ПРОМЫШЛЕННАЯ ГРУППА ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ Российский патент 2009 года по МПК B04B5/08 B01D59/20 

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смесей газов и изотопных смесей, и в частности к промышленным группам газовых центрифуг в виде многоагрегатных стендов, отсекаемых групп, секций, блоков заводов по разделению изотопов урана или стабильных изотопов.

Известны промышленные группы газовых центрифуг на установках по обогащению урана в Портсмуте (США), имеющие одноярусную компоновку с центрифугами, установленными на фундаментах (Ж. «Nuclear Engineering International», Сентябрь 2003, с.36-39).

Известны промышленные группы газовых центрифуг на заводах по обогащению урана фирмы Юренко в Голландии, Германии и Англии, имеющие одноярусную компоновку с центрифугами, установленными на массивных фундаментах (Рекламный проспект фирмы URENCO «Uranium Enrichment Services», WH/9/94, с.8-9).

Недостаток конструкции такой компоновки состоит в том, что она не обеспечивает высокой плотности расположения технологического оборудования и получения высокой производительности с единицы объема промышленного здания, особенно при эксплуатации большого количества коротких подкритических газовых центрифуг.

Наиболее близким к изобретению является известная промышленная группа газовых центрифуг для разделения изотопов по патенту RU 2280511, кл. В04 В9/12, 27.07.2006, выполненная из ряда колонн с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте агрегаты газовых центрифуг, корпусы которых закреплены рядами на общей раме.

Известная промышленная компоновка газовых центрифуг обеспечивает высокую плотность разделительного оборудования в объеме промышленного здания, однако при расположении завода в зонах с переменными по сезонам года климатическими условиями возникает необходимость поддержания в разделительных цехах достаточно стабильного температурного режима, поскольку производительность газовых центрифуг и надежность их работы существенно зависит от температурных условий их эксплуатации. Для поддержания необходимых температурных условий эксплуатации газовых центрифуг в производственных цехах приходится затрачивать значительные энергетические ресурсы. Кроме того, при многоярусном расположении агрегатов газовых центрифуг температурный режим работы центрифуг верхних и нижних ярусов существенно отличается, что приводит к потерям производительности оборудования.

Задача изобретения - повышение эффективности эксплуатации промышленной группы газовых центрифуг с большим количеством ярусов, снижение энергетических затрат на эксплуатацию и повышение производительности и надежности оборудования.

Поставленная задача решается тем, что в промышленной группе газовых центрифуг для разделения изотопов, выполненной из ряда колонн с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте агрегаты газовых центрифуг, металлические корпусы которых, закрытые верхними и нижними крышками, закреплены рядами на общей раме, длина корпуса составляет не менее 0,6 величины от высоты яруса.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг газовые центрифуги агрегата частично или полностью теплоизолированы от наружного пространства.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена на корпусе газовой центрифуги.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена на верхней крышке.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена на нижней крышке.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена в виде пакета, частично или полностью охватывающего одну или несколько центрифуг.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена в виде пакета, частично или полностью охватывающего один или несколько агрегатов.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена в виде пакета, частично или полностью охватывающего ярусы агрегатов, расположенных между двумя или несколькими соседними колоннами.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена в виде одной или нескольких панелей, частично или полностью теплоизолирующих одну или несколько центрифуг.

Кроме того, в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена в виде одной или нескольких панелей, частично или полностью тeплоизолирующих один или несколько агрегатов.

Дополнительно в промышленной группе газовых центрифуг теплоизоляция выполнена в виде одной или нескольких панелей, частично или полностью теплоизолирующих ярусы агрегатов, расположенных между двумя или несколькими соседними колоннами.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в том, что предлагаемая конструкция промышленной группы газовых центрифуг выравнивает температурный режим газовых центрифуг по высоте ярусов компоновки, что повышает надежность оборудования и его производительность, уменьшает эффективность теплообмена между агрегатами газовых центрифуг и цехом производства, что снижает суммарные производственные энергозатраты.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг.1 схематично изображен фронтальный вид размещения агрегатов газовых центрифуг в известной конструкции промышленной группы с примерами вариантов теплоизоляции; на фиг.2 - фронтальный вид размещения агрегатов газовых центрифуг в конструкции промышленной группы по настоящему изобретению с примерами вариантов теплоизоляции; на фиг.3 - фронтальный вид другого размещения агрегатов газовых центрифуг в конструкции промышленной группы по настоящему изобретению с примером варианта теплоизоляции.

