RU2220100C2 - Autoclave device and method of uranium hexafluoride evaporation - Google Patents
Autoclave device and method of uranium hexafluoride evaporation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2220100C2 RU2220100C2 RU2001124222A RU2001124222A RU2220100C2 RU 2220100 C2 RU2220100 C2 RU 2220100C2 RU 2001124222 A RU2001124222 A RU 2001124222A RU 2001124222 A RU2001124222 A RU 2001124222A RU 2220100 C2 RU2220100 C2 RU 2220100C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium hexafluoride
- container
- autoclave
- housing
- autoclave device
- Prior art date
Links
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоклавному устройству согласно п.1 формулы изобретения. The invention relates to an autoclave device according to claim 1.
В общем случае устройство такого рода содержит автоклав, включающий корпус с крышкой, расположенной в верхней части корпуса, контейнер с гексафторидом урана, который может быть заменен при необходимости аналогичным контейнером, и систему нагревания контейнера с гексафторидом урана. Устройство содержит также выводную трубу, по которой гексафторид урана (UF6) можно подавать на последующие операции.In general, a device of this kind comprises an autoclave including a body with a lid located in the upper part of the body, a container with uranium hexafluoride, which can be replaced if necessary with a similar container, and a heating system for the container with uranium hexafluoride. The device also contains an outlet pipe through which uranium hexafluoride (UF 6 ) can be supplied for subsequent operations.
Настоящее изобретение относится также к способу испарения гексафторида урана согласно п.20 формулы изобретения. The present invention also relates to a method for evaporating uranium hexafluoride according to claim 20.
Гексафторид урана используют, как правило, в качестве сырья на обогатительных заводах для производства урана или в качестве обогащенного сырья для топливных таблеток, применяемых на атомных электростанциях. Этот материал обладает чрезвычайной химической активностью и даже при комнатной температуре имеет очень высокую флуоресценцию. Гексафторид урана реагирует с большинством металлов и других материалов. Поэтому достаточно сложно найти инертные материалы для применения в качестве конструкционных материалов, которые выдерживают его воздействие. Наилучшие материалы включают никель, алюминий, магний, медь и их сплавы. Примеры синтетических материалов включают фторированные полиэтилены, в частности тетрафторированный полиэтилен (тефлон). Выбор материала для контейнеров, предназначенных для хранения и обработки гексафторида урана, зависит от концентрации в нем расщепляемого изотопа U-235. Контейнеры для материала с высокой концентрацией изготавливают из никеля и количество гексафторида урана, которое хранят в них, составляет порядка нескольких килограммов. Контейнеры для материала с низкой концентрацией изготавливают из специальной углеродистой стали и количество гексафторида урана, которое хранят, транспортируют и обрабатывают в них, может достигать 12,5 тонны. Uranium hexafluoride is used, as a rule, as a raw material in enrichment plants for the production of uranium or as an enriched raw material for fuel pellets used in nuclear power plants. This material has extreme chemical activity and even at room temperature has a very high fluorescence. Uranium hexafluoride reacts with most metals and other materials. Therefore, it is difficult to find inert materials for use as structural materials that withstand its effects. The best materials include nickel, aluminum, magnesium, copper and their alloys. Examples of synthetic materials include fluorinated polyethylenes, in particular tetrafluorinated polyethylene (Teflon). The choice of material for containers designed for storage and processing of uranium hexafluoride depends on the concentration of the fissile isotope U-235 in it. Containers for a material with a high concentration are made of nickel and the amount of uranium hexafluoride stored in them is about several kilograms. Containers for material with a low concentration are made of special carbon steel and the amount of uranium hexafluoride stored, transported and processed in them can reach 12.5 tons.
Гексафторид урана также является токсичным и радиоактивным соединением, которое при нормальных условиях представляет собой твердое вещество. Вследствие его токсичности все устройства и технологические процессы, применяемые для обработки гексафторида урана, должны удовлетворять чрезвычайно высоким техническим требованиям. Это особенно важно для перерабатывающих заводов, где персонал и окружающая среда подвергаются значительной опасности поражения в процессе использования, хранения и ремонтных работ. Uranium hexafluoride is also a toxic and radioactive compound, which under normal conditions is a solid. Due to its toxicity, all devices and processes used to process uranium hexafluoride must meet extremely high technical requirements. This is especially important for processing plants where personnel and the environment are at significant risk of damage from use, storage and repair work.
