离心级联精料丰度波动原因及调节策略许小龙王鹏赖雪梅【摘要】精料收料容器平均丰度是铀浓缩工厂生产过程的主要控制指标。离心级联精料丰度的波动直接影响精料收料容器平均丰度。通过观测国内离心级联实际运行情况，结合离心分离基础原理，对离心级联精料丰度波动的原因进行了分析。针对目前离心级联精料丰度调节的标准化程度低，缺乏过程控制，存在过多调节、混合损失大、总体风险高的问题，进行了离心级联精料丰度调节策略研究。级联精料丰度波动的客观现象不可避免，主要原因是当前工艺水平下分离级贫料压强与级联供料流量，水温与空气温度，轻杂质含量是持续波动的。在此基础上，提出了级联精料丰度调节标准流程，整个过程分为初始阶段、调节阶段和风险控制阶段。【关键词】离心级联;丰度调节;标准化;流程：F416.23：A：2095-2457（2019）17-0020-003DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.0080引言铀浓缩是生产核电站燃料的重要工艺环节，离心法是目前国际上主流的铀浓缩生产方法，具有安全、可靠、经济性高的特点。天然铀中235U丰度占0.711%，铀浓缩工厂用于将天然铀中235U丰度提高至核燃料制备水平需要的2%～5%。235U丰度是铀浓缩工厂产品出厂的重要指标，精料收料容器平均丰度是铀浓缩工厂生产过程的主要控制指标。在实际的铀浓缩过程中，为了保证精料收料容器的平均丰度，在整个容器的收料周期过程中，会对离心级联精料丰度进行实时检测，一般控制级联精料丰度检测值与计算值相对偏差保持在±2%的水平[1]。郝学元、杨树青等人研究表明，目前的质谱分析技术可以有效保证精料丰度测量精度达到0.001%[2]。付强、赵鲁宝、净小宁等人对精料影响因素进行了分类并提出了离心级联精料丰度的自动化控制策略[1]。离心级联精料丰度在生产过程中始终在一定范围内波动。行业内对波动原因的全面分析和深入探索的相关著述较少，对于这种波动是否可能消除或者减少，还是不可避免缺乏论述。此外，离心级联精料丰度持续波动的客观存在要求工艺人员在生产过程中对离心级联的精料丰度进行调节。目前调节的操作只明确了“保证收料容器退出收料时容器内平均丰度合格”的目标，但对于何时调节、调节多少等缺乏过程指导、控制，导致级联精料丰度调节过程中存在过多调节，增加了混合损失，以及风险较高的问题。文章通过观测国内离心级联运行情况，结合离心分离基础理论[3]，对精料丰度波动的影响因素进行全面的归纳分析，并结合实际运行情况研究离心级联精料丰度控制策略。1精料丰度波动原因分析在铀浓缩工程生产过程中为了加强对离心级联精料丰度的监控，每4小时从离心级联精料流中采样进行质谱分析，在发现丰度异常或者进行了调节操作后会增加取样频次，图1是连续观测记录某离心级联精料丰度波动的情况。级联计算过程相关研究表明[4]，离心级联各级贫料压强和供料流流量与精料丰度相关。离心分离基础理论表明单机分离性能与温度工况相关，温度工况在运行实践过程中主要表现为离心机冷却水温度和空气温度。此外，离心级联运行实践表明级联中的轻杂质含量与精料丰度相关。1.1分离级贫料压强与级联供料流量目前国内外的铀浓缩用离心级联可以分为刚性级联和柔性级联[4]，两种类型级联计算过程类似。图2是刚性级联结构示意图，其中每一个矩形代表了级联中的一级，每一级贫料压强不同，可單独调整。F、C0分别为级联供料流量和供料丰度，W、CW分别为级联贫料流量和贫料丰度，P、CP分别为级联精料流量和精料丰度，其中F参数可以通过专用装置调整。级联各分离级的贫料压强（包括每一级的压强数值）和供料流量能够决定级联状态，并最终决定级联精料丰度[4]。级联中各分离级贫料压强由各自的压强调节器来保证稳定，通过专用仪表可实时监测压强;供料流量主要有供料流的流量调节器来保证，与孔板前压强满足音速孔板条件，可以孔板前压强间接监测供料流量。通过对国内某级联运行数据观测，分离级贫料压强波动的幅度约为0.2mmhg，孔板前压强波动幅度约为0.1mmhg。1.2水温与空气温度离心机的分离过程（即235U丰度提高的过程）是可分为径向分离过程和轴向分离过程。径向分离过程由235U与238U在离心场中的不同...