CN109499089B - 一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置，其中，收供料容器包括中空的容器本体和设置于其内的六氟化铀罐，六氟化铀罐分别与收料通道和供料通道连接；冷却装置用于将六氟化铀罐内部温度降至第一预设温度，然后控制装置用于使收料通道导通以接收固态六氟化铀来料；加热装置用于将六氟化铀罐内部温度升至第二预设温度以使六氟化铀罐内部的固态六氟化铀气化，然后控制装置用于使供料通道导通以向外提供气态六氟化铀。本发明通过冷却装置、加热装置、六氟化铀罐和控制装置相配合，完成了从1L六氟化铀容器冷却状态下收料到对外提供气态六氟化铀，实现了将复杂冗长的工艺线缩短在一个设备内完成的操作，可操作性好。

Description

一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置

技术领域

本发明涉及核燃料技术领域，具体涉及一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置。

背景技术

核燃料元件是装载在反应堆内进行自持核裂变而产生中子并释出热能的反应堆核心部件。随着反应堆技术的不断发展，核燃料元件的制造技术也在不断地发展和创新，特别是核燃料元件材料和结构的不断推陈出新，对核燃料元件的制造技术提出了更新、更高的要求。有了富集U-235的核燃料，还要做成适于反应堆使用的核燃料元件，其中涉及许多制作工艺，对制成的核燃料元件要求非常高、难度非常大。

制造核燃料元件的原料六氟化铀(UF₆)采用国际标准容器来盛装。六氟化铀常温常压下为无色或淡黄色晶体。

利用六氟化铀制备二氧化铀粉末的工艺分为湿法工艺和干法工艺。其中，湿法工艺具体为：首先在密闭气化罐内加热容器使其内的固态六氟化铀气化，然后通过严格密封的管道将六氟化铀气体输入水解槽内与去离子水发生反应，生成氟化铀酰，再使氟化铀铣溶液进入沉淀槽与氢氧化铵反应生成铀酸铵沉淀物(俗称ADU)，然后将经离心脱水的ADU浆送入流化干燥塔被热风干燥，再将干ADU粉末送入还原转炉被氢气还原成二氧化铀；干法工艺具体为：首先在密闭气化罐内加热容器使其内的固态六氟化铀气化，然后将六氟化铀气体输入专用干法转换炉，炉内通水蒸汽和氢气，直接制得二氧化铀粉末。这两种工艺均用于核电燃料元件厂生产，干法工艺优点明显、流程短、基本无废水产生、氢氟酸可回收利用。

然而，发明人发现，在核燃料循环过程中，固态六氟化铀来料盛装在1L容器中，如果直接将其气化供料的话，算上加热、赶残料和冷却时间，所需使用的气化罐数量为30台左右，数量庞大，可操作性差。

发明内容

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本发明。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置，其包括：冷却装置、加热装置、收供料容器和控制装置，所述收供料容器包括中空的容器本体和设置在所述容器本体内部的六氟化铀罐，所述六氟化铀罐分别与端部伸出至所述容器本体外部的收料通道和供料通道连接；所述冷却装置用于将所述六氟化铀罐内部温度降至第一预设温度，然后所述控制装置用于使所述收料通道导通以接收固态六氟化铀来料；所述加热装置用于将所述六氟化铀罐内部温度升至第二预设温度以使所述六氟化铀罐内部的固态六氟化铀气化，然后所述控制装置用于使所述供料通道导通以向外提供气态六氟化铀。

可选地，所述冷却装置包括：冷却机组和储液容器，所述储液容器中容纳有待冷却液；所述冷却机组通过管道与缠绕于所述六氟化铀罐外部的软管的一端连接，所述储液容器通过管道分别与所述冷却机组和所述软管的另一端连接。

可选地，所述收料通道上设置有第一控制阀，所述供料通道上设置有第二控制阀；所述控制装置具体用于在所述六氟化铀罐内部温度降至第一预设温度后，打开所述第一控制阀，直至收料完毕后关闭所述第一控制阀，以及在所述六氟化铀罐内部温度升至第二预设温度后打开所述第二控制阀，直至供料完毕后关闭所述第二控制阀。

可选地，所述六氟化铀罐上设置有多个测温元件，所述测温元件与所述控制装置电连接，用于将其测量的温度实时输出至所述控制装置。

可选地，装置还包括风机，所述风机设置在所述容器本体外，其与穿过所述容器本体的通风管的一端连接，所述通风管的另一端伸入至所述容器本体内；所述加热装置设置在所述容器本体内，所述六氟化铀罐设置在所述容器本体内的中部。