Согласно известной технологии на перерабатывающих заводах гексафторид урана подают на соответствующую операцию способом непосредственной сублимации из твердой фазы. В этом случае стальной контейнер с гексафторидом урана нагревают в простом, обычном автоклаве, а нагревание обычно выполняют с использованием пара, который снаружи подают в автоклав, или циркулирующего горячего воздуха. Кроме того, используют термостаты, в которых контейнер нагревают индукционным способом, т.е. металлический корпус контейнера нагревают индукционным током. Во всех этих случаях гексафторид урана внутри контейнера нагревают до определенной температуры, которая должна быть ниже тройной точки 64oС гексафторида урана. Ниже этой температуры в контейнере содержится только твердая и газообразная фаза. Газ, сублимируемый из твердого гексафторида урана, подают в технологический процесс.According to known technology in processing plants, uranium hexafluoride is fed to the corresponding operation by direct sublimation from the solid phase. In this case, the steel container with uranium hexafluoride is heated in a simple, conventional autoclave, and heating is usually carried out using steam that is externally supplied to the autoclave, or circulating hot air. In addition, thermostats are used in which the container is heated by induction, i.e. the metal container body is heated by induction current. In all these cases, the uranium hexafluoride inside the container is heated to a certain temperature, which should be below the triple point of 64 o With uranium hexafluoride. Below this temperature, the container contains only the solid and gaseous phases. Gas sublimated from solid uranium hexafluoride is fed into the process.
Для этого традиционного способа существенным является проведение сублимации при температуре, меньшей 64oС, и под давлением, более низким, чем нормальное атмосферное давление. При этом в случае возможной утечки гексафторид урана не сможет попасть в автоклав или в термостат и далее - в окружающую среду. В этом случае от автоклава или термостата не требуется специальной герметичности, они не подвергаются высоким нагрузкам и поэтому могут иметь простую конструкцию. Вокруг автоклава или термостата не требуется специальной защитной оболочки, поскольку, как указано выше, в случае утечки газообразный гексафторид урана не может попадать в окружающую среду. Следует подчеркнуть, что в соответствии с регламентом наличие в системе жидкой фазы гексафторида урана не допускается, поскольку при испарении давление его паров фактически выше нормального атмосферного давления, что в случае утечки вызывает опасность попадания гексафторида урана в окружающую среду.For this traditional method, it is essential to carry out sublimation at a temperature lower than 64 ° C. and at a pressure lower than normal atmospheric pressure. In this case, in the event of a possible leak, uranium hexafluoride will not be able to get into the autoclave or thermostat and then into the environment. In this case, the autoclave or thermostat does not require special tightness, they are not subjected to high loads and therefore can have a simple design. A special protective shell is not required around the autoclave or thermostat because, as indicated above, in the event of a leak, gaseous uranium hexafluoride cannot be released into the environment. It should be emphasized that, in accordance with the regulation, the presence of uranium hexafluoride in the liquid phase system is not allowed, since its vapor pressure is actually higher than normal atmospheric pressure during evaporation, which in case of leakage causes the risk of uranium hexafluoride entering the environment.
Самый большой недостаток известных устройств и способа заключается в том, что они не могут обеспечить существующих требований к скорости сублимации. В настоящее время выход газа составляет примерно 40 г/с. The biggest disadvantage of the known devices and method is that they cannot provide the existing requirements for the speed of sublimation. Currently, the gas yield is approximately 40 g / s.
Задачей настоящего изобретения является устранение известных недостатков и создание совершенного нового технического решения для производства гексафторида урана. The objective of the present invention is to eliminate the known disadvantages and create a completely new technical solution for the production of uranium hexafluoride.
В частности, задачей настоящего изобретения являются устройство и способ, которые позволят отказаться от применения защитных оболочек, однако, в то же время обеспечат выполнение существующих критериев безопасности при испарении UF6, а также технических и экономических требований, существенных для конструкции и эксплуатации автоклава.In particular, it is an object of the present invention to provide a device and method that will eliminate the use of protective shells, however, at the same time, they will satisfy the existing safety criteria for the evaporation of UF 6 , as well as the technical and economic requirements that are essential for the design and operation of the autoclave.
Идея изобретения основана на том, что нагревательное устройство автоклава располагают внутри корпуса, а контейнер с UF6 нагревают водяным паром, который получают внутри корпуса. Воду испаряют в нижней части автоклава для нагревания элементов, установленных внутри герметичного корпуса таким образом, чтобы при конденсации пара теплота, которая выделяется на металлической поверхности контейнера с гексафторидом урана, расположенном в автоклаве, вызывала плавление UF6 внутри контейнера с образованием жидкости и ее испарение. UF6 выводят из автоклава в виде пара по трубопроводной системе и используют в различных процессах переработки урана.The idea of the invention is based on the fact that the heating device of the autoclave is located inside the body, and the container with UF 6 is heated with water vapor, which is obtained inside the body. Water is evaporated at the bottom of the autoclave to heat the elements installed inside the sealed enclosure so that when the steam condenses, the heat released on the metal surface of the container with uranium hexafluoride located in the autoclave causes the UF 6 to melt inside the container to form a liquid and evaporate it. UF 6 is removed from the autoclave in the form of steam through a pipeline system and is used in various uranium processing processes.
