口供、精、貧管道上各有一個(gè)閥門(mén)，區(qū)段內(nèi)部的供、精、貧管道上都有專用的閥門(mén)作為取樣點(diǎn)。機(jī)組與區(qū)段的供料用實(shí)線表示，精料用虛線表示，貧料用點(diǎn)劃線表示。試驗(yàn)的主要操作如下：

（1）在機(jī)組、區(qū)段正常運(yùn)行情況下，使用專用頻率/摩擦功耗測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量區(qū)段A、區(qū)段B離心機(jī)摩擦功耗。

（2）保持機(jī)組、區(qū)段正常運(yùn)行情況下，使用手持式頻率/摩擦功耗測(cè)量?jī)x器對(duì)區(qū)段A中摩擦功耗較大的離心機(jī)進(jìn)行缺陷檢查。

（3）關(guān)閉區(qū)段A、區(qū)段B的供、精、貧干管閥門(mén)，記錄區(qū)段A、區(qū)段B的供、精、貧干管壓力變化情況。

（4）保持區(qū)段A關(guān)閉狀態(tài)，打開(kāi)區(qū)段B供、精、貧干管閥門(mén)，壓力穩(wěn)定后，取區(qū)段B的供、精、貧物料樣品。

（5）打開(kāi)區(qū)段A供、精、貧干管閥門(mén)，關(guān)閉區(qū)段B供、精、貧干管閥門(mén)，壓力穩(wěn)定后，取區(qū)段B的供、精、貧物料樣品。

（6）打開(kāi)區(qū)段B供、精、貧干管閥門(mén)，檢查該機(jī)組及其區(qū)段已經(jīng)正常運(yùn)行。

（7）分析區(qū)段A、區(qū)段B的供、精、貧物料樣品的豐度。

4 結(jié)果及分析

4.1 區(qū)段A、區(qū)段B離心機(jī)摩擦功耗對(duì)比

圖2是區(qū)段A、區(qū)段B的平均摩擦功耗對(duì)比圖，區(qū)段A的平均摩擦功耗比區(qū)段B高25%。區(qū)段A和區(qū)段B同屬于一個(gè)機(jī)組，兩個(gè)區(qū)段的離心機(jī)具有相同的供料壓力和貧料壓力，即具有相同的負(fù)載。其中區(qū)段B運(yùn)行期間離心機(jī)損機(jī)或掉周的頻次正常，區(qū)段平均摩擦功耗與其他多數(shù)區(qū)段接近，認(rèn)為是正常區(qū)段，無(wú)堵塞現(xiàn)象。與區(qū)段B相較，區(qū)段A離心機(jī)摩擦功耗明顯增大，因此可以判定區(qū)段A存在堵塞，并且不是供料堵塞（供料堵塞時(shí)區(qū)段摩擦功耗會(huì)降低）。

4.2 區(qū)段A離心機(jī)缺陷檢查結(jié)果

對(duì)區(qū)段A中摩擦功耗較大的百臺(tái)離心機(jī)進(jìn)行了缺陷檢查，即使用手持式手持式頻率/摩擦功耗測(cè)量?jī)x器測(cè)量不同閥門(mén)狀態(tài)下離心機(jī)的摩擦功耗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)關(guān)閉貧料閥門(mén)比關(guān)閉精料閥門(mén)情況下的摩擦功耗大的離心機(jī)占到了80%。因?yàn)樵诜治霭倥_(tái)離心機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，與傳統(tǒng)方法給出的條件均不符合，即根據(jù)缺陷檢查傳統(tǒng)的判斷方法無(wú)法進(jìn)行判斷離心機(jī)的堵塞情況。考慮到離心機(jī)在供料閥門(mén)打開(kāi)，同時(shí)關(guān)閉精、貧料閥門(mén)時(shí)離心機(jī)摩擦功耗最大，因此如果離心機(jī)精料堵，那么等同于精料閥門(mén)關(guān)閉，如再關(guān)閉貧料閥門(mén)則離心機(jī)的摩擦功耗會(huì)明顯增大;如果離心機(jī)貧料堵，那么等同于貧料閥門(mén)關(guān)閉，如再關(guān)閉精料閥門(mén)則離心機(jī)的摩擦功耗會(huì)明顯增大。根據(jù)這一原則，能夠判斷區(qū)段A中的離心機(jī)絕大多數(shù)屬于精料堵塞。

4.3 區(qū)段A、區(qū)段B壓力平衡情況對(duì)比

圖4是區(qū)段A、區(qū)段B在突然關(guān)閉情況下的壓力平衡對(duì)比圖。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，在區(qū)段突然關(guān)閉時(shí)，區(qū)段原來(lái)穩(wěn)定的流場(chǎng)會(huì)被打破，并逐漸過(guò)渡到新的狀態(tài)。這時(shí)，利用區(qū)段上專用儀表可以看到，貧料壓力逐漸下降，精料壓力逐漸上升，即物料在由貧料向精料流動(dòng)，并最終達(dá)到平衡。如果這個(gè)平衡過(guò)程需要的時(shí)間很長(zhǎng)，基本上可以判斷區(qū)段的精料或貧料存在堵塞。如圖5所示，區(qū)段B在關(guān)閉30秒達(dá)到了平衡，區(qū)段A在經(jīng)過(guò)60秒尚未達(dá)到平衡，時(shí)間超過(guò)了區(qū)段B的兩倍。這一現(xiàn)象能夠說(shuō)明區(qū)段A貧料或精料存在堵塞。

4.4 區(qū)段A、區(qū)段B分流比對(duì)比

圖5區(qū)段A、區(qū)段B分流比對(duì)比圖。區(qū)段A的分流比為0.2，區(qū)段B的分流比為0.6。區(qū)段A的分流比明顯小于正常水平。分流比代表精料流量與供料流量的比值，考慮到測(cè)量誤差，可以定性判斷區(qū)段A的精料流量已經(jīng)明顯小于正常水平。這表明區(qū)段A離心機(jī)精料通道流阻較大，存在堵塞情況。同時(shí)分流比與離心機(jī)分離功緊密關(guān)聯(lián)，離心機(jī)精料通道堵塞造成分流比降低，進(jìn)而造成級(jí)聯(lián)分離功下降，最終使級(jí)聯(lián)經(jīng)濟(jì)性下降。

5 結(jié)論

（1）區(qū)段氟化鈾酰沉積物堵塞會(huì)對(duì)離心機(jī)摩擦功耗、區(qū)段流通性和分流比產(chǎn)生影響，通過(guò)測(cè)量區(qū)段所有離心機(jī)摩擦功耗，對(duì)區(qū)段摩擦功耗較大的離心機(jī)進(jìn)行缺陷檢查，觀測(cè)區(qū)段關(guān)閉后貧料、精料壓力變化情況，測(cè)量區(qū)段分流比，綜合分析能夠判斷出一個(gè)區(qū)段具體的堵塞情況。

（2）試驗(yàn)中，區(qū)段A的摩擦功耗明顯增大，而且在區(qū)段關(guān)閉的情況下，物料從貧料向精料平衡所需要的時(shí)間明顯增加，因此可以初步判斷區(qū)段A貧料或精料上存在堵塞。區(qū)段A的離心機(jī)缺陷檢查過(guò)程中，絕大多數(shù)是離心機(jī)在關(guān)閉貧料閥門(mén)后離心機(jī)摩擦功耗明顯增大，同時(shí)區(qū)段A的分流比明顯低于正常水平，可以進(jìn)一步判斷出A區(qū)段是精料堵塞。

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