Известная промышленная группа, показанная на фиг.1 содержит ряд колонн 1, установленных на фундаменте 2 и связанных ригелями 3. На колоннах 1 выполнены четыре яруса консолей 4 и в четыре яруса по высоте на консолях 4 закреплены агрегаты 5. Расстояние между ярусами консолей составляет величину Н₀. Агрегаты 5 выполнены в виде закрепленных на общей раме 6 корпусов 7 газовых центрифуг, которые могут иметь рубашки охлаждения 8. Длина металлического корпуса составляет величину h₀. Корпус 7 центрифуги снизу закрыт крышкой 9, а сверху закрыт крышкой 10, соединенной газовыми трубками 11 с 3-канальным агрегатным газовым коллектором 12. Рубашки охлаждения 8 агрегата соединены между собой водяными трубками 13, а крайние рубашки охлаждения соединены с напорным коллектором 14 для подачи охлаждающей жидкости (воды) и сбросным коллектором 15. Рубашки охлаждения или другие устройства для охлаждения или нагревания и поддержания температурного режима центрифуги могут быть размещены и/или на нижней 9 и верхней 10 крышках. Для известных многоярусных компоновок длина корпуса h₀ не превышает 0,5 части от величины расстояния между ярусами консолей Н, так что выполняется соотношение h₀<0,5Н₀.

В варианте конструкции промышленной группы по настоящему изобретению, показанном на фиг.2, при такой же четырехъярусной компоновке агрегатов 5 центрифуг длина h₁ корпуса 16 увеличена по сравнению с корпусом 7, а крышка 9 и крышка 10 частично утоплены внутрь корпуса 16. Расстояние между ярусами консолей, составляющее величину H₁, оставлено неизменным, равным Н₀. При этом за счет увеличения длины h₁ корпуса 16 выполняется соотношение h₁>0,6H₁.

В варианте конструкции промышленной группы по настоящему изобретению, показанном на фиг.3, при такой же длине h₂ корпуса 16 по сравнению с корпусом 7 четырехъярусной компоновки агрегатов 5 центрифуг (т.е. h₂=h₀), расстояние между ярусами консолей составляет величину H₂, меньшую Н₀. Это достигается за счет уменьшения вертикальных размеров крышки 17 по сравнению с крышкой 9 и крышки 18 по сравнению с крышкой 10, а также за счет горизонтального размещения газового коллектора 19 по сравнению с вертикальным размещением коллектора 12 (такие компоновки используются, например, в патенте JP57113829, 1982-07-15, "CENRIFUGAL SEPARATOR"). Таким образом, в этом варианте компоновки также выполняется соотношение h₂>0,6Н₂.

В конструкции промышленной группы, показанной на фиг.1, по варианту настоящего изобретения на корпус 7, на крышки 9 и 10 устанавливается теплоизоляция, например, в виде теплоизолирующего покрытия на поверхности корпуса 7 и крышек 9 и 10 (на чертеже не показано) или в виде теплоизолирующего пакета 20, охватывающего каждую центрифугу агрегата 5 и отделяющего центрифугу от наружного пространства, пространства цеха.

Теплоизоляция может быть выполнена в виде теплоизолирующего пакета 21, охватывающего одновременно все центрифуги агрегата и отделяющего агрегат от наружного пространства, от пространства цеха.

Теплоизоляция может быть выполнена в виде теплоизолирующего пакета 22, охватывающего одновременно все центрифуги нескольких, например двух, агрегатов 5.

Теплоизоляция может быть выполнена в виде теплоизолирующего пакета 23 (фиг.2), охватывающего одновременно все агрегаты 5, расположенных между соседними колоннами 1, и отделяющего такой блок агрегатов от наружного пространства, от пространства цеха.