Согласно настоящему изобретению автоклав содержит корпус с крышкой, образующий при закрывании крышки сосуд высокого давления. В корпусе установливается контейнер, заполненный твердым гексафторидом урана, подлежащим расплавлению и последующему испарению. В автоклаве предусмотрены средства открывания и закрывания контейнера, а также соединенная с ними выводная труба для вывода из контейнера гексафторида урана. According to the present invention, the autoclave comprises a housing with a lid, which forms a pressure vessel when the lid is closed. A container filled with solid uranium hexafluoride to be melted and then evaporated is installed in the body. In the autoclave, means for opening and closing the container are provided, as well as an outlet pipe connected to them for withdrawing uranium hexafluoride from the container.
Используемая в автоклаве система нагревания обеспечивает возможность расплавления и последующего испарения гексафторида урана. Система нагревания содержит водяной бак, расположенный в нижней части корпуса, и средство нагревания, предназначенное для испарения воды, подаваемой в водяной бак. The heating system used in the autoclave provides the possibility of melting and subsequent evaporation of uranium hexafluoride. The heating system comprises a water tank located in the lower part of the housing, and heating means for evaporating the water supplied to the water tank.
Клапан трубы, отводящей парообразный UF6, предпочтительно расположен внутри корпуса. Корпус представляет собой сосуд высокого давления с размерами, обеспечивающими достаточную прочность, чтобы выдерживать давление гексафторида урана, выходящего из испарительного контейнера. При этом место соединения крышки с корпусом предпочтительно выполнено с двумя параллельными уплотнениями, пространство между которыми заполненно воздухом таким образом, чтобы в случае утечки пара его можно было безопасно откачать из пространства между уплотнениями, используя заводскую систему кондиционирования воздуха. Корпус автоклава служит в качестве защитной оболочки.The valve of the vapor exhaust pipe UF 6 is preferably located inside the housing. The housing is a pressure vessel with dimensions that provide sufficient strength to withstand the pressure of uranium hexafluoride exiting the evaporation container. In this case, the connection between the cover and the housing is preferably made with two parallel seals, the space between which is filled with air so that in case of steam leakage it can be safely pumped out of the space between the seals using the factory air conditioning system. The autoclave body serves as a containment.
Согласно способу, предложенному в изобретении, контейнер с твердым гексафторидом урана устанавливают в автоклав, содержащий корпус с крышкой, выполненной с возможностью открывания и герметичного закрывания относительно корпуса. При этом корпус и крышка образуют сосуд высокого давления, имеющий такие размеры, чтобы выдерживать давление, которое оказывает гексафторид урана, поступающий из контейнера с гексафторидом урана в случае утечки. Автоклав закрывают и нагревают гексафторид урана в контейнере до тех пор, пока он не достигнет жидкого состояния. Для нагревания гексафторида урана нижнюю часть автоклава, образующую водяной бак, заполняют водой, которую нагревают нагревательным средством. При испарении гексафторида урана его пары выводят из контейнера по выводной трубе с последующим их использованием. Изобретение обладает существенными достоинствами. Так, автоклавное устройство и способ согласно изобретению обеспечивают возможность безопасного испарения токсичного гексафторида урана (UF6) из контейнера в процессе очистки урана. Изобретение сочетает высокий выход гексафторида урана и высокую степень безопасности. В результате испытаний получен выход пара до 150 г/с. Поскольку обогатительные заводы ежегодно перерабатывают не менее нескольких тысяч тонн гексафторида урана, этот факт имеет большое экономическое значение.According to the method proposed in the invention, a container with solid uranium hexafluoride is installed in an autoclave comprising a housing with a lid, which is capable of opening and tightly closing relative to the housing. In this case, the housing and the lid form a pressure vessel having such dimensions as to withstand the pressure exerted by uranium hexafluoride coming from a container with uranium hexafluoride in case of leakage. The autoclave is closed and the uranium hexafluoride is heated in a container until it reaches a liquid state. To heat uranium hexafluoride, the lower part of the autoclave forming a water tank is filled with water, which is heated with a heating agent. During the evaporation of uranium hexafluoride, its vapors are removed from the container through an outlet pipe with their subsequent use. The invention has significant advantages. Thus, the autoclave device and method according to the invention enable the safe evaporation of toxic uranium hexafluoride (UF 6 ) from the container during the purification of uranium. The invention combines a high yield of uranium hexafluoride and a high degree of safety. As a result of the tests, a steam yield of up to 150 g / s was obtained. Since enrichment plants process at least several thousand tons of uranium hexafluoride annually, this fact is of great economic importance.
Автоклав представляет собой отдельное устройство, которое, с одной стороны, обеспечивает подачу пара UF6 на технологические операции, а с другой стороны, является конструкцией, предотвращающей утечку UF6 в окружающую среду в случае возможной аварии. Высокая степень надежности и большая испарительная способность UF6 делают новый безопасный автоклав весьма конкурентным альтернативным решением при разработке автоклавного устройства для урановой промышленности. Значительную экономию можно получить по затратам на строительство. Поскольку не требуется защитных оболочек, эксплуатация устройства существенно упрощается.The autoclave is a separate device, which, on the one hand, provides UF 6 steam for technological operations, and on the other hand, is a design that prevents leakage of UF 6 into the environment in the event of a possible accident. The high degree of reliability and large evaporation capacity of UF 6 make the new safe autoclave a highly competitive alternative solution when developing an autoclave device for the uranium industry. Significant savings can be made on construction costs. Since no protective shells are required, the operation of the device is greatly simplified.