可选地，所述加热装置包括两个加热体，二者相对设置且位于所述六氟化铀罐端部的外侧；所述两个加热体分别通过连接件与所述通风管连接，用于将所述风机经由所述通风管输出的冷空气加热成热空气。

可选地，所述容器本体内设置有两块隔板，二者相对设置并将所述容器本体内部分隔成中间区域及其两侧区域共计三个区域，所述六氟化铀罐位于所述中间区域内；所述两个加热体分别通过连接件与所述两块隔板的相对内侧连接。

可选地，装置还包括通过管道与所述容器本体连接的检测罐，所述检测罐用于在流入其内的介质颜色发生异常时报警。

可选地，所述容器本体的设计压力应符合所述六氟化铀罐内介质全部泄露工况下的密封性能试验要求。

可选地，所述第一预设温度为-50℃～-30℃；所述第二预设温度为120℃～150℃。

有益效果：

本发明通过冷却装置、加热装置、六氟化铀罐和控制装置相配合，完成了从1L六氟化铀容器冷却状态下收料到对外提供气态六氟化铀，实现了将复杂冗长的工艺线缩短在一个设备内完成的操作，可操作性好，还为提供量化的六氟化铀气体提供了参考。而且，由于六氟化铀具有放射性，会刺激呼吸道，严重时会引起肺炎、肺水肿及肝、肾病变，一旦泄露会人体损伤极大，而设置在六氟化铀罐外部的容器本体可起到隔离六氟化铀的作用，安全性高。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置的结构示意图；

图2为图1中收供料容器的主视图；

图3为图1中收供料容器的侧视图。

图中：1－冷却机组；2－储液容器；3－收供料容器；4－检测罐；5－角阀操纵杆；6－六氟化铀罐；7－加热体；8－磁力风机；9－通风管；10－容器本体；11－隔板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例提供一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置，具体为一种从1L六氟化铀容器冷却状态下收料到对外提供气态六氟化铀的装置(可简称为六氟化铀收供料装置)，用于将核燃料循环生产线中来自于1L六氟化铀容器的固态六氟化铀收集倒料，再对外提供所需求量的气态六氟化铀，可作为干法线中的重要设备应用于核燃料生产过程中。

如图1-图3所示，所述六氟化铀收供料装置包括：冷却装置、加热装置、收供料容器3和控制装置。

其中，收供料容器3包括中空的容器本体10和设置在容器本体10内部的六氟化铀罐6，六氟化铀罐6分别与端部伸出至容器本体10外部的收料通道和供料通道连接，从而通过收料通道接收来自于1L六氟化铀容器的固态六氟化铀，以及通过供料通道对外提供所需求量的气态六氟化铀。

冷却装置用于将六氟化铀罐6内部温度降至第一预设温度，然后控制装置在六氟化铀罐6内部温度降至第一预设温度后，用于使收料通道导通以接收来自于1L六氟化铀容器的固态六氟化铀。其中，第一预设温度可以为-50℃～-30℃。

加热装置用于将六氟化铀罐6内部温度升至第二预设温度以使六氟化铀罐6内部的固态六氟化铀气化，然后控制装置在六氟化铀罐6内部温度升至第二预设温度后，用于使供料通道导通以向外提供气态六氟化铀。其中，第二预设温度可以为120℃～150℃。

本实施例中，通过冷却装置、加热装置、六氟化铀罐和控制装置相配合，完成了从1L六氟化铀容器冷却状态下收料到对外提供气态六氟化铀，实现了将复杂冗长的工艺线缩短在一个设备内完成的操作，可操作性好，还为提供量化的六氟化铀气体提供了参考。而且，由于六氟化铀具有放射性，会刺激呼吸道，严重时会引起肺炎、肺水肿及肝、肾病变，一旦泄露会人体损伤极大，而设置在六氟化铀罐外部的容器本体可起到隔离六氟化铀的作用，安全性高。

如图1所示，冷却装置包括：冷却机组1和储液容器2。储液容器2中容纳有待冷却液。冷却机组1通过管道与缠绕于六氟化铀罐6外部的软管的一端连接，储液容器2通过管道分别与冷却机组1和软管的另一端连接。

