抽空系統(tǒng)在鈾濃縮廠中的應(yīng)用與運(yùn)行研究

杜晨亮 龐華賢 安海軍

摘 ? 要：本文通過(guò)案例分析來(lái)的方式，探究鈾濃縮廠中抽空系統(tǒng)的具體應(yīng)用與運(yùn)行，通過(guò)對(duì)原吹洗系統(tǒng)工作原理的分析，發(fā)現(xiàn)鈾濃縮廠原系統(tǒng)運(yùn)行的弊端，不僅運(yùn)行過(guò)程復(fù)雜，也浪費(fèi)了大量的人力、物力資源，影響吹洗工作的效率與質(zhì)量。為了真正發(fā)揮抽空系統(tǒng)的作用與價(jià)值，通過(guò)構(gòu)建專用抽空系統(tǒng)展開(kāi)抽空操作，對(duì)抽空系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以便滿足鈾濃縮廠的生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：抽空系統(tǒng) ?鈾濃縮廠 ?抽空速度

中圖分類(lèi)號(hào)：TB75 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（a）-0081-02

抽空系統(tǒng)是應(yīng)用于鈾濃縮廠原料廠房中凈化原料、吹洗工藝管道、吹洗拆裝容器的一項(xiàng)重要設(shè)備，日常工作中其工作負(fù)擔(dān)較重，但傳統(tǒng)的吹洗方法耗時(shí)長(zhǎng)，普通管道的吹洗需要反復(fù)5次，并配合2h的深抽才能達(dá)到對(duì)管道內(nèi)腔樣放射性鈾元素指標(biāo)含量的要求，因此，嚴(yán)重不滿足鈾濃縮廠的生產(chǎn)要求，基于鈾濃縮廠生產(chǎn)的客觀需要，應(yīng)通過(guò)提高吹洗工作效率，降低吹洗操作頻次，形成專用抽空系統(tǒng)，以便有效提升吹洗工作效率與工作質(zhì)量。

1 ?案例概述

某鈾濃縮廠原吹洗工作需要先關(guān)閉連接管以及三通真空閥，利用氮?dú)馔ㄟ^(guò)盲板以及破空點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相關(guān)管段破空至大氣，再關(guān)閉盲板，打開(kāi)三通真空閥以及吹洗支管，連接供料凈化系統(tǒng)進(jìn)行抽空，1次抽空操作為指標(biāo)達(dá)到0.2mmHg，需要循環(huán)5次抽空再加深抽2h才能保障管道內(nèi)腔樣鈾元素含量滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。從原吹洗工作原理可以看出當(dāng)前吹洗工作弊端十分明顯，吹洗過(guò)程中需要占用大量設(shè)備與線路，導(dǎo)致供料凈化無(wú)法正常進(jìn)行，頻繁的協(xié)調(diào)供料凈化系統(tǒng)以及吹洗，增加了設(shè)備操作次數(shù);而且使用供料凈化系統(tǒng)進(jìn)行抽空耗時(shí)長(zhǎng)。每次抽空時(shí)間都在10min以上;而且如果使用移動(dòng)抽空小車(chē)，需要頻繁安裝與拆卸鏈接軟管，容易造成泄露。因此，建設(shè)專用抽空系統(tǒng)十分必要。

2 ?專用抽空系統(tǒng)建設(shè)

2.1 抽空速度與吹洗系統(tǒng)關(guān)系體積分析

抽空系統(tǒng)主要應(yīng)用于容器拆裝前的吹洗工作，根據(jù)鈾濃縮廠生產(chǎn)工藝要求，需要將抽空系統(tǒng)壓力控制在101～105Pa范圍內(nèi)，速度應(yīng)>26.6Pa（0.2mmHg），為了保障生產(chǎn)效率，單次抽空時(shí)間應(yīng)降至5min以下。

在常壓狀態(tài)下對(duì)密閉真空系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，系統(tǒng)壓力也處于下降狀態(tài)，基于兩者的關(guān)系通過(guò)對(duì)摩爾數(shù)的計(jì)算以及破空體積的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)氣相空間體積大于介于區(qū)間[0，10]過(guò)程中，其值均為正，抽空速度與吹洗系統(tǒng)壓力變化的函數(shù)關(guān)系為增函數(shù)，那么在這個(gè)狀態(tài)下，抽空系統(tǒng)體積的增加會(huì)導(dǎo)致抽空時(shí)間有所延長(zhǎng)，因此，在建設(shè)抽空系統(tǒng)過(guò)程中，應(yīng)盡量減小系統(tǒng)總體積，以便提升抽空效率[2]。

2.2 抽空系統(tǒng)具體建設(shè)

