级联粉末过滤装置运行情况分析

王鹏　耿境　张宏

摘 要

粉末沉积是目前导致离心级联分离功率下降的主要原因，经检测分析，粉末的主要成分为氟化铀酰，是六氟化铀与级联内其他物质反应的产物。为减少级联内的粉尘沉积量，设计了一套适用于离心级联的过滤装置并安装于相应工艺节点，持续监测并记录相关参数变化情况，过滤装置运行一段时间后，拆下过滤装置并对滤芯检查并称重。文章根据过滤装置的运行参数及粉末收集量估算级联不同工艺节点的粉末含量水平，并对过滤装置的过滤效果进行了评估，并给出了缓解离心级联分离功率下降的方法。

关键词

过滤装置;离心级联;粉末;沉积

中图分类号： TH137                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.030

0 概述

UF6是铀化合物中唯一能在离心机工作温度和压力下稳定存在的气态化合物，且氟元素没有天然同位素，因此被用作离心工厂的供料。但其化学性质活泼，极易与级联中微量的水发生反应，生成的UO2F2为淡黄色晶体，会沉积于离心机、阀门、补压机及压力调节装置中。目前，国内离心级联中均发现了淡黄色的粉末。

UO2F2的沉积会导致离心机分流比的改变，偏离设定工况产生混合损失，最终致使级联分离能力降低。这在运行时间较长的级联中尤为明显，以国内某级联为例，因粉末沉积导致了分离能力的下降，严重影响级联的经济性。粉末的沉积还会导致各离心机负载分配不均衡，部分离心机可能会超载，影响其运行效率，并且粉末沉积产生的不平衡差也会带来一定的核临界风险。

因此，考虑用过滤或惯性的方法对产生的粉尘及时从系统中清除，以保证级联的安全稳定经济运行，本文主要针对过滤方法进行论述。

1 过滤装置应用概述

烧结金属滤芯具有强度高、耐腐蚀的特性，可以应用于UF6环境，故选取烧结金属滤芯作为过滤装置滤芯，其为下端封闭的烛状中空体（如图1所示），通过多孔板与压板垂直悬吊于过滤装置内部，将过滤装置分隔为两部分，工作介质流经过滤装置時因拦截、碰撞、捕集、吸附等效应将粉尘分离出来，如图2所示。

过滤装置的滤芯会对通过的气流产生压降，为保证级联压力工况，需对过滤装置相关参数进行计算，过滤装置的压降为：

其中ε ρω +ε ρω 为进出口压降，其值较小可以忽略，Dp与名义孔径有关（如1μm名义孔径的滤芯，Dp为26.7μm），ε为孔隙率取0.4， A为有效过滤面积，结合现场空间取11m2或3.7m2。

结合级联相关工艺节点流量及压力，对各节点过滤器参数进行了计算和选择，各节点选择的过滤装置参数如表1。

2 过滤装置效果

2.1 压降情况

装入过滤装置的工艺节点分为3类，即供料流节点（以1#点位代表）、中间料流节点（以7#点位代表）、最终精料流节点（以6#点位代表），其压力变化如图5所示（均已做归一化处理）。最终精料流节点过滤装置运行期间，其后的孔板未再发生堵塞情况，调节装置开度未发生变化，可认为过滤装置能满足粉尘过滤要求。

当过滤装置滤芯有较多粉尘附着形成灰层时，其压降会增大。从图5看出，供料流节点过滤装置压降基本无明显变化，3μm滤芯已具有很高的过滤精度，如有粉尘则会被过滤，故认为该节点内基本无粉尘，可见级联中的粉末不是由供料带入，而是在级联内部反应生成的;中间料流因安装时间较短，未能明显看出其粉尘水平，之后对其进行拆解，发现滤芯表面有粉末沉积，对其称重有增重;最终精料流安装约60天后，其压降明显增大，可知其粉末水平较高。因中间料流与最终精料流有效过滤面积不一样，不能比较出两者粉末水平高低。

2.2 滤芯增重情况

供料流节点过滤器在较长一段时间内压降均未发生变化，故未对其进行烘干称重。对7#工艺节点（中间料流）过滤器拆解后对滤芯进行称重，发现滤芯有增重，具体如表2所示。

7#工艺节点（中间料流）过滤器有滤芯70根，据此折算每年可以过滤粉尘约3kg，相较该级联每年的不平衡差，数值较小，因此可以认为粉末在随物料运行较短一段距离后会沉积下来，这一点也被6#工艺节点粉末中U235丰度证实。

对6#工艺节点（最终精料流）过滤器拆解后对滤芯进行称重，发现滤芯有增重，具体如表3所示。

6#工艺节点（最终精料流）过滤器有滤芯24根，据此折算每年可以过滤粉尘约4.5kg，粉末水平高于7#工艺节点，可认为级联粉末水平向精料端不断增加。

在各中间精料流上加装过滤器可以在一定程度上缓减相关机组的粉末堵塞情况，但具体效果仍需要持续跟踪分析。

3 结论

本文通过对级联系统中过滤装置的压降变化情况及滤芯增重情况的分析，得出过滤装置可以有效分离出工作介质中的粉末，理论上可以缓减级联因粉末堵塞造成的分离能力下降。

致谢：

对论文撰写过程中给予帮助的领导和同事致以真挚的感谢！

参考文献

[1]Kenneth L.Rubow，Louise Stange，Billy Huang.应用烧结金属过滤介质的过滤技术进展[J].产业用纺织品，2005（09）：23-29.

[2]Kenneth Rubow，Billy Huang，Mike Wilson，Edward Mahon.应用于高温气体过滤的烧结金属过滤器[J].产业用纺织品，2007（09）：22-29.

[3]谢伟，李娟，石玉美，汪荣顺.液氮流过烧结金属过滤器的压降特性研究[J].低温工程，2007（03）：40-43+49.