四氟化鈾氣力輸送技術(shù)應(yīng)用研究

(中核四○四有限公司，甘肅蘭州，732850)

我公司鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)線中四氟化鈾固體物料的裝卸方式目前采用人工間歇式，該方式影響物料轉(zhuǎn)運(yùn)的效率，而且需要較多的勞動(dòng)力投入，限制了鈾轉(zhuǎn)化自動(dòng)化技術(shù)水平的提高。為提高鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，降低生產(chǎn)成本，為后續(xù)鈾轉(zhuǎn)化擴(kuò)大生產(chǎn)能力提供技術(shù)儲(chǔ)備，需對(duì)現(xiàn)有四氟化鈾物料的轉(zhuǎn)運(yùn)方式進(jìn)行技術(shù)提升。

經(jīng)過多方調(diào)研，氣力輸送具有占地面積小，管路布置靈活，自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，通過開展固體四氟化鈾物料氣力輸送技術(shù)應(yīng)用研究，可進(jìn)一步提升鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，為鈾轉(zhuǎn)化擴(kuò)大生產(chǎn)能力提供技術(shù)儲(chǔ)備。通過四氟化鈾氣力輸送的應(yīng)用可降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，杜絕人為因素對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行所產(chǎn)生的故障隱患和安全隱患，同時(shí)因其系統(tǒng)密封性良好的特性，降低

了物料人為轉(zhuǎn)運(yùn)所產(chǎn)生的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。為確保鈾轉(zhuǎn)化安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。正是在鈾轉(zhuǎn)化的成功應(yīng)用，氣力輸送以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)首次納入核工業(yè)領(lǐng)域。

1 目的

(1)根據(jù)鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)線的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)、建立固體四氟化鈾物料氣力輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氫氟化系統(tǒng)與氟化系統(tǒng)之間固體四氟化鈾物料的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試確定氣力輸送最佳操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)獲取相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)，以提升鈾轉(zhuǎn)化的總體裝備自動(dòng)化水平，為相關(guān)工程建設(shè)提供必要的技術(shù)支持。

2 系統(tǒng)運(yùn)行原理

四氟化鈾物料加入供料倉(cāng)，當(dāng)重量達(dá)到上限值時(shí)，反饋信號(hào)至輸送系統(tǒng)，氣體旋轉(zhuǎn)球閥開啟，供氣氣源首先啟動(dòng)供氣空吹管路，旋轉(zhuǎn)閥再旋轉(zhuǎn)喂料。四氟化鈾物料由供料倉(cāng)經(jīng)抽氣室、旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入加速室，在加速室中由氣流挾帶經(jīng)輸送管道進(jìn)入接收料倉(cāng)。接收料倉(cāng)頂部設(shè)有不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)過濾器，氣固相混合料在接收料倉(cāng)內(nèi)通過除塵器實(shí)現(xiàn)氣固分離，氣相經(jīng)除塵器過濾后排入專用排風(fēng)通道進(jìn)行后續(xù)凈化處理，固相物料積存在接收料倉(cāng)內(nèi)，當(dāng)開始卸料時(shí)反饋信號(hào)至卸料旋轉(zhuǎn)閥，接收料倉(cāng)內(nèi)固相物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥下落至立式氟化反應(yīng)器加料料斗內(nèi)。

3 系統(tǒng)組成

針對(duì)氣力輸送系統(tǒng)的四氟化鈾轉(zhuǎn)運(yùn)能力為2t/h，提升高度為15米，水平輸送距離50米的要求，設(shè)計(jì)并建立了由氣源、輸送裝置、控制裝置、接收稱重裝置、除塵裝置、鈾含量測(cè)量裝置組成的輸送系統(tǒng)。其中輸送裝置由旋轉(zhuǎn)閥+加速器的方式組成。

3.1 旋轉(zhuǎn)閥

采用科倍隆CRD200，其軸向密封采用氣密封方式；氣密封能有效防止物料進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)部件，有效延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)閥的使用壽命，提高整個(gè)輸送系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)見圖1。

1-端蓋，2-殼體，3-轉(zhuǎn)子圖1 旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 抽氣室

旋轉(zhuǎn)閥的上方安裝有抽氣室，抽氣室實(shí)現(xiàn)料氣分離，防止氣頂料現(xiàn)象出現(xiàn)，保證下料填充的穩(wěn)定性，確保輸送系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.3 加速器

旋轉(zhuǎn)閥的下方安裝加速器，將混合后的氣料輸入到輸送管道。

3.4 氣體控制單元

采用科倍隆LAVA噴嘴專利工藝，調(diào)節(jié)時(shí)控制LAVA噴嘴前的壓力來控制輸送氣量?？梢愿鶕?jù)工況來調(diào)節(jié)輸送恒定的氣量，以保證輸送的順利進(jìn)行。該控制單元可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況改變或物料料性的變化，隨時(shí)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