Если более подробно рассмотреть случай мелких утечек UF6, можно установить, что опасность утечки UF6 в окружающую среду неконтролируемым образом гораздо больше в обычных автоклавах, чем в автоклаве согласно изобретению. Фактически мелкие утечки UF6 наиболее вероятно происходят через уплотнение крышки автоклава. Обычные автоклавы имеют одно простое заполненное воздухом резиновое уплотнение. В отличие от этого автоклав согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения снабжен двумя отдельными резиновыми уплотнениями, заполненными воздухом, при этом газы, вытекающие в случае утечки, откачиваются из пространства между уплотнениями с помощью заводской системы кондиционирования воздуха.If we consider in more detail the case of small leaks of UF 6 , it can be established that the danger of leakage of UF 6 into the environment in an uncontrolled manner is much greater in conventional autoclaves than in the autoclave according to the invention. In fact, minor leaks of UF 6 most likely occur through the autoclave cover seal. Conventional autoclaves have one simple air-filled rubber seal. In contrast, an autoclave according to a preferred embodiment of the present invention is provided with two separate rubber seals filled with air, and gases leaking in the event of a leak are pumped out of the space between the seals using a factory air conditioning system.
Действующие правила включают требование, согласно которому автоклав должен быть рассчитан на рабочее давление 5,0 бар, а в случае максимальной проектной аварии давление газовой смеси, состоящей из фтористого водорода, воздуха, водяного пара и UF6, должно сохраняться.The current rules include the requirement that the autoclave must be designed for an operating pressure of 5.0 bar, and in the event of a maximum design accident, the pressure of the gas mixture consisting of hydrogen fluoride, air, water vapor and UF 6 must be maintained.
На чертеже приведена основная конструкция автоклава согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, вид сбоку. The drawing shows the main construction of an autoclave according to a preferred embodiment of the invention, side view.
"Автоклавное устройство" согласно изобретению содержит автоклав и контейнер для гексафторида урана, установленный в автоклаве. Открывающаяся крышка плотно закрывается на корпусе таким образом, что корпус и крышка образуют сосуд высокого давления. Система нагревания контейнера с гексафторидом урана содержит водяной бак, расположенный в нижней части корпуса, и нагревательные элементы, которые предназначены для испарения воды, подаваемой в водяной бак, с целью нагревания водяным паром контейнера с гексафторидом урана. An “autoclave device” according to the invention comprises an autoclave and a container for uranium hexafluoride mounted in an autoclave. The opening lid closes tightly on the casing so that the casing and the lid form a pressure vessel. The heating system of the container with uranium hexafluoride contains a water tank located in the lower part of the housing, and heating elements that are designed to evaporate the water supplied to the water tank, in order to heat the container with uranium hexafluoride with water vapor.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения корпус удлинен и имеет практически вертикальную центральную ось. Крышка находится в верхней части корпуса. В такой автоклав просто устанавливать контейнер с гексафторидом урана и удалять его через верхнюю часть, например, с помощью крана. Вертикально удлиненная форма предпочтительна также с точки зрения использования пространства. Кроме того, особое достоинство заключается в том, что кольцевой канал, который остается между внутренней поверхностью автоклава и контейнером с гексафторидом урана, является относительно узким, что улучшает перенос тепла пара к гексафториду урана. According to a preferred embodiment of the invention, the housing is elongated and has a substantially vertical central axis. The cover is located at the top of the housing. In such an autoclave, it is simple to install a container with uranium hexafluoride and remove it through the upper part, for example, using a crane. A vertically elongated shape is also preferred in terms of space utilization. In addition, a particular advantage is that the annular channel that remains between the inner surface of the autoclave and the container with uranium hexafluoride is relatively narrow, which improves the heat transfer of steam to uranium hexafluoride.
Автоклав имеет опорную конструкцию, образующую промежуточное дно, на которое можно установить контейнер с гексафторидом урана. Промежуточное дно пропускает водяной пар и содержит, например, металлическую сетку. Оно расположено на некотором расстоянии от дна автоклава, при этом дно корпуса образует пространство для контейнера, которое можно заполнить водой. Уровень воды предпочтительно оставлять ниже дна контейнера, при этом передачу тепла от паровой фазы через металлическую стенку к гексафториду урана можно легко контролировать. The autoclave has a support structure forming an intermediate bottom on which a container with uranium hexafluoride can be installed. The intermediate bottom passes water vapor and contains, for example, a metal mesh. It is located at some distance from the bottom of the autoclave, while the bottom of the body forms a space for the container, which can be filled with water. It is preferable to leave the water level below the bottom of the container, while the heat transfer from the vapor phase through the metal wall to the uranium hexafluoride can be easily controlled.
