浅谈级联轻杂质的相关问题

王攀林

中核陕西铀浓缩有限公司 陕西汉中 723312

级联系统中的轻杂质与级联运行是相伴相生的，只要有级联运行，必然就有轻杂质的存在。控制好级联中的轻杂质含量，保障安全稳定经济运行，就必须从主机制造、安装调试、真空检查、启动升周、运行维护以及供料净化、设备检修等各个环节中严格把关。同时轻杂质含量显示仪表和轻杂质事故保护传感器是轻杂质的检测器和级联主机的保护器，在轻杂质含量异常升高的情况下，及时预警，及时截断，及时卸料，保证级联主机安全。应定期对其进行维护及功能检查，保证报警信号及事故保护动作的正确完好。

1 级联系统中轻杂质的概念

级联中分子量低于工作介质的其他物质，称之为轻杂质。

2 级联轻杂质的来源

（1）级联系统中安装了大量的离心机、补压机、调节器等工艺设备以及工艺管道、工艺阀门、仪表、传感器等，其连接部分必然存在着一定的漏率，因其为负压系统，所以有一定数量的厂房大气漏入；其中的水分与工作介质反应生成分子量远低于工作介质的氟化氢，构成轻杂质的另一来源。

（2）供料系统真空度因某些原因降低，漏入的厂房空气随供料进入级联；供料容器各阶段净化时未完全去除的氟化氢及分子量低于工作介质的其它物质，供料时夹带进入级联。

（3）主机腐蚀损耗：主机制造过程中产生的若干有机物经过正式投料前各工序后的残存量与工作介质反应生成轻杂质及固态物质，但这种情形的腐蚀损耗量主要集中于离心机投运的最初30天，100天后基本稳定下来，并随有机物残存量的不断消耗而自然下降直至可以忽略；厂房温度及湿度控制欠佳，导致漏入级联的空气中存在较多水分，其与工作介质反应生成氟化氢及固态物质，氟化氢是级联轻杂质的主要成分之一，此项应该是级联运行中要重点控制的[1]。

（4）工艺设备检修前的破空吹洗操作未严格按规程执行，导致吹洗时所用的氮气或空气进入级联工艺系统；供料系统及级联系统设备检修后再次投运时因检修质量问题或未严格执行投入前工序而引入空气等轻杂质。

（5）主机高速运行过程中转子损坏时产生并释放出的金属轻杂质在级联中传递。

（6）主机损机时产生漏点，隔膜阀关闭后通道不严密，导致空气进入级联。

其中2.1-2.3项为级联轻杂质的主要来源；而2.4-2.6项为偶发的非主要来源。

3 级联轻杂质对产品丰度、主机运行以及级联效率的影响

（1）因级联轻杂质随精料一起往最终精料流富集，级联轻杂质含量升高的情况下，实际精料流量降低，导致产品丰度升高而偏离既定工况。

（2）级联轻杂质含量升高可引起运行主机转子中心压强升高，使主机摩擦功率升高，转子运行失稳，导致降周甚至损机。

（3）部分分离功消耗于分离轻杂质和工作介质，造成分离功的损失，导致级联分离效率下降。

所以必须采取措施防止级联中轻杂质含量超标。

4 级联轻杂质的控制措施

4.1 级联系统真空度控制

因级联系统运行压强低于大气压，为负压系统，所以必须在安装调试阶段保证系统漏率在控制指标之下。主要控制措施有：安装后截断组大漏检查；区段、机组干管、工艺设备大漏检查；工艺设备预真空渗漏检查；工艺管道、工艺设备预真空合格后保持；通过找漏消漏及真空测量工作使级联主辅工艺系统漏率保证在控制指标以下。

4.2 供料系统控制要求

（1）每年必须进行一次对供料系统的真空度检查，及时发现真空问题并组织人员及时消除。

（2）供料系统运行过程中产生漏点导致真空度降低时，及时将有漏部分与运行系统隔离并及时消除漏点。

（3）供料容器各阶段净化合格标准按轻杂质体积百分比含量小于规程规定值进行控制，并执行供料容器加热净化合格后的试供料环节以及每天白班的一级备用容器定时净化措施，保证供入级联的工作介质中的轻杂质体积百分比含量合格。