本实施例中，开启冷冻机组1后，储液容器2中的待冷却液流入冷冻机组1(其出口温度可达-40℃左右)，然后从冷冻机组1流出经冷却处理后的冷却液，所述冷却液通过收供料容器3的容器本体10上的冷却液入口进入容器本体10内部，经由缠绕于六氟化铀罐6外部的软管后，通过容器本体10上的冷却液出口流回到储液容器2中，如此往复，以使得六氟化铀罐6经过冷却液循环冷却直至其内部温度降至第一预设温度。

为了便于控制收料通道与供料通道导通和关闭，收料通道上设置有第一控制阀，供料通道上设置有第二控制阀。控制装置具体用于在六氟化铀罐6内部温度降至第一预设温度后，打开第一控制阀，直至收料完毕后关闭第一控制阀和冷却机组1，以及在六氟化铀罐6内部温度升至第二预设温度后打开第二控制阀，直至供料完毕后关闭第二控制阀。

本实施例中，第一控制阀可采用现有的角阀，而角阀一般配备有角阀操纵杆5，则控制装置通过控制角阀操纵杆5就能实现收料通道的导通和关闭。第二控制阀可采用现有的电磁阀，由控制装置提供电磁阀开关信号，从而控制供料通道的导通和关闭。

六氟化铀罐6上设置有多个测温元件。这些测温元件均与控制装置电连接，用于将其测量的温度实时输出至控制装置。

本实施例中，控制装置通过六氟化铀罐6上设置的测温元件可获取六氟化铀罐6内部的实时温度，从而能在六氟化铀罐6内部温度降至第一预设温度时，及时导通收料通道，以保证六氟化铀罐6始终在不高于第一预设温度的冷却状态下收料，并实现六氟化铀罐制冷温度(-50℃～-30℃)的独立控制；以及能在六氟化铀罐6内部温度升至第二预设温度时，及时导通供料通道以对外提供气态六氟化铀，并实现六氟化铀罐加热温度(120℃～150℃)的独立控制。而且，在六氟化铀罐6上设置多个测温元件，可保证六氟化铀罐6内的六氟化铀介质气化均匀完全。

此外，控制装置还能进行故障报警，显示故障情况。例如，在六氟化铀罐内部温度异常时报警，并显示六氟化铀罐内部当前温度。

如图2所示，所述六氟化铀收供料装置还包括磁力风机8，磁力风机8设置在容器本体10外(如图2所示容器本体10的右侧)，其与穿过容器本体10的通风管9的一端连接，且磁力风机8安装有叶轮的一端置于通风管9内，通风管9的另一端伸入至容器本体10内。加热装置设置在容器本体10内，六氟化铀罐6设置在容器本体10内的中部。例如，可通过支架将六氟化铀罐6固定在容器本体10内部中间位置。

当然，磁力风机8还可以替换为其他类型的风机，只要能把旋转的机械能转换为气体压力能和动能，并将气体输送出去即可，本发明对此不作限制。

本实施例中，开启加热装置的开关后，同时开启磁力风机8的开关，则磁力风机8输出压缩后的冷空气至容器本体10内，进入容器本体10内的冷空气再经加热装置加热为热空气，从而通过热空气的热传导来加热六氟化铀罐6。而且，磁力风机8提供的气体压力加速了容器本体10内部的冷热空气对流，使得六氟化铀罐6内部快速达到六氟化铀气化所需温度(即第二预设温度)，此时控制装置向供料通道上的第二控制阀发出供料信号(即开信号)，以使得供料通道导通，从而对外提供气态的六氟化铀。可见，磁力风机8是容器本体10内部提供加热对流和热交换的动力来源，通风管9是用来保证对流畅通的通道。

如图2和图3所示，加热装置包括两个加热体7，二者相对设置且位于六氟化铀罐6端部的外侧(如图2中所示的六氟化铀罐右端的前后两侧)。两个加热体7分别通过连接件(例如法兰)与通风管9连接，用于将磁力风机8经由通风管9输出的冷空气加热成热空气，以起到加热六氟化铀罐的作用。

本实施例中，加热体可采用现有的金属材质加热体。

如图2和图3所示，容器本体10内设置(例如焊接)有两块隔板11，二者相对设置并将容器本体10内部分隔成中间区域及其两侧区域共计三个区域，六氟化铀罐6位于所述中间区域内。两个加热体7分别通过连接件(例如法兰)与两块隔板11的相对内侧连接。

本实施例中，磁力风机8的叶轮端输出的冷空气进入通风管9，再从通风管9进入两个加热体7，经过加热体的加热变成热空气，热空气流经两隔板分隔成的所述中间区域，以加热其内的六氟化铀罐，然后在所述六氟化铀罐的左侧进入两隔板分隔成的所述两侧区域，由此返回至磁力风机8的叶轮端，从而在容器本体10内形成规定路径的循环气流，提高加热效率。