Нагревательное средство или элементы располагаются в нижней части автоклава и могут быть использованы для нагревания воды, подаваемой в автоклав. Эти нагревательные элементы предпочтительно представляют собой электрические резисторы, которые располагают в контейнере таким образом, чтобы они оставались ниже установленного уровня воды. The heating means or elements are located at the bottom of the autoclave and can be used to heat the water supplied to the autoclave. These heating elements are preferably electrical resistors that are positioned in the container so that they remain below the set water level.
Верхний конец контейнерной части автоклава снабжен крышкой, имеющей уплотнение относительно корпуса, что обеспечивает герметичность контейнера при воздействии давления. Автоклав должен выдерживать давление испаряющегося гексафторида урана, который выходит из контейнера, содержащего гексафторид урана, в случае аварии. Поэтому сосуд высокого давления имеет такие размеры, чтобы выдерживать давление не менее 5 бар. Для обеспечения достаточной геметичности соединения и предотвращения утечки гексафторида урана устанавливают по меньшей мере два уплотнения в точке контактирования (т.е. на уплотняющей поверхности) между крышкой и корпусом, при этом между указанными уплотнениями имеется пространство, заполненное газом, которое может соединяться с системой кондиционирования воздуха для того, чтобы контролируемым образом удалять газы, вытекающие из автоклава. Уплотнения, которые могут представлять собой заполненные воздухом уплотнения, в частности резиновые уплотнения, могут быть расположены одно в другом, при этом пространство между ними сообщается с системой кондиционирования воздуха посредством специального агрегата. The upper end of the container part of the autoclave is equipped with a lid having a seal relative to the housing, which ensures the tightness of the container when exposed to pressure. The autoclave must withstand the pressure of the evaporating uranium hexafluoride, which leaves the container containing uranium hexafluoride in the event of an accident. Therefore, the pressure vessel is dimensioned to withstand a pressure of at least 5 bar. At least two seals are installed at the contact point (i.e., on the sealing surface) between the cover and the casing to ensure sufficient hemeticity of the compound and to prevent leakage of uranium hexafluoride, while there is a space filled with gas between the seals that can be connected to the air conditioning system air in order to controlledly remove gases from the autoclave. Seals, which can be air-filled seals, in particular rubber seals, can be located one in the other, the space between them communicating with the air conditioning system through a special unit.
Контейнер для гексафторида урана автоклавного устройства согласно изобретению имеет объем, пригодный для промышленного применения. Он должен вмещать предпочтительно не менее 9000 кг гексафторида урана, более предпочтительно - до 12500 кг. The uranium hexafluoride container of the autoclave device according to the invention has a volume suitable for industrial use. It should preferably contain at least 9000 kg of uranium hexafluoride, more preferably up to 12,500 kg.
На чертеже подробно показаны конструкция контейнера для гексафторида урана и система его соединения с автоклавом. Однако в этой связи следует также упомянуть, что контейнер содержит выводную трубу с клапаном и присоединенной к нему рукояткой, которые образуют средство для открывания и закрывания контейнера. Клапан расположен внутри автоклава для предотвращения наружной утечки из автоклава. Выводная труба соединена с трубой, которая проходит сквозь корпус, при этом по меньшей мере часть указанной трубы выполнена из гибкого материала. Поскольку контейнер обладает достаточно большой массой и во всех металлических деталях имеют место температурные деформации, предпочтительно применять соединительную трубу, в частности гофрированную трубу, которая обеспечивает по меньшей мере небольшое боковое перемещение контейнера. Труба, в частности та ее часть, которая остается внутри автоклава, может быть снабжена нагревательной системой, например пассивным или активным электроизоляционным элементом. The drawing shows in detail the design of the container for uranium hexafluoride and the system for its connection with the autoclave. However, in this connection, it should also be mentioned that the container comprises an outlet pipe with a valve and a handle attached thereto, which form means for opening and closing the container. The valve is located inside the autoclave to prevent external leakage from the autoclave. The outlet pipe is connected to a pipe that passes through the housing, while at least a portion of said pipe is made of flexible material. Since the container has a sufficiently large mass and temperature deformations occur in all metal parts, it is preferable to use a connecting pipe, in particular a corrugated pipe, which provides at least a slight lateral movement of the container. The pipe, in particular the part that remains inside the autoclave, can be equipped with a heating system, for example a passive or active electrical insulating element.