В конструкции промышленной группы, показанной на фиг.2, по варианту настоящего изобретения на корпус 7, на крышки 9 и 10 каждой центрифуги устанавливается теплоизоляция, например, в виде теплоизолирующих панелей 24 в форме, например, полутруб из пенополиуретана, охватывающих цилиндрический корпус 7 и цилиндрические крышки 9 и 10 каждой центрифуги агрегата 5 и отделяющих центрифугу от наружного пространства, пространства цеха.

Теплоизоляция может быть выполнена в виде теплоизолирующей листовой панели 25, охватывающей одновременно все центрифуги агрегата и отделяющей агрегат от наружного пространства, от пространства цеха.

Теплоизоляция может быть выполнена в виде теплоизолирующей панели 26 в виде листа из пенопласта, охватывающего одновременно все центрифуги агрегатов 5 нескольких, или всех ярусов, расположенных между соседними колоннами 1, и отделяющего такой блок агрегатов от наружного пространства, от пространства цеха.

Работа промышленной группы осуществляется следующим образом.

После запуска и вывода центрифуг промышленной группы на рабочий режим температура воды в рубашках охлаждения 8 и температура воздуха помещения цеха поддерживается в заданных ТУ параметрах, при этом температура воды ниже температуры воздуха помещения. Металлический корпус центрифуги при работе интенсивно охлаждается водой, и его температура практически совпадает с температурой охлаждающей воды. При отсутствии водяного охлаждения крышек 9 и 10 температура крышек выше температуры корпуса из-за внутренних тепловыделений в центрифуге и теплового сопротивления между охлаждаемым водой корпусом и крышками. Дополнительно из-за малого соотношения h₀<0,5H₀ крышки 9 и 10, а также коллектор 12 с газовыми трубками 11 представляют эффективный радиатор для теплообмена с воздухом цеха. Потоки воздуха эффективно обтекают крышки и газовые коллекторы и создают различное распределение температуры по ярусам агрегатов центрифуг. В результате этого производительность центрифуг и их работоспособность существенно различается и зависит от распределения температуры воздуха по ярусам агрегатов центрифуг и для поддержания нужного температурного режима требуются дополнительные затраты на охлаждение или нагревание воздуха.

В варианте исполнения промышленной группы на фиг.2 за счет размещения концевых элементов в оболочке охлаждаемого корпуса выполняется соотношение h₁>0,6H₁, в результате поступление теплого воздуха в пространство между ярусами агрегатов затруднено и температура группы центрифуг, расположенных на разных ярусах между двумя колоннами, практически выравнивается по высоте. В этом случае температура воздуха в цехе значительно меньше влияет на распределение температуры роторов в агрегатах центрифуг, расположенных на разных ярусах. В результате этого производительность группы повышается, а энергозатраты на поддержание температурного режима цеха уменьшаются.

В варианте исполнения промышленной группы, показанном на фиг.2, за счет уменьшения вертикальных размеров крышек 9 и 10 и плоского расположения газового коллектора 12 при сохранении длины охлаждаемого корпуса выполняется соотношение h₂>0,6Н₂. В результате поступление теплого воздуха в пространство между ярусами агрегатов 5 затруднено и температура агрегатов 5 центрифуг, расположенных на разных ярусах между двумя колоннами 1, практически выравнивается по высоте. В этом случае температура воздуха в цехе практически не влияет на распределение температуры агрегатов 5 по ярусам. В результате этого производительность группы повышается, а энергозатраты на поддержание температурного режима цеха уменьшаются. Дополнительно в этом варианте исполнения количество ярусов агрегатов на колоннах той же высоты может быть увеличено, что увеличивает производительность разделительного цеха.

Теплоизоляция центрифуг агрегата от наружного пространства, пространства цеха дополнительно уменьшает влияние температуры цеха на производительность газовых центрифуг и их ресурс, зависящий от температуры эксплуатации. Варианты теплоизоляции центрифуг в виде теплоизолирующих покрытий, теплоизолирующих пакетов 20, 21, 22, 23 или панелей 24, 25, 26 могут быть использованы по отдельности или одновременно в зависимости от типа газовых центрифуг и конкретных условий их эксплуатации.