（4）供料净化系统真空度保证合格，真空缓冲罐压强显示仪表定期校验，示数正确，避免由于自身真空度问题及仪表显示问题影响对备用供料容器中轻杂质含量是否合格的正确判断[2]。

（5）供料中夹带供入级联的轻杂质（主要为HF）与供料量的关系：这个关系的推导与建立将为级联中区段供料轻杂质含量升高时的处理提供理论依据。工作介质气体（UF6）与氟化氢气体（HF）在厂房的温度及压强条件下，认为是适用于理想气体状态方程的，设轻杂质的量（摩尔数）为n1，UF6的量（摩尔数）为n2，则有如下公式：

由此可得下式：

式中：M1为HF的摩尔质量，M1=20g/mol；

M2为UF6的摩尔质量，M2=352g/mol；

m1为HF的质量；

m2为UF6的质量；

P1为HF的分压强；

P2为UF6的分压强。

按供料中轻杂质的体积百分比含量≯2‰，取上限计算，p1/（p1+p2）=0.002，推得P1/P1=2/998；

则由（4）式推得：

此处m1为供料中HF的质量，m2为供料中工作介质UF6的质量，从（6）可看出，供料中夹带的轻杂质（HF）的量与供料量成正比。因此当级联的区段供料中轻杂质含量超标时，就要按比例降低供料流量，理论依据就在于此。

4.3 级联日空气漏量的计算及日空气漏量对于级联真空度的意义

收取级联精料的容器定期净化时，物料经过精料净化系统的一、二级制冷柜、氟化钠吸附塔之后，UF6及HF几乎被全部冷凝或吸附，剩余的不凝性气体主要为空气，将放至真空缓冲罐中进行平衡。根据向缓冲罐放压前后其压强的变化 ，可计算得出每次净化时的空气漏量 。

每次净化时计算出的空气漏量：

将一天中每次净化时的空气漏量相加，便得到全天的空气漏量。当供料系统、级联系统没有破空等可能引起空气漏量变化的操作时，级联每天的空气漏量应该是恒定的。因此当日空气漏量数值明显上升时，排除各种原因导致的计算错误，可以肯定级联供料系统或级联系统本身的密封性产生了问题，必须尽快组织力量进行漏点的判断、查找与消除。所以日空气漏量是级联供料系统及级联本身密封性判断的最终的起决定性作用的依据，是级联运行中每天必须关注的重要参数。控制好这个参数，级联的供料系统及级联系统本身的真空度也就得到了保证。

4.4 设备检修质量保证

（1）供料系统以及级联工艺系统的设备、管道阀门检修前破空吹洗操作严格按规程规定执行：查吹洗用设备系统能正常工作；吹洗前对破空容积及相关容积深度抽空；选择合适的破空点，以破空容积最小为原则；与运行系统隔离的截断阀门通道密封性判断合格；分台阶破空，每台阶保持五分钟，加强相邻工艺容积压强监控等，保证被破空的工艺容积的氮气不会渗漏到运行系统；吹洗结束后再次深度抽空等[3]。

（2）保证工艺系统及级联系统工艺设备、管道阀门检修质量：检修后设备本身完好无损，无裂纹裂缝等；密封圈或密封材料质量合格，安装规范；设备零部件连接严格按检修规范进行；设备安装完成后检修人员的真空自检。

（3）检修后工艺设备、管道阀门由运行人员接入系统前，严格进行抽空、大漏检查、找漏消漏、真空测量、钝化、钝化后抽空等一系列工作程序。

（4）主机腐蚀损耗所产生的轻杂质不可避免，只有在制造质量、安装质量、启动升周等各工序中严格把控并严格控制厂房温度及湿度。

（5）主机损机产生的金属轻杂质释放发生在主机损机后隔膜阀未自动关闭或虽关闭但通道不严密，可能引起区段轻杂质事故保护或同步事故保护动作而卸料，以达到保护主机的目的。此类情形在级联运行实践中曾经出现过若干次。后续处理措施与4.7相同。