1-縮徑，2-P1(供氣壓力)，3-氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)球閥，4-減壓閥， 5-P2(輸送壓力)，6-LAVA噴嘴，7-LVAV噴嘴后的壓力P3，8-磁助式電接點(diǎn)壓力表圖2 氣控單元結(jié)構(gòu)圖

3.5 氣固分離裝置

氣固分離裝置(除塵器)，過濾輸送過來的壓縮空氣，除塵器將物料飛塵收集下來，通過旋轉(zhuǎn)閥定期排至接受倉(cāng)，過濾后的壓空排到風(fēng)井集中處理。除塵器設(shè)脈沖反吹系統(tǒng)，通過除塵器前后壓差計(jì)反饋的壓力數(shù)據(jù)，確定是否需要對(duì)除塵器進(jìn)行反吹。過濾器選擇不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)除塵器，過濾效率可以達(dá)到99.99%。過濾器配有閥門、過濾器部件、電磁閥等附件。在除塵器下料口設(shè)置一旋轉(zhuǎn)閥作為卸料閥。在除塵器處設(shè)稱重裝置，用于對(duì)物料的稱重計(jì)量。

3.6 鈾含量測(cè)量裝置

在含鈾固體物料氣力輸送過程中，為檢測(cè)鈾收率能否達(dá)到99.99%，需建立過濾氣中鈾含量測(cè)量檢測(cè)裝置，對(duì)經(jīng)微塵過濾器過濾后氣體中鈾含量進(jìn)行檢測(cè)。

圖3 工藝流程圖

4 試驗(yàn)過程

(1)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥RO-11、RO-21頻率，檢查并確保壓力點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)能夠滿足輸送要求；

(2)啟動(dòng)8#螺旋輸送器向輸送料倉(cāng)中加入四氟化鈾物料，加料前對(duì)該四氟化鈾物料取樣，分析其堆積密度和粒徑，并記錄結(jié)果；

(3)調(diào)節(jié)氣體控制單元的供氣壓力和流量，控制料氣比為1∶8。然后繼續(xù)向輸送料倉(cāng)加四氟化鈾物料，當(dāng)料重至設(shè)定上限值時(shí)發(fā)出警報(bào)，并輸出啟動(dòng)氣體控制單元的信號(hào)，氣體控制單元啟動(dòng)，10s后旋轉(zhuǎn)閥RO-11開始運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)氣體輸送物料；

(4)氣力輸送物料開始后，檢查并確保供氣氣源壓力、氣體控制單元壓力等參數(shù)能夠滿足使用要求，檢查輸送管道有無漏料現(xiàn)象，若發(fā)生漏料，及時(shí)處理；

(5)記錄系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)、氣體流量數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)閥頻率、接受料斗物料重量及除塵器壓差等數(shù)據(jù)，及時(shí)核算，確保料氣比控制在1∶8左右；

(6)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥RO-11頻率；

(7)開啟過濾氣中鈾含量監(jiān)測(cè)分析裝置，開始對(duì)過濾后氣體中鈾含量進(jìn)行分析，并記錄分析數(shù)據(jù)；

(8)接收料倉(cāng)內(nèi)物料重量至設(shè)計(jì)上限值時(shí)，輸出啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥RO-21的信號(hào)，旋轉(zhuǎn)閥RO-21啟動(dòng)，開始卸料；

(9)當(dāng)伸縮料斗內(nèi)料重至設(shè)定下限值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，輸出停止輸送的信號(hào)，旋轉(zhuǎn)閥RO-11和氣體控制單元先后停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直至加料后料重至設(shè)定上限值時(shí)重新啟動(dòng)物料輸送；

(10)當(dāng)接收料倉(cāng)內(nèi)物料重量至設(shè)定下限值時(shí)，輸出停止旋轉(zhuǎn)閥RO-21停止運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)，旋轉(zhuǎn)閥RO-21停止運(yùn)轉(zhuǎn)，停止卸料；

(11)定時(shí)從接受料斗取樣口對(duì)接受料取樣，分析其氟化鈾酰含量、二氧化鈾含量、堆積密度和粒徑分布，并記錄分析結(jié)果；

(12)在試驗(yàn)過程中，通過不同壓力、不同氣體流量、不同料氣比條件下的驗(yàn)證試驗(yàn)，確定最佳的工藝操作參數(shù)。

5 結(jié)論

(1)經(jīng)過在線試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了四氟化鈾氣力輸送的最佳工藝操作參數(shù)：電機(jī)頻率控制范圍為25～35 Hz，輸送壓力P2控制范圍為0.32～0.38 MPa。

(2)氣力輸送系統(tǒng)的輸送能力能夠達(dá)到2t/h,金屬直收率達(dá)到99.99%，滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)利用壓縮空氣輸送的四氟化鈾物料堆積角、粒徑減小，組成成分分布不變，不影響氟化反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量。

(4)根據(jù)氣力輸送在線調(diào)試評(píng)估氣力輸送可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用至其他固體顆粒核材料運(yùn)轉(zhuǎn)。