气化水解系统的工艺设计改进

王振宏，郑亚娟（中国核电工程有限公司郑州分公司 核工程研究设计所，河南郑州 450000）

气化水解系统的工艺设计改进

王振宏，郑亚娟
（中国核电工程有限公司郑州分公司 核工程研究设计所，河南郑州 450000）

气化水解工艺在燃料元件制造过程中占有重要地位。通过改进气化密封箱室、增加事故排风、增设气液分离器和尾气洗涤液循环利用的工艺设计，为确保气化水解系统稳定可靠运行，减少废水产量进行了设计优化。该优化方案可供同类水法转化工艺进行设计参考。

燃料元件；气化水解；六氟化铀

在燃料元件制造过程中，UF6转化为UO2或U3O8时一般有水法和干法两种转化工艺。其中水法工艺一般要经过气化水解、沉淀过滤和干燥煅烧等3个主要工序来实现物料的转化。目前国内已有的燃料元件生产线水法工艺过程基本上都是将来料UF6在气化罐内进行加热气化，通过密闭管道引入水解柱进行循环水解，产生的工艺尾气则采用水喷射机组负压洗涤后送排风系统处理，尾气洗涤废液转送废水处理工序进行回收处理。结合以往运行经验，可能会出现UF6容器、管道或气化罐泄漏，水解液进入尾气系统以及尾气洗涤液较多等问题。本文针对可能出现的问题进行了设计优化，在确保气化水解系统稳定可靠运行的同时，减少了废水的产生量。

1 气化系统泄漏改进

对于不同丰度的UF6，根据其盛装容器的不同所在的气化装置也不一样，但原理都大同小异，即采用气体加热方式对容器内部的UF6固体进行升温加热，使其达到气体状态以便进行下一步的水解。本次针对1L容器的气化进行设计优化。

传统的气化方式一般是将1L容器放置在气化罐内进行气化，气化罐整体封装在通风柜内，本次设计改进后，将1L容器直接放置在气化密封箱室内，箱室内部设置加热炉体，并直接采用电阻丝加热,不再采用结构较为复杂的气体间接加热方式。密封箱室按照二级密封进行设计，并且设置了一定次数的通风换气，这样设计可以保证UF6容器和主要管道零部件在发生泄漏时也不会扩散到操作大厅。

如果发生UF6泄漏事故时，设置的HF探头会自动报警并启动相应的事故程序进行处理。以往的设计或者将整个气化大厅作为泄漏区进行事故排风处理，或者将事故排风直接送往通风专业进行淋洗。这样设计有两个主要问题：一是事故通风考虑的泄漏面积过大，造成需要处理的通风量太大，相应的淋洗装置和废液量也较大；另一方面是将事故排风送入非几何安全的净化塔内，有可能会出现事故排风淋洗液浓度超标出现临界事故。

在本工艺优化改进中，将事故排风的范围缩小为气化密封箱室内部，一旦箱室内部的HF探头监测到UF6气体泄漏，则关闭箱室正常送排风，改为只采用工艺专业设置的事故排风进行泄漏处理；事故排风的淋洗装置采用的是几何尺寸安全的淋洗塔，可以确保即使高丰度的UF6在内部水解后也能保证临界安全。

2 水解液进入尾气系统改进

UF6气体在从水解柱中部进入后，与水解柱内不断循环的液体进行水解反应，生产氟化铀酰，反应方程式如下：

所以为保证进入水解的UF6气体能够完全水解，而不是进入尾气系统，就必须在水解柱内不断的对水解液进行循环，并在水解柱上面进行填料，以保证气体与液体能够充分接触，保证水解反应充分。为发挥这一功能，需要在水解柱旁边设置氟塑料磁力泵，将水解柱底部的水解液不断送入水解柱顶部，经填料段自然流下，与向上的热的UF6气体不断接触进行水解反应。在这一过程中，可能会出现的问题是泵送入的水解液量过大，经填料落下的液体的自流速度较慢，从而造成了水解柱顶部的液体累积，致使液体进入了尾气处理系统，造成了放射性的生产事故。

在本工艺优化改造中，通过在水解柱顶部尾气出口与尾气系统之间增设气液分离器，气液分离器的底部液体储存量可以确保整个水解柱内的水解液全部储存而不会被吸入到尾气系统，一旦气液分离器中存有液体后可以自流回水解柱内，从而保证了高浓度的水解液不会进入尾气系统造成生产事故和临界事故。

3 尾气吸收液循环利用改进

水解过程中，为了保证气化后的UF6气体持续进入水解柱内进行水解，需要确保水解柱内部为微负压状态，该负压状态一般由末端的水喷射机组来提供。进入水喷射机组内的尾气中含有铀气溶胶和夹带物，需要用吸收液洗涤吸收后再送入排风系统进行处理，相应产生的洗涤液也需要送入废水处理系统进行废液回收。

在本工艺优化改进中，通过洗涤液铀浓度控制分析，定期将水喷射机组产生的吸收液送入水解系统的去离子水高位槽内，用尾气洗涤吸收液代替去离子水制备水解液。相对于原有的洗涤液送废水处理系统进行回收工艺来说，大大的减少了气化水解系统的废液产生量，而且对原有的水解系统工艺还不会产生不良影响。

4 结论

通过将1L容器放置在气化密封箱室内进行加热，避免了气化装置和管道连接件泄漏后对厂房产生放射性污染；通过设置几何安全净化塔，可以确保气化装置在发生泄漏后可以安全及时的进行处理；在水解柱与尾气系统间增设气液分离器，确保水解液不会进入尾气处理系统；将尾气洗涤液定期送入高位槽用于水解液配制，减少了放射性废液的产生量。

[1] 美国能源部橡树岭工厂编，六氟化铀实用操作手册[M].北京：原子能出版社，1995.

[2] 郑亚娟.六氟化铀气化水解系统的工艺安全设计总结及改进建议[C]//中国核学会核化工分会成立三十周年庆祝大会暨全国核化工学术交流年会论文集.2010.

[3] 周济人.国外六氟化铀泄漏事故调研分析[J].辐射防护通讯，1992.

Process Design Improvement of Gasification Hydrolysis System

Wang Zhen-hong，Zheng Ya-juan

The gasification and hydrolysis process plays an important role in the manufacturing of fuel elements.In this paper，by improving the gasification sealed chamber，increasing the accident exhaust，adding gas-liquid separator and tail gas washing liquid recycling process design，Stable and reliable operation of the system，reducing waste water production was designed to optimize.The optimization scheme can be used for reference design of similar water conversion process.

fuel element；gasification hydrolysis；uranium hexafluoride

TL352

A

1003-6490（2016）12-0077-01

2016-11-15

王振宏（1985—），男，河南林州人，工程师，主要从事核工程工艺设计工作。