（6）损机时产生漏点，隔膜阀关闭后通道不严密，导致空气进入级联，也会引起4.6之情形。随着主机运行时间的延长，隔膜阀关闭后通道不严密的情形逐渐增多，为此专门设计制作了料管夹具，主机损机后与隔膜阀夹具一并及时安装，实践证明非常有效。

5 级联中轻杂质的传递规律及最终归宿

（1）从级联某一位置开始，经过所在层架精料端机组，所在层架的中间精料流，下一层架供料点机组，下一层架精料端机组，下一层架中间精料流，最终向级联最精料端机组传递，通过最终精料流进入供取料厂房产品容器。级联中实际轻杂质含量升高时通过调度盘轻杂质含量分析仪报警可清晰观察到轻杂质的传递路径，通常也作为是否是真实的轻杂质含量升高的最直观的判断依据。

（2）精料净化时氟化氢及其它可凝物收存在氟化钠吸附装置及一、二级制冷柜，空气及其它不凝物经过真空泵、局排、酸雾净化塔排出。

6 轻杂质检测及事故保护机理

（1）检测仪表：供料流、中间精料流、最终精料流安装的绝对轻杂质含量分析仪、机组中安装的相对轻杂质含量分析仪分别显示所检测系统的轻杂质含量。

（2）轻杂质事故保护传感器的事故保护机理：级联轻杂质与工作介质导热性能（系数）不同，当系统中轻杂质含量升高时，轻杂质事故保护传感器电桥中热敏电阻阻值发生变化，导致电桥不平衡而产生电桥电流的变化，通过电阻转化为电压量；当轻杂质事故保护传感器输出值（电压量）达到保护限值的情况下，将会动作关闭对应料流或对应机组区段。区段轻杂质事故保护传感器动作的情况下将卸料，保证主机安全。

（3）及时处理轻杂质含量分析仪的显示异常问题；对轻杂质事故保护传感器定期进行事故保护功能检查验证，确保报警信号及事故保护动作正常。

7 运行人员处理应对

（1）轻杂质事故保护传感器动作导致所在料流或机组关闭，根据相关参数变化判断是否为误动作，如为误动作则依据规程重新打开关闭的料流或机组。

（2）如判断料流或机组为真实有漏，则根据《运行设备的真空找漏规程》查找出有漏的工艺管段或设备，与系统隔离后根据实际情况及时调整工艺工况，保证产品丰度合格；故障消除后重新接入系统并恢复原运行工况。

（3）如机组中的区段有漏，则区段关闭卸料后连续抽空情况下，主机频率仍然下降，可按停机程序对其停机，找漏消漏后按启动及升周程序恢复主机运行，达额定转速后分台阶充料至计算工况。在此期间根据实际情况调整工艺工况，保证产品丰度合格。

8 结语

保证级联轻杂质含量合格，要做到以下几点：

（1）首先需要保证主辅工艺设备的制造质量、安装质量；安装后的真空工作同等重要，通过找漏消漏及真空测量工作对系统真空度严格把关。

（2）其次严格执行主机启动各项工序，随时处理出现的真空问题，并在运行中控制好厂房温度及湿度，严格限制级联运行中的腐蚀损耗量。

（3）工艺设备检修质量保证，检修后设备重新投入系统前各工序的严格执行。

（4）供料系统真空度保持合格，供料净化质量保证合格。

（5）保证好轻杂质含量显示仪表及轻杂质事故保护传感器的正常工作。

（6）密切关注每天的空气漏量，异常升高时分析判断原因，制定措施找漏消漏，消漏后根据日空气漏量的变化进行跟踪验证。

（7）提高运行人员运行维护水平以及异常处理能力，当级联轻杂质含量异常升高的情况下，首先必须保证好主机安全，在此前提下，兼顾级联效率及级联利用率。