Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
г. При очень высоких расходах газа, например, в ступенях больших заводов используют более эффективные многоступенчатые осевые компрессоры. Вал ротора может быть горизонтальным (рис. 3.27) или вертикальным (рис. 3.28, 3.29), так что конструкция диффузионной ступени зависит от этого выбора. Коэффициент полезного действия самого компрессора может быть больше 0,75 [3.121] или даже больше 0,85, а КПД двигателя можно повысить до 0,96 [3.228]. Защиту технологического газа от натекания можно обеспечить с помощью специального вращающегося уплотнения [3.228] с долгоживущей специальной прокладкой (ресурс свыше 50 000 ч [3.230, 3.231]). Контур с технологическим газом на время замены прокладки может быть изолирован извне с помощью затвора. Фирма ЕВРОДИФ выбрала сверхзвуковые осевые компрессоры ввиду их более высокого объемного расхода, несмотря на то что дозвуковые осевые компрессоры имеют несколько больший КПД [3.181].
Степени сжатия для обогащенного н обедненного потоков га-зодиффузионной ступени Р/Р' и Р/Р" сильно различаются. Для потока обогащенной фракции принципиально необходимо использовать компрессор с высокой степенью сжатия. Давление же обедненного газа Р" можно повысить до более высокого давления на питании с помощью вентилятора или эжектора [3.183]. Оно может также быть понижено до Р', соответствующего обогащенной фракции, дросселированием газа через дроссельный клапан (который одновременно может выполнять функцию регулирования)
132
[3.25]; такое решение удваивает потребление энергии и может применяться только в головных ступенях каскада высокого обогащения [3.179].
Для сжатия как обогащенного, так и обедненного потока в больших ступенях каскада применяют только один компрессор с двумя отдельными входами всасывания. Эти входы всасывания располагаются на различных ступенях сжатия; в осевом компрессоре вход всасывания обедненного газа расположен сбоку, после первого рабочего колеса [3.227]. Регулирующий клапан на потоке обедненного газа может быть встроен в компрессор в виде специальных направляющих лопаток для избежания тепловыделения в дросселирующем вентиле при пропускании очень большого потока газа [3.181]. В секции высокого обогащения на заводе в Портсмуте [3.206] и в недавних американских проектах [3.208, 3.232J применяется компоновка в виде групп из трех или четырех ступеней внутри блока из 12 (или 16) ступеней, причем в каждой группе имеется только один компрессор с двумя входами всасывания и один компрессор полного расхода (см. рис. 3.2, в); циркуляция обогащенного потока в остальных двух (или трех) ступенях обеспечивается компрессорами с одним входом всасывания, обедненный же поток примешивается (см. рис. 3.22, г) к соответствующему обогащенному потоку (блочно-групповая схема).
Компрессоры для межкаскадных коммуникаций должны отличаться от компрессоров ступеней, имеющих два входа всасывания. Компрессор ступени в секции обогащения должен пропускать полный расход L = 2L' — Я при коэффициенте деления потоков 0 = = L'/L= 1/(2 — Я/L')— 1/2. Компрессор головной ступени каскада А, расположенный рядом с коммуникацией, идущей на каскад
В, пропускает полный расход L= (L'д + L'B—Р) при коэффициенте деления потоков 0 — L'B/ (L'A-\-L'B— Я)—1/3 (если межсту-пенный поток в каскаде В вдвое меньше, чем в каскаде А). Аналогично, компрессор хвостовой ступени в каскаде В должен работать с таким же полным расходом (L'x-\-L'B — Р), но при коэффициенте деления потоков L'л/(L'Л4-Ь'п — Я)—2/3. Поэтому более простым решением здесь может быть применение двух отдельных подкачивающих компрессоров на обеих фракциях — обогащенной и обедненной [3.206].
3.4.4. Другие компоненты заводов
Делитель. По своей конструкции делитель, содержащий пористые фильтры (см. рис. 3.27), имеет сходство с хорошо известным теплообменником — трубчатые или плоские пористые фильтры располагаются в делителе совершенно таким же образом, как трубки или пластины в теплообменнике [3.225, 3.227].
Система теплоотвода. Конструкция холодильника или теплообменника должна обеспечивать отвод теплоты адиабатического сжатия либо из потока питания при высоком давлении (как в существующих промышленных заводах [3.181, 3.227]), либо из по-
133
тока обогащенного газа при низком давлении (как в проектах новых заводов [3.209, 3.232]) (см. рис. 3.22). В обоих случаях низшая температура То должна быть достаточно высокой во избежание опасности конденсации UFe, точка Р, (То) на диаграмме состояния гексафторида урана должна располагаться значительно ниже кривой давления пара PV(T0) (см. рис. 3.25).
На всех заводах США [3.15, 3.206, 3.227] в качестве хладоаген-та применяется фреон R-114 (тетрафтордихлорэтан, CC1F2 — CC1F2), который имеет точку кипения 3°С при атмосферном давлении. Поскольку давление паров хладоагента всегда находится на уровне нескольких атмосфер, гексафторид урана не проникает в холодильник. Хладоагент фреон R-114, будучи инертным, не реагирует с UF6 и с конструкционными материалами контура технологического газа; течь из холодильника не может повредить гексафториду урана или пористым фильтрам. Теплота, передаваемая от сжатого газа, вызывает кипение хладоагента. Пары охлаждающей жидкости отводятся по трубкам через ловушку к установленному наверху конденсатору, где их теплота передается охлаждающей воде, а сконденсировавшийся жидкий хладоагент возвращается в газоохладитель под действием силы тяжести [3.207J. Вода направляется в обычную градирню. Такая система охлаждения с двойным контуром преследует и другую цель: она предотвращает опасность самопроизвольной цепной реакции в тех секциях завода, в которых имеется высокая концентрация 235U. Фреон-114 не содержит водорода в отличие от воды и поэтому не будет замедлять нейтроны при случайном смешивании технологического газа с хладоагентом. Вторичный контур водяного охлаждения используется также для отвода тепла из системы масляного охлаждения двигателей компрессора [3.206, 3.233].
