Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
2Q=CFq)(P1-P2). (8.13)
Произведение Fq> является своеобразным интегральным живым сечением для молекулярного течения газа. Оно составляет лишь несколько тысячных долей фактической геометрической площади перегородок. Коэффициент с, определяемый эксперимент тально (с^1), отражает неидеальность пористых перегрродок, а также дефекты монтажа, вызывающие перетечки через уплотнения, и незамеченные повреждения поверхностей.
При данном качестве перегородок определяется оптимальное рабочее давление газа р\, обеспечивающее наибольшее значение е. Установлено, что произведение давления на средний диаметр пор—величина постоянная, которой соответствует определенное значение е. Снижая давление, можно получить и при большем диаметре пор такое же значение е, как и при меньшем диаметре, но увеличенном давлении.
Создание высокоэффективных пористых перегородок, пожалуй, можно считать главной и наиболее сложной проблемой диффузионного метода. Следует учесть, что перегородка должна быть очень тонкой (доли миллиметра) и прочной, чтобы противостоять перепадам давления и вибрациям. Ее делают двухслойной — с несущим и делящим слоями. Делящий слой должен иметь равномерную и очень высокую пористость при толщине несколько микрометров, а средний радиус пор должен быть 0,005—0,01 мкм. Количество таких мелких пор на 1 м2 поверхности может достигать 1013—1014. При температуре 900C перегородки должны; быть устойчивы к коррозионному воздействию гексафторида Урана.
На Второй международной конференции по использованию атомной энергии в мирных целях (Женева, 1958 г.) французские специалисты демонстрировали тонкостенные пористые керамические трубки диаметром 14—15 мм, выполненные из спеченных порошков окиси алюминия и никеля.
В США и Франции в течение 30 лет непрерывно ведутся работы по усовершенствованию пористых перегородок. По данным докладов французских и американских специалистов основные параметры применяемых на диффузионных заводах Франции и США пористых перегородок таковы: радиус пор до 0,01 мкм; коэффициент проницаемости ~0,3-10_3 г/(см2-с-см рт. ст.) [ — 400 г/(см2-с-Па)]; материал — спеченный никелевый порошок, листовой алюминий с порами, обработанными электрическим травлением, тефлон и другие высокомолекулярные соединения; форма — трубчатая, цилиндрическая, длина — до 6 м.
Для большого диффузионного завода (табл. 8.2) суммарная площадь рабочей поверхности пористых перегородок составляет более 1 млн. м2. Массовое производство пористых перегородок при столь высоких требованиях к ним представляет сложнейшую технологическую задачу.
Теория газодиффузионного процесса разделения изотопов урана разработана подробно. Наиболее значительная работа была опубликована в 1951 г. К- Коэном (США).
Разработки и исследования газодиффузионного метода получения обогащенного урана в СССР велись самостоятельно при от-
1? б л н ц а 8.2. Влияние качества пористых перегородок на тёхннко-экономнческне показатели газодиффузиониого завода производительностью 7,5—8 млн. ЕРР/год, рассчитанного (по данным 1970 г.) для получения 2000 т в год урана 3 %-иого обогащения
Параметр
Средний радиус пор
0,01 мкм
0,005 мкм
Разделительная мощность, ЕРР/год
7,05.10«
7,3-Ю6
Коэффициент Обогащения Єступ
0,00169
0,00176
КПД каскада
0,94
0,93
Массовое содержание 235U в отвале, %
0,286
0,269
Полное число ступеней, шт.
1191
1174
Давление UF6 на входе (перед перегородкой),
585 (78)
860(115)
мм рт. ст. (кПа)
160(21)
Давление на всасе компрессора (после перегород-
221(29,5)
ки), мм рт. ст. (кПа)
3,66
Перепад давления на перегородке PiJPz
3,9
Температура газа перед перегородкой, °С
79
85
Полная стоимость оборудования, млн. дол.
1134
976
Удельные капиталовложения, дол/(EPP-год)
161
132
Полные затраты электроэнергии, 109 кВт-ч/год
19,4
19,3
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/ЕРР
2750
2640
Стоимость единицы разделительной работы, дол.
37,9
33,0
Суммарная стоимость годовой разделительной рабо-
267
240,9
ты завода, млн. дол.
Экономия по капиталовложениям, млн. дол.
167
сутствии в то время какой-либо зарубежной информации и публикаций. При разработке метода и создании промышленных заводов для разделения изотопов урана были успешно решены чрезвычайно сложные научные и инженерно-технические задачи.
8.3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ГАЗОДИФФУЗИОННОГО ЗАВОДА
Разделительная ступень. Разделительной ступенью газодиффузионного завода называется первичная машина, в которой осуществляется разделение газовой смеси двух изотопов урана на два потока и изменение начальной концентрации этих газов на выходе каждого потока путем пропускания одного из них через пористые перегородки по законам молекулярного течения и газовой диффузии.
Разделительная ступень состоит из делителя, представляющего собой сосуд, в котором размещены пористые перегородки (обычно трубчатые), и компрессора, сжимающего газ до необходимого давления. Перед входом в делитель газ охлаждается в холодильнике. Условия для протекания процесса требуют совершенно стабильного вакуума.
