淺談級(jí)聯(lián)輕雜質(zhì)的相關(guān)問題

王攀林

中核陜西鈾濃縮有限公司 陜西漢中 723312

級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中的輕雜質(zhì)與級(jí)聯(lián)運(yùn)行是相伴相生的，只要有級(jí)聯(lián)運(yùn)行，必然就有輕雜質(zhì)的存在。控制好級(jí)聯(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(dòng)升周、運(yùn)行維護(hù)以及供料凈化、設(shè)備檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)中嚴(yán)格把關(guān)。同時(shí)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(cè)器和級(jí)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(shí)預(yù)警，及時(shí)截?cái)啵皶r(shí)卸料，保證級(jí)聯(lián)主機(jī)安全。應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)及功能檢查，保證報(bào)警信號(hào)及事故保護(hù)動(dòng)作的正確完好。

1 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中輕雜質(zhì)的概念

級(jí)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(jí)聯(lián)輕雜質(zhì)的來源

（1）級(jí)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(jí)聯(lián)；供料容器各階段凈化時(shí)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(shí)夾帶進(jìn)入級(jí)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(jí)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(jí)聯(lián)輕雜質(zhì)的主要成分之一，此項(xiàng)應(yīng)該是級(jí)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(shí)所用的氮?dú)饣蚩諝膺M(jìn)入級(jí)聯(lián)工藝系統(tǒng)；供料系統(tǒng)及級(jí)聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備檢修后再次投運(yùn)時(shí)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(shí)產(chǎn)生并釋放出的金屬輕雜質(zhì)在級(jí)聯(lián)中傳遞。

（6）主機(jī)損機(jī)時(shí)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(jí)聯(lián)。

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

3 級(jí)聯(lián)輕雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品豐度、主機(jī)運(yùn)行以及級(jí)聯(lián)效率的影響

（1）因級(jí)聯(lián)輕雜質(zhì)隨精料一起往最終精料流富集，級(jí)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(jí)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(jí)聯(lián)分離效率下降。

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

4 級(jí)聯(lián)輕雜質(zhì)的控制措施

4.1 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)真空度控制

因級(jí)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?cái)嘟M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(cè)量工作使級(jí)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(duì)供料系統(tǒng)的真空度檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)真空問題并組織人員及時(shí)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(shí)，及時(shí)將有漏部分與運(yùn)行系統(tǒng)隔離并及時(shí)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(jí)備用容器定時(shí)凈化措施，保證供入級(jí)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(duì)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(jí)聯(lián)的輕雜質(zhì)（主要為HF）與供料量的關(guān)系：這個(gè)關(guān)系的推導(dǎo)與建立將為級(jí)聯(lián)中區(qū)段供料輕雜質(zhì)含量升高時(shí)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(jì)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(jí)聯(lián)的區(qū)段供料中輕雜質(zhì)含量超標(biāo)時(shí)，就要按比例降低供料流量，理論依據(jù)就在于此。

4.3 級(jí)聯(lián)日空氣漏量的計(jì)算及日空氣漏量對(duì)于級(jí)聯(lián)真空度的意義

收取級(jí)聯(lián)精料的容器定期凈化時(shí)，物料經(jīng)過精料凈化系統(tǒng)的一、二級(jí)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(jì)算得出每次凈化時(shí)的空氣漏量 。

每次凈化時(shí)計(jì)算出的空氣漏量：

將一天中每次凈化時(shí)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(jí)聯(lián)系統(tǒng)沒有破空等可能引起空氣漏量變化的操作時(shí)，級(jí)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(shí)，排除各種原因?qū)е碌挠?jì)算錯(cuò)誤，可以肯定級(jí)聯(lián)供料系統(tǒng)或級(jí)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(jí)聯(lián)供料系統(tǒng)及級(jí)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(jí)聯(lián)運(yùn)行中每天必須關(guān)注的重要參數(shù)。控制好這個(gè)參數(shù)，級(jí)聯(lián)的供料系統(tǒng)及級(jí)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(jí)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(duì)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?cái)嚅y門通道密封性判斷合格；分臺(tái)階破空，每臺(tái)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?huì)滲漏到運(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(jí)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)作而卸料，以達(dá)到保護(hù)主機(jī)的目的。此類情形在級(jí)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(shí)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(jí)聯(lián)，也會(huì)引起4.6之情形。隨著主機(jī)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，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(jì)制作了料管夾具，主機(jī)損機(jī)后與隔膜閥夾具一并及時(shí)安裝，實(shí)踐證明非常有效。

5 級(jí)聯(lián)中輕雜質(zhì)的傳遞規(guī)律及最終歸宿

（1）從級(jí)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(jí)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(jí)聯(lián)中實(shí)際輕雜質(zhì)含量升高時(shí)通過調(diào)度盤輕雜質(zhì)含量分析儀報(bào)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(shí)氟化氫及其它可凝物收存在氟化鈉吸附裝置及一、二級(jí)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(cè)及事故保護(hù)機(jī)理

（1）檢測(cè)儀表：供料流、中間精料流、最終精料流安裝的絕對(duì)輕雜質(zhì)含量分析儀、機(jī)組中安裝的相對(duì)輕雜質(zhì)含量分析儀分別顯示所檢測(cè)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(jí)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(shí)，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(huì)動(dòng)作關(guān)閉對(duì)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(dòng)作的情況下將卸料，保證主機(jī)安全。

（3）及時(shí)處理輕雜質(zhì)含量分析儀的顯示異常問題；對(duì)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(bào)警信號(hào)及事故保護(hù)動(dòng)作正常。

7 運(yùn)行人員處理應(yīng)對(duì)

（1）輕雜質(zhì)事故保護(hù)傳感器動(dòng)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(dòng)作，如為誤動(dòng)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(shí)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(dòng)及升周程序恢復(fù)主機(jī)運(yùn)行，達(dá)額定轉(zhuǎn)速后分臺(tái)階充料至計(jì)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(jí)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(cè)量工作對(duì)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(dòng)各項(xiàng)工序，隨時(shí)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(jí)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(shí)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(jí)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(jí)聯(lián)效率及級(jí)聯(lián)利用率。