如图1所示，所述六氟化铀收供料装置还包括通过管道与容器本体10连接的检测罐4。检测罐4用于在流入其内的介质颜色发生异常时报警。

本实施例中，收供料容器3的容器本体10上设置有用于连接检测罐4的接口，则六氟化铀罐6泄露的介质会通过该接口进入检测罐4内，而检测罐4在检测到异常时(如介质颜色发生红色异常时)会报警，以通知工作人员采取应急处理措施。

此外，收供料容器3的容器本体10的设计压力应符合六氟化铀罐6内介质全部泄露工况下的密封性能试验要求。

本实施例中，容器本体10的压力设计是按照六氟化铀罐内介质全部泄露的极端工况下来考虑的，也即收供料容器3的容器本体10是六氟化铀罐6外的保护屏障，安全可靠。

综上所述，本实施例中，1L六氟化铀容器在冷却状态下倒料到六氟化铀罐6内后，经过加热装置加热，使六氟化铀罐6内的固态六氟化铀变成气态六氟化铀。而且，本发明所述六氟化铀收供料装置相比于现有技术具有如下优势：

(1)实现了对1L六氟化铀容器在冷却状态下的连续的倒料；

(2)实现了对下个工序提供气态的六氟化铀，满足了生产线现代化、流水化、自动化生产的需要，提高了生产效率和经济效益；

(3)采用角阀操纵杆结构，有效降低了六氟化铀污染环境的可能性，可靠性高；

(4)采用磁力风机提高了收供料容器的容器本体内的流速，提高加热体的加热效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种将固态六氟化铀转化为气态六氟化铀的装置，其特征在于，包括：冷却装置、加热装置、收供料容器和控制装置，所述收供料容器包括中空的容器本体和设置在所述容器本体内部的六氟化铀罐，所述六氟化铀罐分别与端部伸出至所述容器本体外部的收料通道和供料通道连接，以通过收料通道接收来自于核燃料循环生产线中的1L六氟化铀容器的固态六氟化铀；所述冷却装置用于将所述六氟化铀罐内部温度降至第一预设温度，然后所述控制装置用于使所述收料通道导通以接收固态六氟化铀来料直至收料完毕后关闭收料通道；所述加热装置用于将所述六氟化铀罐内部温度升至第二预设温度以使所述六氟化铀罐内部的固态六氟化铀气化，然后所述控制装置用于使所述供料通道导通以向外提供气态六氟化铀直至供料完毕后关闭供料通道。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却装置包括：冷却机组和储液容器，所述储液容器中容纳有待冷却液；所述冷却机组通过管道与缠绕于所述六氟化铀罐外部的软管的一端连接，所述储液容器通过管道分别与所述冷却机组和所述软管的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述收料通道上设置有第一控制阀，所述供料通道上设置有第二控制阀；所述控制装置具体用于在所述六氟化铀罐内部温度降至第一预设温度后，打开所述第一控制阀，直至收料完毕后关闭所述第一控制阀，以及在所述六氟化铀罐内部温度升至第二预设温度后打开所述第二控制阀，直至供料完毕后关闭所述第二控制阀。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述六氟化铀罐上设置有多个测温元件，所述测温元件与所述控制装置电连接，用于将其测量的温度实时输出至所述控制装置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括风机，所述风机设置在所述容器本体外，其与穿过所述容器本体的通风管的一端连接，所述通风管的另一端伸入至所述容器本体内；所述加热装置设置在所述容器本体内，所述六氟化铀罐设置在所述容器本体内的中部。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述加热装置包括两个加热体，二者相对设置且位于所述六氟化铀罐端部的外侧；所述两个加热体分别通过连接件与所述通风管连接，用于将所述风机经由所述通风管输出的冷空气加热成热空气。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述容器本体内设置有两块隔板，二者相对设置并将所述容器本体内部分隔成中间区域及其两侧区域共计三个区域，所述六氟化铀罐位于所述中间区域内；所述两个加热体分别通过连接件与所述两块隔板的相对内侧连接。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括通过管道与所述容器本体连接的检测罐，所述检测罐用于在流入其内的介质颜色发生异常时报警。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述容器本体的设计压力应符合所述六氟化铀罐内介质全部泄露工况下的密封性能试验要求。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一预设温度为-50℃～-30℃；所述第二预设温度为120℃～150℃。

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