Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
9
ности для дальнейшего улучшения пористых фильтров: американские н французские специалисты единодушны в этой оценке.
Делители и компрессоры, которые являются главными элементами ступени, также совершенствуются. Делители стандартных ступеней во вновь проектируемых заводах имеют большие размеры, что соответствует большей площади пористых фильтров, и имеют теплообменники в газовых линиях низкого давления, а не в линиях высокого давления, как в старых проектах. Преимущества такой концепции (сокращение удельной площади пористых фильтров вследствие повышения температуры процесса и уменьшения удельной мощности сжатия) предсказывались уже давно [1.5].
В газовых осевых компрессорах для увеличения КПД усовершенствованы все'элементы (лопатки, газовые каналы, статоры и сопла). В результате минимизации межступенных и межблочных потерь снижены энергетические затраты.
Таблица 1.6. Существующие или ожидаемые удельные энергозатраты на различных газоднффузионных заводах
Завод Год кВт-ч(кг
ЕРР
Ок-Ридж, Падьюка, Портсмут 1976 3080
Ок-Ридж, Портсмут 1981 2370*
Трикастен 1981 2450
* После завершения программ CIP+CUP (по оценкам 1978 г.).
Схема завода сегодня выглядит более компактной как в американских, так и во французских проектах, которые различаются компоновкой (горизонтальной и вертикальной) делителя и компрессора.
В американских проектах предложена многоступенчатая блочно-групповая схема. По этой схеме на группе ступеней (обычно включающей две или четыре ступени) создают градиент давления, чтобы избежать повторного сжатия не-продиффундировавшей части, подаваемой с выхода каждой последующей ступени на вход предыдущей. Повторное сжатие произодится только один раз в каждой группе. Преимущества групповой схемы заключаются в снижении стоимости завода и в увеличении КПД сжатия.
Ожидается, что при строительстве новых газодиффузионных заводов удельные энергетические затраты будут снижаться (табл. 1.6). Сравнение энергетических затрат с минимальным теоретическим значением, равным 634 кВт-ч/кг ЕРР с теплоотводом прн 300 К, показывает, что здесь есть еще большие резервы. Удельные энергозатраты ниже 2100 кВт/кг ЕРР уже были приняты для вновь проектируемых заводов с производительностью в 10 000 ЕРР/год [1.6].
Известно, что потребление электроэнергии, хотя оно и имеет важное значение, все же не играет решающей роли в экономичности процесса разделения. Диффузионный метод требует больших капитальных затрат, нежели энергетических. Однако, как отмечено в [1.6], развитие технологии приводило в прошлом к устойчивому общему экономическому удешевлению метода в течение нескольких лет на 2—3 % в год. Диффузионный метод все еще конкурирует с новыми методами обогащения изотопов, имеющими целью коммерческое применение в промышленных масштабах.
10
1.2.2. Центробежный метод
Конкурирующим методом газовой диффузии становится в настоящее время центробежный метод. Создание новых материалов, позволивших улучшить конструкцию подшипников и ротора, существенно изменило первоначальные экономические оценки, сделанные более двадцати лет назад.
За это время для аэрокосмической индустрии был разработан целый ряд высокопрочных и относительно легких материалов, в том числе алюминиевые и титановые сплавы, специальные стали (маргенситно-старегощие) и композиционные материалы на основе стеклянных и угольных волокон, а также ароматических полиамидов (кевлара — разновидности нейлона). Типичные характеристики некоторых материалов приведены в табл. 1.7.
Таблица 1.7. Материалы, которые могут быть использованы для изготовления роторов
Материал Прочность на разрыв кге/мм3* Плот- ность, г/см3 Максимальная окружная скорость, м/с
Алюминиевые сплавы Е0 2,8 425
Титановые сплавы 90 4,6 440
Высокопрочные стали 170 8 455
Мартенситио-стареющие стали 250 — .300 8,1 550 — 600
Стекловолокно/смола 70 1,9 600
Угольное волокно/смола 160 1,55 950
Кевлар (нейлон/смола) 150 1,33 1100
* 1 кгс/мм^МОббб-Ю6 Па. — Прим. ред.
Программы развития центробежного метода имеются в Европе, США и Японии.
В Европе первым шагом в этом направлении стала эксплуатация в течение нескольких лет пилотных установок производительностью по 25 т ЕРР/год. Опыт, накопленный на этих установках, позволил совместному англо-немецко-голландскому предприятию «Юренко-Сентек» перейти к демонстрационной фазе. В 1977 г. два демонстрационных завода производительностью по 200 т ЕРР/год начали работать в Кейпенхерсте (Великобритания) и Алмело (Нидерланды) соответственно.
В Кейпенхерсте используются центрифуги английской, а в Алмело—немецкой конструкций. Технические детали и данные по разделительной мощности центрифуг отсутствуют, однако в открытой печати есть приблизительные сведения: 3 кг ЕРР/год в Великобритании и 5—6 кг ЕРР/год в ФРГ.
Первым шагом промышленного применения этого метода в Европе будет строительство двух заводов производительностью 1000 т ЕРР/год каждый. Решение о строительстве такого завода еще не принято.
В США за два последних десятилетия были освоены три вида центрифуг: SET I (1965), SET II (1967) и SET III (1969). В Ок-Ридже работает опытная установка для испытания центрифуг (рис. 1.1).
