СПОСОБ ЧАСТИЧНОЙ ЭКСТРЕННОЙ ЭВАКУАЦИИ ГЕКСАФТОРИДА УРАНА ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СЕКЦИЙ КАСКАДА ПО РАЗДЕЛЕНИЮ ИЗОТОПОВ УРАНА Российский патент 2015 года по МПК B01D59/20 B04B7/06 

Изобретение относится к технологии разделения изотопов урана методом газового центрифугирования и может быть использовано для минимизации потерь разделительной мощности центрифужных каскадов по разделению изотопов урана.

Разделительный каскад состоит из разделительных элементов -технологических секций. Принципиальная схема технологической секции представлена на фиг. 1. Технологическая секция - это группа газовых центрифуг 10, которая подключена через соответствующие трубопроводы питания 11, тяжелой фракции 12, легкой фракции 13 и исполнительные устройства 1, 2, 3 к разделительному каскаду. В качестве исполнительных устройств используется технологическая запорная арматура различных диаметров, оборудованная электроприводами управляемыми дистанционно, в том числе с использованием автоматизированных систем управления. При существующей схеме эксплуатации технологической секции поток гексафторида урана подается в технологическую секцию по трубопроводу питания 11 и выводится в разделительный каскад по трубопроводу тяжелой фракции 12 и трубопроводу легкой фракции 13. Исполнительные устройства 1, 2, 3 при этом постоянно открыты, исполнительные устройства 8 и 9 постоянно закрыты, ручные клапаны 4 и 7 постоянно открыты, ручные клапаны 5 и 6 постоянно закрыты. Гексафторид урана, обогащенный легкой компонентой и легкие примеси поступают из газовых центрифуг в трубопровод 13, а гексафторид урана, обогащенный по тяжелой компоненте, поступает в трубопровод 12. Технологическая секция с помощью дополнительных трубопроводов с ручными клапанами 4, 5, 6, 7 и исполнительного устройства 8 и трубопровода 14 подсоединяется к дополнительным установкам, предназначенным для экстренной эвакуации газа из технологической секции, в случае возникновения аварийных ситуаций или технологических нарушений, способных вызвать выход из строя отдельных газовых центрифуг или сбой в работе разделительного каскада.

В случае появления в технологической секции легких примесей и продуктов разрушения газовых центрифуг они попадают в трубопровод легкой фракции 13 и, в случае превышения долевого содержания в потоке гексафторида, установленного технологическим требованиями на эксплуатацию разделительного каскада, вызывают отработку алгоритмов управления исполнительными устройствами, обеспечивая экстренную эвакуацию гексафторида урана из технологической секции.

Существующий способ экстренной эвакуации гексафторида урана из технологической секции, при возникновении технологического нарушения или аварийной ситуации, заключается в отсечении разделительного элемента исполнительными устройствами 1, 2, 3 от остального разделительного каскада с автоматическим подключением технологической секции по трубопроводу тяжелой фракции 12 через открытый ручной клапан 4 и автоматически открывающееся исполнительное устройство 8 к трубопроводам 14 системы экстренной эвакуации газа из разделительного каскада.

Существующий метод экстренной эвакуации газа из технологических секций имеет следующие недостатки:

- Происходит быстрое удаление гексафторида урана из разделительного элемента по трубопроводу тяжелой фракции 12 при этом легкие примеси и продукты разрушения газовых центрифуг из трубопровода легкой фракции 13 откачиваются вместе с газом во внутренние объемы группы газовых центрифуг 10.

- При необходимости более эффективного удаления остатков гексафторида урана или откачки легких примесей из разделительного элемента производится открытие ручного клапана 6, с привлечением персонала, для организации параллельной откачки из разделительного элемента по трубопроводам тяжелой и легкой фракции.

- Во всех случаях, когда технологически необходима экстренная эвакуация газа из разделительного элемента, происходит практически полное удаление гексафторида урана через трассу тяжелой фракции в течение примерно одной минуты. Вследствие быстрого удаления гексафторида урана из разделительного элемента также происходит снижение температуры роторов газовых центрифуг. Как следствие применяемой в настоящее время методики экстренной эвакуации газа, для последующего включения в эксплуатацию технологической секции необходима предварительная откачка остатков гексафторида урана и легких примесей из внутренних объемов газовых центрифуг или в дополнительную установку экстренной эвакуации газа 14 или в дополнительную установку для откачки оборудования разделительного каскада 15, с последующим длительным ступенчатым заполнением газовых центрифуг с целью обеспечения постепенного достижения роторами газовых центрифуг необходимой рабочей температуры в соответствии с действующими регламентами. Для современных газовых центрифуг процесс постепенного заполнения гексафторидом урана в соответствии с действующими регламентами на эксплуатацию составляет несколько часов и требует присутствия при проведении операций заполнения специально обученного персонала на месте расположения разделительного элемента.

- В тех случаях, когда персонал успевает произвести оперативное включение в работу технологической секции после полной эвакуации газа без предварительного плавного заполнения, происходит попадание легких примесей и продуктов разрушения газовых центрифуг в разделительный каскад, что приводит к выходу из строя и снижению ресурсной надежности газовых центрифуг других технологических секций.

Задача изобретения - минимизация потерь разделительной мощности центрифужных каскадов по разделению изотопов урана в случае возникновения технологического нарушения или аварийной ситуации в технологической секции, связанных с необходимостью осуществления экстренной эвакуации газа, обеспечение эффективного удаления легких примесей из внутренних объемов газовых центрифуг с сохранением большей части гексафторида урана в технологической секции в процессе процедуры экстренной эвакуации, максимальная автоматизация процесса заполнения газовых центрифуг после экстренной эвакуации гексафторида урана.

