Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
цессе эксплуатации обслуживания, а также газопроводы расположены на отдельном этаже, образующем изолированное термостатированное помещение, где может поддерживаться температура ~60°С, исключающая конденсацию гексафторида урана при рабочем давлении 600—700 мм рт. ст. (~0,1 МПа). Компрессоры, холодильники и электродвигатели, требующие периодического обслуживания и ремонта, размещаются в верхнем помещении. Диффузионные агрегаты объединены в каскады в виде блоков — ячеек, включающих по 20 ступеней. Отдельные блоки при необходимости с помощью клапанов могут отключаться от действующих каскадов.
Рис. 7.9. Бак-делитель диффузионной ступени завода фирмы «Евродиф» при транспортировании после снаряжения пористыми перегородками
7.9. МЕТОД РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО СОПЛА
В ФРГ под руководством проф. Беккера с 1970 г. разрабатывался оригинальный метод разделения изотопов урана с помощью? ^•разделительного сопла. Уступая диффузионному методу по ряду технико-экономических показателей, метод разделительного сопла привлекает отсутствием столь сложного элемента, определяющего диффузионный процесс разделения, как пористые перегородки. Следует заметить, что изготовление разделительных ячеек (сопл) также требует очень высокой точности исполнения и обеспечения размеров, измеряемых микронами (радиус кривизны 50—100 мкм и т. п.).
Метод разделения газообразной смеси изотопов урана в сопле основан на" явлении диффузии под действием центробежных сил. В результате расширения , (степень расширения ~4) в сильно изогнутом сопле Лаваля (рис. 7.10) струм газообразного UF6 в смеси с водородом или гелием приобретает большую скорость. Под влиянием центробежных сил создается сепарация — потоки легкой фракции (обогащенной 235U) и потоки тяжелой фракции (обедненной 235U) разделяются И далее по своим каналам отсасываются двухступенчатым компрессором. Первичный коэффициент обогащения методом сопла в несколько раз выше, чем при газодиффузионном методе, но и потребление электроэнергии на 1 EPP выше.
На рис. 7.11 показана принципиальная конструкция сепарирующего элемента трубчатого типа, имеющего 10 продольных сепарирующих щелей-сопл. Сепарирующий элемент, выполненный из сплава Al—Mg, имеет длину 2 м и внешний диаметр 100 мм. Подобно пористым трубкам диффузионной ступени сепарирую-
Рис. 7.10. Схема работы
Рис. 7.11. Конструкция сепарирующего элемента:
/ — питание F; 2 — легкая фракция (л. ф.) Р; 3 — тяжелая фракция (т. ф.) W
щие элементы (их 82) устанавливаются в большом (0 2,2 м) баке-делителе в три концентрических ряда. Каждая щель-сопло обеспечивает за год разделительную работу, равную 23 ЕРР, а вся ступень ~190О ЕРР.
На рис. 7.12 показан продольный разрез разделительной ступени в сборе, имеющей вертикальную компоновку, аналогичную диффузионной ступени на за« воде фирмы «Евродиф». Двухступенчатый центробежный компрессор рассчитай на объемный расход газовой смеси (5% UF6 и 95% Не) ~100 000 м3/ч и степень сжатия 4—5.' Расчетное значение удельного расхода энергии ~5500 кВт-ч/ЕРР, что более чем в 2 раза превышает удельный расход энергии при диффузионном методе. Повышенные затраты мощности объясняются ие только необходимостью прокачивать огромные количества гелия, но и трудностями обеспечения вакуумной герметичности и пожаробезопасности.
По расчетам фирмы STEAG (ФРГ) для получения урана 3 °/о-ного обогащения при «/=0,25-т-0,3 % необходимо установить в каскад 270 ступеней указан-
ного типа и 180 ступеней в 3 раза меньшей производительности, что позволит-обеспечить общую разделительную работу, равную 520 ООО ЕРР/год. Полезная мощность электропитания такого завода составит 370 МВт, а установленная —500 МВт.
Бразилия заключила соглашение с ФРГ о сооружении Ііескольких АЭС с реакторами PWR и разделительного завода мощностью 0,2—1 млн. ЕРР/год с использованием метода разделительного сопла.
В 1985—1986 гг. вРезенде (Бразилия) проведены испытания первого каскада опытного завода, состоящего из 24 ступеней с радиусом отклоняющей канавки 100 мкм. Построены и испытаны в ФРГ разделительные ступени трех типоразмеров (CR-33, CR-100, CR-300) с компрессорами производительностью 33, 100 и 300 тыс. м3/ч соответственно. В качестве газа-разбавителя принят гелий. Разделительная мощность CR-300 с использованием разделительных элементов, изготовленных методом рентгеновской литографии и гальванопластики (LlGA-метод), составит 15—22 тыс. ЕРР/год, т. е. в 1,5—2 раза больше мощности самой крупной диффузионной ступени на заводе фирмы «Евродиф».
7.10. ДИФФУЗИЯ ИЛИ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ?
До того как была создана национальная фирма «Евродиф», в Западной Европе к практической реализации программы строительства разделительных заводов на основе кооперирования и сотрудничества приступили ФРГ, Нидерланды и Великобритания («Тройка»). Они отказались от развития диффузионного метода ч приняли к разработке метод получения обогащенного урана с помощью противоточных ультрацентрифуг, обеспечивающий высокие технико-экономические показатели при работе на весьма больших скоростях вращения разделительных роторов*.