В качестве теплоизолирующих пакетов могут быть использованы пакеты из полиэтиленовой пленки или воздушно-пузырчатой 2-слойной или 3-слойной пленки из полиэтилена высокого давления с эквивалентной теплопроводностью не более 0,055 Вт/(м^2·°С). Материал таких пакетов не гниет, не подвержен коррозии, воздействию бактерий и насекомых, может принимать практически любую форму, что облегчает монтаж пакетов на неровных поверхностях агрегатов центрифуг.

В качестве теплоизолирующих пакетов могут быть использованы пакеты из отражающей теплоизоляции (полифол, алюбабл), представляющей собой многослойный материал, состоящий из вспененного полиэтилена ламинированного с одной или двух сторон металлизированной полипропиленовой пленкой. При малой толщине (до ~5 мм) обеспечивает высокое значение сопротивления теплопередаче (0,5-1,0 см²/Вт), пароизоляцию и долговечность более 50 лет.

Применение теплоизолирующих покрытий в виде влагонепроницаемых материалов, дополнительно снижает проникновение влаги воздуха цеха через вакуумные уплотнения центрифуг, что снижает коррозионные потери рабочего газа и благоприятно отражается на работе оборудования.

В качестве теплоизоляции центрифуг могут быть использованы выполненные по форме поверхности корпуса скорлупы из пенополистирола, для теплоизолирующих панелей могут быть использованы панели из пенопластов или поропластов (ячеистых пластмасс малой плотности); панели из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке; панели из базальтового супертонкого штапельного волокна с теплопроводностью не более 0,035 Вт/(м^2·°С) и другие теплоизоляционные материалы.

Теплоизолирующие пакеты и панели не препятствуют обслуживанию оборудования, которое работает в непрерывном режиме и практически не требует обслуживания за ресурсный срок эксплуатации около 20-25 лет.

Изобретение относится к газовым центрифугам для разделения смеси газов и изотопных смесей, и в частности к промышленным группам газовых центрифуг. Промышленная группа газовых центрифуг для разделения изотопов выполнена из ряда колонн с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте агрегаты газовых центрифуг, металлические корпусы которых, закрытые верхними и нижними крышками, закреплены рядами на общей раме. При этом длина корпуса составляет не менее 0,6 величины от высоты яруса. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности эксплуатации промышленной группы газовых центрифуг с большим количеством ярусов, снижении энергетических затрат на эксплуатацию и повышении производительности и надежности оборудования. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Промышленная группа газовых центрифуг для разделения изотопов, выполненная из ряда колонн с ярусами консолей, на которых установлены в несколько ярусов по высоте агрегаты газовых центрифуг, металлические корпусы которых, закрытые верхними и нижними крышками, закреплены рядами на общей раме, отличающаяся тем, что длина корпуса составляет не менее 0,6 величины от высоты яруса.

2. Промышленная группа газовых центрифуг по п.1, отличающаяся тем, что газовые центрифуги агрегата частично или полностью теплоизолированы от наружного пространства.

3. Промышленная группа газовых центрифуг по п.2, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена на корпусе газовой центрифуги.

4. Промышленная группа газовых центрифуг по п.2, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена на верхней крышке.

5. Промышленная группа газовых центрифуг по п.2, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена на нижней крышке.

6. Промышленная группа газовых центрифуг по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена в виде пакета, частично или полностью охватывающего одну или несколько центрифуг.

7. Промышленная группа газовых центрифуг по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена в виде пакета, частично или полностью охватывающего один или несколько агрегатов.

8. Промышленная группа газовых центрифуг по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена в виде пакета, частично или полностью охватывающего ярусы агрегатов, расположенных между двумя или несколькими соседними колоннами.

9. Промышленная группа газовых центрифуг по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена в виде одной или нескольких панелей, частично или полностью теплоизолирующих одну или несколько центрифуг.

10. Промышленная группа газовых центрифуг по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена в виде одной или нескольких панелей, частично или полностью теплоизолирующей один или несколько агрегатов.

11. Промышленная группа газовых центрифуг по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что теплоизоляция выполнена в виде одной или нескольких панелей, частично или полностью теплоизолирующей ярусы агрегатов, расположенных между двумя или несколькими соседними колоннами.