Указанные задачи достигаются тем, что экстренная эвакуация газа из технологической секции осуществляется через трубопровод легкой фракции 13, при этом во время эксплуатации изменяется состояние ручных клапанов на трубопроводах технологической секции. Ручные клапаны 6 и 7 постоянно открыты, а ручные клапаны 4 и 5 постоянно закрыты. В данном случае, при появлении в технологической секции легких примесей и продуктов разрушения газовых центрифуг, они попадают в трубопровод легкой фракции 13 и через открытые ручные клапаны 6 и 7 и автоматически отрывающийся исполнительный элемент 8 эффективно удаляются с потоком гексафторида урана в дополнительную установку для экстренной эвакуации газа 14. Особенности внутреннего устройства газовых центрифуг их газодинамические режимы эксплуатации в случае экстренной эвакуации гексафторида урана через трубопровод легкой фракции 13 обеспечивают в несколько раз более медленное снижение газосодержания технологической секции, чем в случае эвакуации через трубопровод тяжелой фракции 12.

При этом даже при удалении из разделительного модуля всего 10…15% гексафторида урана обеспечивается эффективное удаление легких примесей и продуктов разрушения газовых центрифуг из трубопроводов технологической секции и внутренних объемов газовых центрифуг в дополнительную установку для экстренной эвакуации газа. После удаления 10…15% гексафторида урана из технологической секции процесс экстренной эвакуации прекращается дистанционным закрытием исполнительного устройства 8. Персонал с помощью систем контроля производит оценку технического состояния газовых центрифуг технологической секции и, в случае отсутствия дополнительных нарушений, дистанционно открывает исполнительные устройства 1, 2, 3, включая технологическую секцию в эксплуатацию в составе разделительного каскада.

Медленное снижение газосодержания технологической секции при осуществлении экстренной эвакуации через трубопровод легкой фракции и не полное удаление гексафторида урана из разделительного элемента обеспечивают возможность сохранения необходимых температурных параметров роторов газовых центрифуг и исключает необходимость проведения многочасовой процедуры постепенного ступенчатого заполнения газовых центрифуг гексафторидом урана. Время от начала экстренной эвакуации газа из технологической секции через трубопровод легкой фракции до включения технологической секции в эксплуатацию в составе разделительного каскада составляет 5…10 минут.

Для обеспечения автоматизации процесса экстренной эвакуации газа из технологической секции предлагается ручной клапан 4 на трубопроводе тяжелой фракции заменить исполнительным устройством, включенным в автоматизированную систему управления технологическим процессом. При эксплуатации технологической секции исполнительное устройство 4 будет все время закрыто. В случае технологической необходимости данное решение позволяет без привлечения персонала обеспечить быструю полную экстренную эвакуацию гексафторида урана или откачку легких примесей из группы газовых центрифуг 10 одновременно по трубопроводам легкой фракции 13 и тяжелой фракции 12, с последующим дистанционным закрытием перед заполнением секции гексафторидом урана.

Таким образом, предлагаемый способ частичной эвакуации гексафторида из технологической секции по трубопроводу легкой фракции обеспечивает преимущества по сравнению с традиционным способом полной эвакуации газа через трубопровод тяжелой фракции, заключающиеся в существенном снижении времени исключения из эксплуатации технологической секции, быстрого и эффективного удаления из технологической секции легких примесей и продуктов разрушения газовых центрифуг и, соответственно, кратное снижение вероятности попадания этих веществ в разделительный каскад, которое приводит к снижению ресурсной надежности газовых центрифуг, сохранение до 85…90% гексафторида урана в технологической секции, что также обеспечивает снижение потерь работы разделения каскада и приводит к уменьшению количества гексафторида урана в дополнительных установках для экстренной эвакуации газа, снижение трудозатрат на процедуру постепенного ступенчатого заполнения газовых центрифуг.

Изобретение относится к технологии разделения изотопов урана методом газового центрифугирования. Способ частичной экстренной эвакуации гексафторида урана из технологической секции каскада по разделению изотопов урана заключается в том, что осуществляют экстренную эвакуацию части газа из технологической секции по трубопроводу легкой фракции, при этом во время эксплуатации технологических секций каскада по разделению изотопов урана ручные клапаны на трубопроводах легкой фракции постоянно открыты, а ручные клапаны на трубопроводе тяжелой фракции и трубопроводе питания постоянно закрыты, а исполнительный элемент автоматически открывается при возникновении экстренной ситуации для удаления легких примесей и продуктов разрушения вместе с потоком гексафторида урана в дополнительную установку. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента разделительной мощности центрифужных каскадов, снижение времени исключения из эксплуатации технологической секции, быстрое и эффективное удаление легких примесей и продуктов разрушения газовых центрифуг из разделительного каскада при возникновении аварийной ситуации, а также максимальную автоматизацию процесса заполнения газовых центрифуг после экстренной эвакуации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ частичной экстренной эвакуации гексафторида урана из технологической секции каскада по разделению изотопов урана заключается в том, что осуществляют экстренную эвакуацию части газа из технологической секции по трубопроводу легкой фракции, при этом во время эксплуатации технологических секций каскада по разделению изотопов урана ручные клапаны на трубопроводах легкой фракции постоянно открыты, а ручные клапаны на трубопроводе тяжелой фракции и трубопроводе питания постоянно закрыты, а исполнительный элемент автоматически открывается при возникновении экстренной ситуации для удаления легких примесей и продуктов разрушения вместе с потоком гексафторида урана в дополнительную установку.