抽空系统在铀浓缩厂中的应用与运行研究
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作者:杜晨亮 庞华贤 安海军
摘 要：本文通过案例分析来的方式，探究铀浓缩厂中抽空系统的具体应用与运行，通过对原吹洗系统工作原理的分析，发现铀浓缩厂原系统运行的弊端，不仅运行过程复杂，也浪费了大量的人力、物力资源，影响吹洗工作的效率与质量。为了真正发挥抽空系统的作用与价值，通过构建专用抽空系统展开抽空操作，对抽空系统进行优化，以便满足铀浓缩厂的生产需要。
关键词：抽空系统 铀浓缩厂 抽空速度
中图分类号：TB75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0081-02
抽空系统是应用于铀浓缩厂原料厂房中净化原料、吹洗工艺管道、吹洗拆装容器的一项重要设备，日常工作中其工作负担较重，但传统的吹洗方法耗时长，普通管道的吹洗需要反复5次，并配合2h的深抽才能达到对管道内腔样放射性铀元素指标含量的要求，因此，严重不满足铀浓缩厂的生产要求，基于铀浓缩厂生产的客观需要，应通过提高吹洗工作效率，降低吹洗操作频次，形成专用抽空系统，以便有效提升吹洗工作效率与工作质量。
1 案例概述
某铀浓缩厂原吹洗工作需要先关闭连接管以及三通真空阀，利用氮气通过盲板以及破空点实现相关管段破空至大气，再关闭盲板，打开三通真空阀以及吹洗支管，连接供料净化系统进行抽空，1次抽空操作为指标达到0.2mmHg，需要循环5次抽空再加深抽2h才能保障管道内腔样铀元素含量满足技术标准要求[1]。从原吹洗工作原理可以看出当前吹洗工作弊端十分明显，吹洗过程中需要占用大量设备与线路，导致供料净化无法正常进行，频繁的协调供料净化系统以及吹洗，增加了设备操作次数;而且使用供料净化系统进行抽空耗时长。每次抽空时间都在10min以上;而且如果使用移动抽空小车，需要频繁安装与拆卸链接软管，容易造成泄露。因此，建设专用抽空系统十分必要。
2 专用抽空系统建设
2.1 抽空速度与吹洗系统关系体积分析
抽空系统主要应用于容器拆装前的吹洗工作，根据铀浓缩厂生产工艺要求，需要将抽空系统压力控制在101～105Pa范围内，速度应>26.6Pa（0.2mmHg），为了保障生产效率，单次抽空时间应降至5min以下。
在常压状态下对密闭真空系统进行抽气，系统压力也处于下降状态，基于两者的关系通过对摩尔数的计算以及破空体积的计算可以发现当系统气相空间体积大于介于区间[0，10]过程中，其值均为正，抽空速度与吹洗系统压力变化的函数关系为增函数，那么在这个状态下，抽空系统体积的增加会导致抽空时间有所延长，因此，在建设抽空系统过程中，应尽量减小系统总体积，以便提升抽空效率[2]。
2.2 抽空系統具体建设
（1）设备配置。
由于铀浓缩厂的抽空气体中含有UF6，这是一种化学性质活泼、容易与水分发生反应形成HF气体以及固体氟化铀酰颗粒、具有放射性的物质，可能造成放射性污染或腐蚀情况。因此，抽空系统建设中应将化学吸附装置以及过滤装置加装在真空泵前，其中化学吸附装置主要用于UF6以及HF气体的吸附、过滤装置炸主要过滤生成的固体氟化铀酰小颗粒。利用这两项设备可以回收抽空过程中的铀元素，进行再次利用，以便保障尾气排放达到国家规定与要求标准。
（2）抽空系统线路。
根据上述分析，为了提升抽空速度，应尽可能保障管道线路设计上使用小体积的的搭建设施。在管径的设计上，为了降低管道内部阻力对抽空效果的影响，在专用抽空系统建设过程中，应保持其容器连接管道管径与吹洗线管管径一致;并根据真空泵进口管径以及排口管径确定过滤器与真空泵之间、真空泵以及局排管道的管径。在管道长度上，需要根据铀浓缩厂厂房空间布局情况确定，尽量选择合适的长度，实现最小的抽空体积，并使厂房空间得到合理利用。在仪表设计上，仪表处于管道上方，其用于抽空过程中管线压力检测，并将压力信号信息传回控制室内的操作系统上，压力仪表数量应不少于3个，以便有效规避压降降低造成的影响。在抽空线与干管连接位置确定上，最好根据两者之间的距离选择中间位置，这样能够有效降低因两者相对位置距离差造成的抽空差异。根据该设计，此次案例确定最终的管道长度为70m、管道型号为DN25、体积为35L、过滤器体积为20L、化学吸附塔体积为24L、过滤器与真空泵前连接管道长度为1.5m，总体上专用抽空系统的整体面积未达到90L。
（3）选择真空泵。
由于铀元素具有放射性特征，为了避免其对真空泵造成污染，建议抽空系统选择无油干式真空泵更为合适。目前市场上，无油干式真空泵主要有两种类型，一种是旋涡泵动量传输式干泵，另一种是螺杆泵容积式干泵或罗茨泵容积式干泵。鉴于此次抽空系统体系未达到100L，根据其吹洗技术情况以及工作压力范围，真空泵应选择压缩比高、抽空范围大的型号，不需要真空泵具有较大抽速，但其抽空深度应<1Pa。如表1所示，市场现有无油干式真空泵特点。从对目前市场上现场的几种无油干式真空泵的对比，发现涡旋泵的结构简单、压缩比高、有效容积利用系数大，而且压力范围较宽、抽空速度稳定、真空度高、操作简单、安装简单，用于此次专用抽空系统建设十分合适。最终此次选择抽速为20L/s的涡旋泵，通过测试其理论上完成一次抽空的时间为20s，满足此次专用抽空系统建设的要求。但目前国内外生产该涡旋泵的厂家较多，需要综合经济、运输、设备实际性能选择品牌以及厂家。
（4）控制系统建设。
该铀浓缩厂生产主要使用DCS系统，将抽空专用系统的变频器频率信号、干管压力、转速、泵温度等系数引入到系统中，并与电动真空阀、泵真空阀构建联锁关系，能够实现对抽空系统的远程监控与启停操控，为实现真空系统的安全稳定运行提供了坚实的保障。
3 结语
综上所述，通过上述分析可以看出抽空系统在铀浓缩厂的应用提高了抽空效率以及抽空质量，因此，建议铀浓缩厂根据实际的生产需要构建专用抽空系统，以便有效发挥抽空系统的作用，为实现最佳经济效益目标提供有力的支持。
参考文献
[1] 张玉春.铀浓缩厂专用抽空系统的构建[J].科技创新导报，2018（1）：117-119，121.
[2] 王泽宇，周沅桢，羊一涛， 等.真空回潮机抽空系统改进及过程参数优化[J].烟草科技，2018，51（10）：110-114.
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