Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.12. Система фототравления, являющаяся частью автоматической линии для производства разделительных элементов
16* 243
Рис. 5.13. Поперечное ссчеиие большой ступени.
/__контрольный контур; 2 — регулирующий вентиль; 3 — тяжелая фракция; 4 — ре-
зервуар легкой фракции; 5 — разделительные элементы; 6—питание; 7 — крестовина? 8 — холодильник; 9 — компрессор; 10 — двигатель
244
травления была создана фирмой «Сименс» (рис. 5.12). В настоящее время ее производительность составляет около 2500 м длины щели в год.
5.3.2. Разделительные ступени
Большие партии промышленных разделительных элементов испытывали на двух образцах ступени, предназначенных для разделительного завода промышленного масштаба*. На рис, 5.13 показано поперечное сечение так называемой большой ступени, в которую входит около 80 трубчатых разделительных элементов длиной 2 м [5.21]. Ступень состоит из резервуара, содержащего разделительные элементы, системы распределения потоков (крестовина), двухступенчатого устройства для охлаждения газа, двухступенчатого центробежного компрессора, а также электродвигателя, жестко связанного с компрессором. Вследствие своей высокой пропускной способности ступень испытывалась в режиме замкнутого цикла. Тяжелую фракцию повторно направляли в верхнюю часть замкнутого контура и смешивали с легкой фракцией, приходящей из разделительных элементов. На рис.
5.14 показана ступень, смонтированная в июле 1970 г. На начальной стадии эксперименты были успешны. Основные узлы ступени работали безаварийно, несмотря на то, что они подвергались большой нагрузке в более чем 600 пусках, а также в испытаниях на предельную максимальную нагрузку и устойчивую работу.
На основе экспериментальных данных, полученных на первом образце ступени, фнрой «Штеаг» был разработан усовершенствованный вариант разделительного устройства [5.19]. На рис. 5.15 показана схема включения разделительных элементов в так называемую малую ступень, поток газа в которой составляет примерно Уз общего потока большой ступени. Разделительные элементы располагаются компактно для облегчения их установки. Все основные компоненты малой ступени проектировались с учетом требований массового производства. Результаты типич-
* Так как ступени были изготовлены несколько лет назад, некоторые из их рабочих параметров существенно отличаются от представленных в табл. 5.1.
Рис. 5.14. Внешний вид большой ступени
245
Рис. 5.15. Схема включения разделительных элементов в малую ступень
ного испытания малой ступени приведены на рис. 5.16. С точностью до экспериментальной погрешности они указывают на постоянство во времени разделительной мощности устройства.
1 WU ¦ С; с ZOO Cb U. 2 5 C? 100 ¦
$o5^oo~& o°o о 0 $4 °dJb° 0°0^ ? °o0o°o# 0 ° e
‘too 600 Время функционирования, ч
800 1000
Рис. 5.16. Зависимость разделительной способности малой ступени от продолжительности функционирования
Одна из целей предварительных контрольных испытаний заключалась в разработке наиболее экономичных методов сборки узлов промышленного завода из разделительных сопл. До самого последнего времени «чистые условия» сборки не применялись. Вместо этого во время испытаний присутствующие в системе аэрозоли предварительно собирались фильтром [5.22].
5.3.3. Конструкция каскада и устройства возврата UF6 в цикл
На рис. 5.17 показана схема промышленного каскада с двумя типами разделительных ступеней. Использование двух типов ступеней с отношением пропускных способностей 1 : 3 позволяет до-
246
стичь приблизительно 90% эффективности соответствующего идеального каскада. Около 500 ступеней соединяют последовательно таким образом, чтобы производить обогащенный гексафторид урана, содержащий 3% 235U, и иметь в обедненной фракции примерно 0,3% 235и.
Устройство возврата UF6 8 цикл
Чистый Водород
Отбор 3 %
о/ 235 I
Легкая фракция верхних ступеней
Каскад из разделительных сопл
-300 больших ступеней
Т
_____I
Питание с естественным изотопным составом 0,71 %гз5Ц
т
I______
Отвал '3%Z3S U
Рис. 5.17. Схема промышленного разделительного каскада из сопл с двумя типами разделительных ступеней
Легкие фракции верхних ступеней подвергают обработке в устройстве возврата UF6 в цикл (см. разд. 5.2.3). Его схема (рис. 5.18) включает в себя специальную разделительную ступень, снабженную низкотемпературной вымораживающей тепло-обменной системой [5.23]. За счет действия этой разделительной ступени около 80—90 % UF6 непрерывно поступает обратно в верхнюю часть каскада. Остаток UF6 вымораживается при температуре между —30 и —120 °С в системе противоточных теплообменников, функционирующих в циклическом режиме. Как показано на рис. 5.19, теплообменники включают в себя дополнительные каналы для потока охлаждающей среды, температурный профиль которого может быть в достаточной степени проконтролирован. Гексафторид урана десублимируется в канале относительно большого диаметра, оборудованном зигзагообразными ребрами многозаходного типа.
Прототип описанной выше вымораживающей системы был построен фирмой «Линде» (Мюнхен). Эксперименты, выполненные на смеси UF6—Н2 в условиях реального технологического процесса, показали, что даже при наибольшей достижимой разнице тем-
