Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Число ступеней в каскаде. Зная коэффициент обогащения Ступени Єступ, можно рассчитать необходимое число ступеней z по формулам:
для обогатительной ветви каскада
¦ In 1 °;; (8.18)
*о(1 —х)
для обеднительной ветви каскада
*
W^r^ln^i^. (8.19)
Общее количество ступеней
2=20бог+20бедн. (8.20)
Для ориентировочных расчетов при очень малых (•Cl) значениях х, Xo, а также у выражения в скобках под знаком логарифмов можно отбросить. Из формул (8.18) и (8.19) видно определяющее влияние коэффициента обогащения на число необходимых разделительных ступеней. Например, при среднем значении Єступ=0,0017 (см. табл. 8.2) первый множитель равен 588. Второй множитель — это логарифм суммарного коэффициента разделения акаск, зависящий от выбранных концентраций 235U в отборе, питании и отвале каскада**. Для обогащения 0,03 (3%)
* Коэффициенты обогащения ступеней обогатительной ветви каскадов могут отличаться от коэффициентов обогащения (обеднения) обеднительной ветви.
** Суммарный коэффициент разделения каскада обычно несколько ниже коэффициента разделения ступени из-за частичного перемешивания потоков при объединении ступеней в байпасируемые группы, неточности регулирования потоков легкой и тяжелой фракций, статистического разброса гидравлических параметров.
при 1/=0,002 (0,2%) аКаск.обог«4,4 и In 4,4=1,48, т. е. для обогатительной ветви понадобится установить 870 разделительных ступеней, а для обеднительной ветви аКаск.обеДн~3,5 и In 3,5:? 1,25, т. е. необходимо иметь 735 ступеней, а всего в каскаде потребуется установить (без учета КПД каскада) 1605 ступеней. При i/»0,29% (см. табл. 8.2) число ступеней снижается до 1191.
Как показывают расчеты шведских исследователей экономики газодиффузионной технологии, эти ступени целесообразно иметь двух или трех типов с различной прокачкой газа и, следовательно, с различной мощностью электропривода.
Компоновка диффузионных ступеней в каскаде. Приведем пример компоновки в диффузионном каскаде ступеней большой производительности (рис. 8.7). Для прокачки газа здесь применены мощные многоступенчатые осевые сверхзвуковые компрессоры. Скорость звука в газообразном гексафториде очень мала: ~80 м/с, т. е. почти в 4 раза ниже скорости звука в воздухе. Поэтому компрессоры должны работать со сверхзвуковыми скоростями газа.
К компрессору подводятся два одинаковых потока газа. Первый— обогащенный газ давлением р% продиффундировавший через пористые стенки трубчатых перегородок в делителе (конверторе). Этот газ должен пройти все ступени осевого компрессора, чтобы на выходе из него иметь давление pi и обеспечить разность давлений Ap=pi—рч. Второй — обедненный газ, прошедший вдоль каналов трубчатых пористых перегородок. На выходе он будет иметь несколько сниженное по сравнению с pi давление (потери давления возникают главным образом вдоль трубчатых перегородок в холодильнике и регуляторе). Для восстановления давления до pi этот газ не требуется пропускать через все ступени лопаток осевого компрессора, а только через часть их (достаточно одной-двух). Тем самым удается сократить требуемую мощность электропривода.
Электропривод передает вращение ротору компрессора через вакуумное уплотнение вращающегося вала. Очень важно обеспечить надежную герметичность такого уплотнения от подсоса воздуха в вакуумную полость компрессора. Необходимо заметить, что самая мощная ступень в каскаде завода в Падьюке по ориентировочной оценке имеет электропривод мощностью 1800— 2000 кВт и обеспечивает расход UFe 160 кг/с. Ее разделительная мощность оценивается 5540 ЕРР/год. Стоимость такой машины в 1953 г. по американским данным составляла 480—650 тыс. дол.
При сжатии в Компрессоре газ нагревается и перед входом в делитель должен быть охлажден до соответствующей температуры, исключающей возможность его конденсации. Холодильник вмонтирован в горизонтально расположенный корпус делителя.
На трубопроводе обедненного газа в каждой ступени установлен автоматический регулятор, который поддерживает с высокой точностью расход и давление на входе и выходе из ступени и обеспечивает деление потока пополам и устойчивость работы каскада. Весь процесс работы ступени ведется в вакууме. Все разъемные соединения, сварные швы должны быть герметичными в течение многих лет эксплуатации. Материалы или защитные покрытия рабочих поверхностей, их чистота обработки соответствуют высоким требованиям работы с химически агрессивным газом. Подшипники компрессора и контактные поверхности уплотнения вала емазываются специальной фторированной смазкой, стойкой в гексафториде урана.
Потоки циркуляции газа и потребление энергии. Каскадирование ступеней обеспечивает многократное пропускание через разделительные аппараты одного и того же гексафторида урана и получение в конечном итоге в отборе и отвале урана заданных концентрации-Потоки легкой и тяжелой фракций в каскаде идут в противоположные стороны (противоточная циркуляция). Прокачка газа в каждой ступени осуществляется герметическими компрессорами со степенью сжатия, несколько большей, чем отношение
