Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
давлений р\/рч на пористой перегородке, чтобы покрыть все гидравлические сопротивления в трассе циркуляции. Однако давление pi обедненного потока газа, который не. проходит сквозь пористые перегородки, практически меняется мало, и для передачи в предыдущую ступень (см. рис. 8.4) потребуется меньшая степень сжатия и, следовательно, меньшая мощность. Поэтому необходимо иметь на каждой ступени основной компрессор полного расхода газа через ступень и вспомогательный компрессор половинного расхода. Как видно из рис. 8.7, на американских заводах подкачку выполняют одна-две ступени общего осевого компрессора.
Мощность завода по обогащению урана, где применяется метод газовой диффузии, довольно точно может быть охарактеризован не только суммарной разделительной работой, но и потребляемой мощностью, которая определяется суммарным расходом газа, прокачиваемого компрессорами через все ступени. Необходимое количество применяемых на заводе пористых перегородок и потребляемая мощность компрессоров пропорциональны суммарному расходу G всех межступенчатых потоков по обогатительной С0бог и обеднительной G06em ветвям. Суммарный расход G всего каскада находят по формуле
Здесь Єфакт можно принимать равным Еступ, как в формулах
Пример. Для получения в прямоугольном каскаде 120 кг в час (~1 ООО т в год) обогащенного (до 3%) продукта при Xy=Q,2% нужно подавать на питание F 660 кг в час природного продукта. Было подсчитано, что для этой цели при е = 0,0017 потребуется ~1605 ступеней. Отвал №=660—120=540 кг/ч. Необходимая суммарная разделительная работа равна 4,3 млн. EPP в год. Вычисления показывают, что суммарный расход циркулирующего потока, проходящего через 16Q5 ступеней, составляет ~6,6 млн. т/ч, т. е. в 55•1O6 раз больше отбора обогащенного продукта. Непрерывная циркуляция таких газовых потоков вызывает огромные затраты электроэнергии: ~2750 кВт-ч на 1 ЕРР, и для данного каскада они составят ~12-109 кВт-ч в год. Этим и объясняется столь высокая энергоемкость газодиффузионного метода обогащенного урана.
Суммарный расход газа, циркулирующего в ступенях диффузионного завода, в миллионы раз превышает поток отбора обогащенного продукта.
При эксплуатации газодиффузионного завода внутри ступеней должно постоянно находиться весьма большое количество UF6 с различным содержанием 235U. Это так называемое инвентарное заполнение каскадов гексафторидом урана должно учитываться в калькуляциях за обогатительный сервис. Инвентарное заполне-
G — ^йбог 4~ ^обед
(8.21)
(8.16) и (8.17).
ниє тем выше, чем выше среднее равновесное давление газа в ступенях и чем больше объем их газового заполнения.
Высокая «инерционность» диффузионных каскадов. Каждая ступень в диффузионном каскаде должна иметь концентрацию Xn+i 235U, отличающуюся от предыдущей Xn и следующей за ней
КОНЦеНТраЦИИ Хп+2 В СООТВеТСТВИИ C СООТНОШеНИеМ* Хп+\=Хп+гХп
на величину, равную коэффициенту обогащения. И так как объемы газовых полостей ступеней и каскадов значительны и содержание газа в них велико, то для достижения равновесного состояния по концентрациям газа в каждой ступени (после чего только и можно брать отбор обогащенного продукта заданной концентрации) должно пройти значительное время (например, несколько недель) безотборной работы. Это создает громадные трудности в эксплуатации и связано с большими затратами. Следовательно, недопустима остановка диффузионного каскада по любой причине (потеря электропитания, срыв охлаждения и т. п.), так как это приводит к перемешиванию потоков различной концентрации, к длительному нарушению процесса, большим затратам энергии и потерям продукта. После остановки для восстановления нормальной работы каскада могут потребоваться значительное время и дополнительные затраты. Отсюда вытекают и чрезвычайно высокие требования к длительной надежности, безотказности и отработанности всего технологического оборудования, приборов и автоматики. Чтобы смягчить тяжелые последствия возможных аварийных остановок (а также в ремонтных целях), каскады диффузионных заводов разделяются на блр,ки — группы ступеней, автоматически отключаемые и байпа-сируемые по газу. Оборудование диффузионного завода должно быть взаимозаменяемым и ремонтопригодным, с высокой степенью унификации и стандартизации. Таким образом, важнейшая особенность диффузионного завода — надежная непрерывная работа. Всякая перестройка эксплуатации диффузионных каскадов (изменение концентрации питания, отбора и отвала) требует затрат, ведет к потерям времени продуктивной работы, снижению производительности завода и увеличению стоимости разделительной работы.
Влияние на экономику разделения качества пористых перегородок. При температуре 80 0C и давлении 1 ат (98 кПа) средняя длина свободного пробега молекулы UF6 равна ~0,03 мкм, следовательно, при таких условиях нужны очень малые поры. При снижении давления газа длина свободного пробега увеличивается. Выбор рабочего давления газа (а с ним связаны объемы, проходные сечения и в целом габариты диффузионной ступени) зависит от того, какой пористой перегородкой располагает конструктор разделительной ступени.