Согласно изобретению гексафторид урана подают на последующую обработку путем его испарения из жидкой фазы. При этом стальной контейнер нагревают в автоклаве согласно изобретению водяным паром, который предпочтительно получают путем нагревания воды электрическими резисторами. Гексафторид урана в контейнере нагревают выше тройной точки 64oС, при этом превалирующими фазами являются только газовая и жидкая фаза. Газ, образующийся при испарении гексафторида урана, подают на последующую обработку.According to the invention, uranium hexafluoride is fed for further processing by evaporation from the liquid phase. In this case, the steel container is heated in the autoclave according to the invention with steam, which is preferably obtained by heating the water with electric resistors. Uranium hexafluoride in the container is heated above the triple point of 64 o C, while the predominant phases are only the gas and liquid phases. The gas generated by the evaporation of uranium hexafluoride is supplied for further processing.
Как указано выше, предпочтительно выполнять испарение при температуре более 64oС и под давлением, превышающим нормальное атмосферное давление, поскольку в этом случае можно существенно увеличить выход. Вследствие избыточного давления гексафторид урана может выходить из контейнера в случае утечки. Именно поэтому настоящее изобретение не использует обычный автоклав или термостат. Фактически это привело бы к существенной опасности утечки гексафторида урана в окружающую среду. В соответствии с правилами для устранения этой опасности обычный автоклав или термостат должен быть расположен внутри отдельной защитной оболочки. Однако конструкция защитной оболочки является дорогостоящей и создает технические проблемы при эксплуатации. Применение автоклава согласно изобретению дает возможность испарять гексафторид урана из жидкой фазы без использования защитной оболочки, однако, в то же время, обеспечивая отсутствие попадания гексафторида урана в окружающую среду в случае утечки.As indicated above, it is preferable to carry out evaporation at a temperature of more than 64 ° C. and under a pressure exceeding normal atmospheric pressure, since in this case the yield can be substantially increased. Due to overpressure, uranium hexafluoride may exit the container in case of leakage. That is why the present invention does not use a conventional autoclave or thermostat. In fact, this would lead to a significant risk of leakage of uranium hexafluoride into the environment. In accordance with the rules, a conventional autoclave or thermostat must be located inside a separate containment to eliminate this danger. However, the design of the containment is expensive and poses technical problems during operation. The use of an autoclave according to the invention makes it possible to evaporate uranium hexafluoride from the liquid phase without using a protective shell, however, at the same time, ensuring that no uranium hexafluoride enters the environment in the event of a leak.
Резюмируя способ согласно изобретению, можно указать, что контейнер с гексафторидом урана помещают в автоклав, автоклав закрывают, гексафторид урана нагревают в контейнере до перехода в жидкое состояние, пары гексафторида урана выводят из контейнера и подвергают дальнейшей переработке. Способ использует автоклав, в нижней части которого устанавливают водяной бак, заполняемый водой, которую нагревают для нагрева гексафторида урана. После испарения гексафторида урана предпочтительно измеряют массу автоклава, при этом нагревание воды прекращают после испарения по меньшей мере 95% по массе, предпочтительно - по меньшей мере 98% по массе и более предпочтительно - по меньшей мере 99% по массе, исходя из измерения массы. Поэтому наружный корпус автоклава снабжен средством закрепления для подвески автоклавного устройства к наружной раме, которая имеет весы, позволяющие контролировать массу автоклава. Summarizing the method according to the invention, it can be indicated that the container with uranium hexafluoride is placed in an autoclave, the autoclave is closed, the uranium hexafluoride is heated in the container until it becomes liquid, the vapors of uranium hexafluoride are removed from the container and subjected to further processing. The method uses an autoclave, in the lower part of which a water tank is installed, filled with water, which is heated to heat uranium hexafluoride. After evaporation of the uranium hexafluoride, the mass of the autoclave is preferably measured, and the heating of the water is stopped after evaporation of at least 95% by weight, preferably at least 98% by weight and more preferably at least 99% by weight, based on the weight measurement. Therefore, the outer case of the autoclave is equipped with a securing means for suspending the autoclave device to the outer frame, which has scales that allow you to control the mass of the autoclave.
Ниже описан вариант реализации изобретения согласно прилагаемому чертежу. An embodiment of the invention is described below according to the attached drawing.
На чертеже показан корпус автоклава, содержащий в верхней части крышку 6, которую можно открывать, уплотнения 7 крышки, контейнер 2 с гексафторидом урана, в нижней части которого на чертеже показан жидкий гексафторид 9 урана, электрические резисторы 4 для нагревания воды 13 в нижней части автоклава, рукоятка 14, проходящий сквозь стенку автоклава для открывания и закрывания клапана 5 контейнера с гексафторидом урана, отводящая труба 8, проходящая сквозь стенку для вывода пара 10 гексафторида урана, цилиндрическая рубашка 3 внутри автоклава для подвода водяного пара 12 к поверхности верхней части контейнера с гексафторидом урана и воронка 11 для сбора конденсата в нижней части автоклава. The drawing shows the autoclave body, containing in the upper part a lid 6 that can be opened, lid seals 7, a container 2 with uranium hexafluoride, in the lower part of which the liquid uranium hexafluoride 9 is shown in the drawing, electrical resistors 4 for heating water 13 in the lower part of the autoclave , handle 14, passing through the wall of the autoclave to open and close the valve 5 of the container with uranium hexafluoride, a discharge pipe 8, passing through the wall to output steam 10 of uranium hexafluoride, a cylindrical shirt 3 inside the autoclave for dvoda steam 12 to the surface of the upper portion of the container with uranium hexafluoride and the hopper 11 to collect the condensate in the bottom of the autoclave.
