Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Температура гексафторида и стенок не должна быть ниже той, при которой, как указывается на р—^-диаграмме UF6 (см. § 8.1), может начаться конденсация гексафторида (превращение в твердую фазу), но она не должна быть и излишне высокой. Повышенная температура ускоряет процессы диссоциации гексафторида, его взаимодействие (коррозию) с материалами омываемых им поверхностей и переход газа в необратимые нелетучие соединения с выделением агрессивного свободного фтора и паров плавиковой кислоты.
При делении потока F пополам (коэффициент деления потока 8^0,5) начальная концентрация х0 равна средней концентрации легкой Х\ и тяжелой X2 фракций:
X0=Qxx+ (1—9)%; х0={хх+х2)12. (8.14)
Коэффициент разделения ступени аСтУП запишется как отношение относительной концентрации легкого изотопа к концентрации тяжелого после и до процесса обогащения:
а"у"--m-г——т,-г- (ЙЛ01
Коэффициент ПОЛНОГО Обогащения СТупеНИ Еступ=аступ—1. Его
сокращенно можно представить в таком виде: для х<С 1 [более точная формула (8.12) ]
еступ=Х!/хо—l=(Am/2m) (1—p2/pi). (8.16)
Ясно видна зависимость естУП от разности молекулярных масс газов, диффундирующих через пористую перегородку, а также от разности давления газа на перегородку.
- Разделительная способность, или разделительная мощность диффузионной ступени, как показано в § 7.4, выражается простой формулой [см. (7.25)^ Єступдає/2]:
817 ^Fe?Tyn/2^fss/8.
(8.17)
Поскольку єступ — безразмерная величина, то размерность 8U та же, что и расхода газа, т. е. кг/с, кг/сут, кг/год или т/год.
Каскадирование. Так как обогащение урана при однократном прохождении через газодиффузионную ступень весьма мало, то для получения необходимых концентраций 235U требуется последовательное пропускание потока гексафторида через многие ступени, т. е. их последовательное соединение подобно звеньям цепи. Такое соединение называется каскадом.
Схема каскадирования однотипных диффузионных ступеней приведена на рис. 8.4. В компрессор К ступени п—1 поступают два разных по массе потока газа: G/2 и G/2, имеющие одинаковую концентрацию Со 235U. В делителе Д поток G делится пополам: обогащенная (легкая) фракция, получившая приращение концентрации 235U на величину Д, направляется вправо — к компрессору следующей ступени, а обедненная (тяжелая) фракция массой G/2 со сниженной на величину Л концентрацией 235U — влево — к компрессору предыдущей ступени. Этот процесс повторяется в каскаде по всем ступеням.
Ступень п-1 Ступень п Ступень п+1 Ступень п+2.
Рис. 8.4. Схема соединения ступеней в каскад и движения потоков газа:
К — компрессор с электроприводом; X — холодильник; Д — делитель (бак с пористыми перегородками)
Отбор
Обогатительная ветвь
Расход UFg через ступень
Обеднитепьне* ветвь
обедненного продукта
Рис. 8.5. Схема идеального каскада
Идеально организованный в каскаде процесс обогащения характерен тем, что поток гексафторида, движущийся вперед (по направлению движения легкой фракции) и назад к отвалу (по направлению движения тяжелой фракции), должен постепенно снижать- nw&wf ся, а в направлении к отборной части каскада — очень резко. Здесь поток должен быть равен отбору или превосходить его примерно в 2 раза. Таким образом, массовый расход газа, прокачиваемого головными ступенями, должен
быть в каскаде максимальным и уменьшается во много раз в направлении к отборной части. Например, если надо обогащать природный уран до х=10°/о, то через последнюю ступень отборной части каскада нужно прокачивать в единицу времени в •—20 раз меньше гексафторида (помассе), чем через ступень, в которую вводится питание. Для этого каскада потребуются ступени, отличающиеся по расходу, прокачиваемого компрессорами газа в 20 раз, а если доводить обогащение до 90% —то в -—'200 раз.
На рис. 8.5 показана схема идеального каскада диффузионного завода. На схеме видно плавное убывание расхода газа через ступени идеального каскада. По существу, каждая ступень в идеальном каскаде должна работать при отличающейся от других ступеней производительности.
Идеальный каскад характеризуется тем, что его разделительная работа равняется сумме работ отдельных ступеней. В нем нет потерь из-за смешивания потоков газа с различным обога-
Рис. 8.6. Схема построения диффузионного завода из пяти прямоугольных каскадов с применением ступеней четырех типоразмеров по расходу газа (1—4) в максимальном приближении к форме идеального каскада (показан штриховой линией)
UFg
Питание
11 л
іГ
І»; •і!
—"Отбор обогащенною урана
/Расход UF6 через ступень
Отдап
обедненного урана
щением, поэтому КПД разделительной работы равен единице. Но строить диффузионный завод, применяя большое количество типоразмеров ступеней (по расходу газа и потребляемой мощности), непрактично и дорого. Чтобы уменьшить число применяемых типоразмеров ступеней, идеальный каскад разбивается на ряд усредненных прямоугольных каскадов. Входящие в прямоугольный каскад диффузионные ступени одинаковы по конструкции и работают при одинаковом расходе газа. Оптимальное построение завода из таких прямоугольных каскадов позволяет иметь довольно высокий КПД. На рис. 8.6 приведена близкая к оптимальной схема ступенчатого прямоугольного каскада с КПД=94 %, рассчитанного на получение 2000 т в год обогащенного (до 3 °/о 235U) урана. Этот каскад набирается из ступеней четырех типоразмеров, различающихся по расходу газа и потребляемой мощности. Если бы идеальный каскад был заменен прямоугольным со ступенями одного размера, то его КПД был бы не более 77%, а со ступенями двух типоразмеров — не более 90%.