（1）設(shè)備配置。

由于鈾濃縮廠的抽空氣體中含有UF6，這是一種化學(xué)性質(zhì)活潑、容易與水分發(fā)生反應(yīng)形成HF氣體以及固體氟化鈾酰顆粒、具有放射性的物質(zhì)，可能造成放射性污染或腐蝕情況。因此，抽空系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)將化學(xué)吸附裝置以及過(guò)濾裝置加裝在真空泵前，其中化學(xué)吸附裝置主要用于UF6以及HF氣體的吸附、過(guò)濾裝置炸主要過(guò)濾生成的固體氟化鈾酰小顆粒。利用這兩項(xiàng)設(shè)備可以回收抽空過(guò)程中的鈾元素，進(jìn)行再次利用，以便保障尾氣排放達(dá)到國(guó)家規(guī)定與要求標(biāo)準(zhǔn)。

（2）抽空系統(tǒng)線路。

根據(jù)上述分析，為了提升抽空速度，應(yīng)盡可能保障管道線路設(shè)計(jì)上使用小體積的的搭建設(shè)施。在管徑的設(shè)計(jì)上，為了降低管道內(nèi)部阻力對(duì)抽空效果的影響，在專用抽空系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)保持其容器連接管道管徑與吹洗線管管徑一致;并根據(jù)真空泵進(jìn)口管徑以及排口管徑確定過(guò)濾器與真空泵之間、真空泵以及局排管道的管徑。在管道長(zhǎng)度上，需要根據(jù)鈾濃縮廠廠房空間布局情況確定，盡量選擇合適的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)最小的抽空體積，并使廠房空間得到合理利用。在儀表設(shè)計(jì)上，儀表處于管道上方，其用于抽空過(guò)程中管線壓力檢測(cè)，并將壓力信號(hào)信息傳回控制室內(nèi)的操作系統(tǒng)上，壓力儀表數(shù)量應(yīng)不少于3個(gè)，以便有效規(guī)避壓降降低造成的影響。在抽空線與干管連接位置確定上，最好根據(jù)兩者之間的距離選擇中間位置，這樣能夠有效降低因兩者相對(duì)位置距離差造成的抽空差異。根據(jù)該設(shè)計(jì)，此次案例確定最終的管道長(zhǎng)度為70m、管道型號(hào)為DN25、體積為35L、過(guò)濾器體積為20L、化學(xué)吸附塔體積為24L、過(guò)濾器與真空泵前連接管道長(zhǎng)度為1.5m，總體上專用抽空系統(tǒng)的整體面積未達(dá)到90L。

（3）選擇真空泵。

由于鈾元素具有放射性特征，為了避免其對(duì)真空泵造成污染，建議抽空系統(tǒng)選擇無(wú)油干式真空泵更為合適。目前市場(chǎng)上，無(wú)油干式真空泵主要有兩種類(lèi)型，一種是旋渦泵動(dòng)量傳輸式干泵，另一種是螺桿泵容積式干泵或羅茨泵容積式干泵。鑒于此次抽空系統(tǒng)體系未達(dá)到100L，根據(jù)其吹洗技術(shù)情況以及工作壓力范圍，真空泵應(yīng)選擇壓縮比高、抽空范圍大的型號(hào)，不需要真空泵具有較大抽速，但其抽空深度應(yīng)<1Pa。如表1所示，市場(chǎng)現(xiàn)有無(wú)油干式真空泵特點(diǎn)。從對(duì)目前市場(chǎng)上現(xiàn)場(chǎng)的幾種無(wú)油干式真空泵的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)渦旋泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓縮比高、有效容積利用系數(shù)大，而且壓力范圍較寬、抽空速度穩(wěn)定、真空度高、操作簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)單，用于此次專用抽空系統(tǒng)建設(shè)十分合適。最終此次選擇抽速為20L/s的渦旋泵，通過(guò)測(cè)試其理論上完成一次抽空的時(shí)間為20s，滿足此次專用抽空系統(tǒng)建設(shè)的要求。但目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)該渦旋泵的廠家較多，需要綜合經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸、設(shè)備實(shí)際性能選擇品牌以及廠家。

（4）控制系統(tǒng)建設(shè)。

該鈾濃縮廠生產(chǎn)主要使用DCS系統(tǒng)，將抽空專用系統(tǒng)的變頻器頻率信號(hào)、干管壓力、轉(zhuǎn)速、泵溫度等系數(shù)引入到系統(tǒng)中，并與電動(dòng)真空閥、泵真空閥構(gòu)建聯(lián)鎖關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)抽空系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與啟停操控，為實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

3 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)上述分析可以看出抽空系統(tǒng)在鈾濃縮廠的應(yīng)用提高了抽空效率以及抽空質(zhì)量，因此，建議鈾濃縮廠根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要構(gòu)建專用抽空系統(tǒng)，以便有效發(fā)揮抽空系統(tǒng)的作用，為實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)提供有力的支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 張玉春.鈾濃縮廠專用抽空系統(tǒng)的構(gòu)建[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018（1）：117-119，121.

[2] 王澤宇，周沅楨，羊一濤， 等.真空回潮機(jī)抽空系統(tǒng)改進(jìn)及過(guò)程參數(shù)優(yōu)化[J].煙草科技，2018，51（10）：110-114.