При нормальных условиях, описанных выше, устройство действует следующим образом. Under the normal conditions described above, the device operates as follows.
Контейнер 2 с UF6 согласно чертежу, объем которого составляет, например, 4 м3, а общая масса в заполненном состоянии, например, около 14 тонн, загружают в вертикальном положении в автоклав 1 с помощью подъемного крана при открытой крышке 6. Опорная конструкция, которая встроена в автоклав и не показана на схеме, удерживает контейнер в нужной позиции. Закрывают крышку 6 и включают резисторы 4. При этом вода 13 в нижней части автоклава начинает нагреваться и через определенное время закипает. Образующийся водяной пар 12 через пространство между направляющим цилиндром 3 и стенкой автоклава проходит в верхнюю часть автоклава, где попадает на металлическую поверхность контейнера 2, которая имеет комнатную температуру. Водяной пар конденсируется, а выделяющееся тепло передается через металлический корпус твердому материалу UF6 9, постепенно нагревая его до температуры 64oС, при этом он начинает плавиться. Водяной пар подводят к верхней части автоклава таким образом, чтобы UF6 начинал плавиться с верхней части контейнера. Это вызвано тем, что UF6 при плавлении начинает расширяться. Если плавление начнется в нижней части контейнера, локальная зона плавления UF6 может образоваться между стенкой контейнера и твердым UF6. Расширение UF6 может вызывать повреждение стенки контейнера и, следовательно, утечку UF6. Теплота, необходимая для плавления, передается UF6 от непрерывно конденсирующегося пара, при этом фронт плавления перемещается сверху к нижней части контейнера и от краев к центру контейнера. Под действием силы тяжести конденсат стекает по стенкам контейнера к нижней части направляющего цилиндра 3 и далее к дну контейнера, где он повторно испаряется. Когда весь UF6 оказывается расплавленным (температура расплавленного UF6 составляет около 100oС, а давление в контейнере около 4,3 бар), клапан 5 контейнера открывают, при этом пар 10 UF6 начинает выходить из автоклава по отводной трубе 8 и поступает на следующую операцию (расход составляет около 150 г/с). После того, как весь пар UF6 будет подан на следующую операцию, электрические резисторы 4 выключают, и клапан 5 контейнера закрывают. Крышку автоклава открывают и оставляют контейнер охлаждаться. Затем пустой контейнер удаляют с помощью подъемного крана. Новый контейнер помещают в автоклав и повторяют вышеуказанные операции. Таким образом, можно непрерывно подавать UF6 в технологический процесс, обеспечивая последовательное поступление из нескольких контейнеров.The container 2 with UF 6 according to the drawing, the volume of which is, for example, 4 m 3 , and the total mass in the filled state, for example, about 14 tons, is loaded vertically into the autoclave 1 using a crane with the lid open 6. Support structure, which is built into the autoclave and is not shown in the diagram, holds the container in position. Close the lid 6 and turn on the resistors 4. At the same time, the water 13 in the lower part of the autoclave begins to heat up and after a certain time boils. The resulting water vapor 12 through the space between the guide cylinder 3 and the wall of the autoclave passes into the upper part of the autoclave, where it falls on the metal surface of the container 2, which has room temperature. Water vapor condenses, and the heat generated is transferred through the metal casing to the solid material UF 6 9, gradually heating it to a temperature of 64 o C, while it begins to melt. Water vapor is fed to the top of the autoclave so that UF 6 begins to melt from the top of the container. This is because UF 6 begins to expand upon melting. If melting starts at the bottom of the container, a local melting zone of UF 6 may form between the wall of the container and solid UF 6 . The expansion of UF 6 may cause damage to the container wall and, consequently, leakage of UF 6 . The heat required for melting is transferred to UF 6 from continuously condensing steam, with the melting front moving from above to the bottom of the container and from the edges to the center of the container. Under the action of gravity, the condensate flows down the walls of the container to the bottom of the guide cylinder 3 and then to the bottom of the container, where it re-evaporates. When all of the UF 6 is molten (the temperature of the molten UF 6 is about 100 ° C and the pressure in the container is about 4.3 bar), the valve 5 of the container is opened, and steam 10 of the UF 6 begins to exit the autoclave through the bypass pipe 8 and flows to the next operation (flow rate is about 150 g / s). After all the UF 6 steam has been supplied for the next operation, the electrical resistors 4 are turned off and the container valve 5 is closed. The lid of the autoclave is opened and the container is allowed to cool. Then the empty container is removed using a crane. A new container is placed in an autoclave and the above operations are repeated. In this way, UF 6 can be continuously fed into the process, ensuring sequential delivery from several containers.
