级联层架精料流有漏对级联的影响

欧 科

（中核陕西铀浓缩有限公司，陕西 汉中 723000）

0 引言

串级间管道是级联结构中不可分割的部分，对级联而言，串级间管道分供料、精料与贫料三种，当串级间管道有空气进入时，势必会对级联产生影响。轻杂质是影响级联安全稳定运行的重要因素之一，其主要来源于供料、水蒸气与物料的反应、空气。当串级间管道系统中有漏点时，空气进入管道后，由于空气中含有水，不仅会与UF反应产生氟化氢等轻杂质，还会生成粉末状的氟化铀酰，对级联造成影响。

某级联是层架级联，其在运行过程中，发现产品丰度波动突然变大，对产品质量控制产生了较大影响。经找漏后，发现是层架中间精料流有两处漏点，对其进行截断并处理。

1 空气漏量计算

为了得到两处漏点一天的空气漏量，需要对两处漏点空气漏率进行计算。本文中，主要用截断管道处压力与理想状态气体方程进行计算。实际操作中，为保证级联系统的安全稳定运行，不允许漏点处压强大于3mmHg（1mmHg=133Pa），当截断管道处压强大于3 mmHg就需要对其抽空，两处漏点24h内的压强变化见表1。

表1 两处漏点的压力变化表

为了更直观的观察漏点1与漏点2两处漏点的压强变化趋势，将漏点压强数据转换成折线图。从图2-1中，可以看出漏点1处压强上升还是比较快的，漏点2处压强上升趋势较为缓慢。为了计算24小时内漏点区的总压强，设空气压强P与时间χ的变化函数为:

图2 漏点1与漏点2的压力变化图

由理想状态气体方程PV=nRT，可推出管道中气体质量m与压强P的关系:

漏点截断区间的体积V=πrL，r是管道半径，L是管道长度，代入（2）中:

其中k为斜率，x为时间，M为空气相对分子质量，V是管道体积，R是常数（8.314），T为开尔文温度，在正常运行时管道中默认是没有空气的，所以b为0。

除去漏点的抽空时间，漏点1在观测时间内有3个斜率，14:00到17:00为k，21:00到1:00为k，6:00到9:00为k，通过计算得到k=0.785，k=0.55，k=0.535.取平均斜率得k=0.625。代入（1）中，设漏点1处的压强为P，P随时间的变化函数为:

设漏点2处压强为P，经计算，P随时间的变化函数为:

根据漏点1与漏点2处截断管道长度L、管道半径r，计算出P为15mmHg，P为1.5mmHg。将其代入（3）中得到漏点1与漏点2在24小时总的空气漏量分别为m=0.85g，m=0.085g，两漏点总的空气漏量m为0.935g。核对日均空气漏量数据，消漏前后相差0.79g，与计算值基本吻合。

2 对系统的影响

2.1 对精料丰度的影响

层架精料流有漏对级联最直观的影响主要有丰度波动，以工况丰度为参考值，在消漏前后，随机选取其中连续3天的产品丰度作为观测对象，得到每天实际丰度的绝对误差（见表2与表3）。

表2 消漏前连续三天产品丰度绝对误差

表3 消漏后连续三天产品丰度绝对误差

从表2中可以看出，消漏前的最大丰度与最小丰度的极差为0.073，波动区间大，偏离工况丰度比较大。有资料显示，级联中存在一定量的轻杂质会使产品丰度高于工况值。消漏后的极差为0.023，波动区间较消漏前已经很小，与工况丰度只有微小偏差。将消漏前后产品实际丰度与工况丰度的绝对误差与时间的变化做成点线图（见图3）。可以看出，消漏前其偏差折线较陡，绝对偏差值较大，说明实际丰度在工况丰度附近跳变较大。消漏后绝对误差斜率折线较为平缓，丰度变化趋势比较缓。根据统计结果，消漏前绝对误差的绝对值的算术平均值为0.017，消漏后为0.004，仅为消漏前的23.5%。

图3 消漏前后产品实际丰度与工况丰度的绝对误差

消漏前的绝对误差

2.2 对设备的影响

由于空气中有水蒸气，六氟化铀极易与水发生反应，当空气进入管线后，就会立即发生反应，主要产物是氟化铀酰和氟化氢，如下面化学反应式：

在级联大厅中，空气相对湿度低于50%，其每千克空气中含水量低于7.45g，根据上述中24小时的空气漏量可得每天因为空气中的水而产生的氟化铀酰有0.064g，氟化氢有0.017g。

由于层架间的精料流是下一层架的供料流，管线中因为进入空气而生成的UOF，可能会随供料进入供料点机组主机。经过计算，虽然每天因为空气中的水产生的氟化铀酰量很少，但是如果漏点不消除，日积月累也会沉积在料管内壁使料管堵塞或在转子内壁不均匀沉积，对主机性能造成影响。当沉积物在主机转子内部不均匀沉积时，会造成主机损坏。供料管堵塞时，会使主机不做功。精料管出现堵塞现象时，其精料流量减小，分离性能下降。如果一台主机的精料料管完全堵死，则该主机从供料管进入的物料全部通过贫料管流出，因此不仅完全不做功，还相当于增加了一个供料与贫料之间的通道，增大了混合损失，贫料取料管如果全堵则情况类似。其中的氟化氢以及其他气体则会进入层架精料流供料点机组，对机组产生影响，同时轻杂质向层架端部富集，导致精料端部机组摩擦功逐步上涨，威胁主机安全运行。

3 结语

对于层架级联而言，当层架中间精料流有漏时，会增大产品丰度波动，对产品质量控制影响较大，损失分离功。少量空气进入管道后，虽然会与六氟化铀生成氟化铀酰和氟化氢，但是生成量很少，短时间内氟化铀酰不会堵塞管道，生成的轻杂质氟化氢量很少，对主机性能影响也不太明显。