Функционирование автоклава в случае утечки UF6
При конструировании автоклава используется такой критерий обеспечения безопасности, чтобы в случае неисправности одной из частей системы какая-либо другая часть системы заменяла функционирование неисправной части и чтобы в случае возможной аварии не возникало опасности для здоровья персонала или окружающей среды.Functioning of the autoclave in the event of leakage UF 6
When constructing the autoclave, such a safety criterion is used that in the event of a malfunction of one part of the system, some other part of the system replaces the functioning of the malfunctioning part and that in case of a possible accident there is no danger to the health of personnel or the environment.
При рассмотрении потенциальной опасности систем испарения UF6 наиболее критичными деталями автоклава, которые следует проверять особенно тщательно, являются клапанный механизм 5 контейнера UF6, показанный на чертеже, и присоединенная к нему тонкостенная, гибкая отводная труба 8, проходящая внутри автоклава. При использовании системы к гибкой части отводной трубы через определенные интервалы времени прикладывают механическую нагрузку во время установки и съема контейнера. Поэтому эта деталь считается наименее надежной.When considering the potential dangers of UF 6 vaporization systems, the most critical parts of the autoclave that should be checked especially carefully are the valve mechanism 5 of the UF 6 container shown in the drawing and the thin-walled, flexible outlet pipe 8 connected to it that extends inside the autoclave. When using the system, a mechanical load is applied to the flexible part of the branch pipe at regular intervals during installation and removal of the container. Therefore, this part is considered the least reliable.
Допустим, что гибкая отводная труба 8 ломается и автоматическое устройство, закрывающее клапан 5 контейнера, выходит из строя. При этом пар UF6 может свободно вытекать внутрь автоклава. Утечка приводит к увеличению давления, которое автоклав должен выдержать. Максимальное давление внутри автоклава, вызываемое утечкой, оценивается следующим образом: в исходном положении контейнер нагревают водяным паром, который образуется из воды в нижней части автоклава с помощью электрических резисторов, помещенных в воду. Объем контейнера составляет 4 м3, а количество нагретого до 100oС, жидкого UF6 внутри контейнера - около 12 тонн.Assume that the flexible outlet pipe 8 breaks and the automatic device closing the valve 5 of the container fails. In this case, the steam UF 6 can freely flow into the autoclave. Leakage leads to an increase in pressure that the autoclave must withstand. The maximum pressure inside the autoclave caused by leakage is estimated as follows: in the initial position, the container is heated with water vapor, which is formed from water in the lower part of the autoclave using electrical resistors placed in water. The volume of the container is 4 m 3 , and the amount of liquid UF 6 heated to 100 o C inside the container is about 12 tons.
Если гибкая отводящая труба ломается, то UF6 в газообразной форме начинает вытекать под давлением 4,3 бар из контейнера в автоклав, где давление смеси водяного пара и воздуха составляет около 2 бар (парциальное давление воздуха - около 1,0 бар и давление пара - около 1,0 бар).If the flexible outlet pipe breaks, then UF 6 in gaseous form starts to flow out under a pressure of 4.3 bar from the container into the autoclave, where the pressure of the mixture of water vapor and air is about 2 bar (the partial air pressure is about 1.0 bar and the vapor pressure is about 1.0 bar).
Внутри автоклава UF6 реагирует с водяным паром, образуя твердый фтористый уранил и фтористый водород, который вызывает увеличение давления в автоклаве. Увеличение давления в автоклаве приводит к включению аварийной системы защиты, при этом нагревание отключается, и клапан контейнера закрывается. Однако вышедший из строя клапан не закрывается, и утечка UF6 в автоклав продолжается.Inside the autoclave, UF 6 reacts with water vapor to form solid uranyl fluoride and hydrogen fluoride, which causes an increase in pressure in the autoclave. The increase in pressure in the autoclave leads to the inclusion of an emergency protection system, while the heating is turned off and the container valve closes. However, a failed valve does not close, and the leak of UF 6 into the autoclave continues.
Когда давление газовой смеси в автоклаве достигнет давления UF6 в контейнере (4,3 бар), утечка UF6 через сломанную трубу прекратится, и давление стабилизируется.When the pressure of the gas mixture in the autoclave reaches the pressure UF 6 in the container (4.3 bar), the leakage of the UF 6 through the broken pipe will stop and the pressure will stabilize.
Через 10 минут после аварийного повышения давления в автоклаве персонал закрывает клапан контейнера вручную. Примерно через 30 минут начинается откачивание газовой смеси из автоклава. 10 minutes after an emergency pressure increase in the autoclave, personnel manually close the container valve. After about 30 minutes, the gas mixture begins to be pumped out of the autoclave.
Функционирование обычного автоклава в случае утечки UF6
При рассмотрении функционирования обычных автоклавов в случае одновременной поломки гибкой трубы, отводящей UF6, и неисправности механизма, закрывающего клапан, можно отметить, что связанная с этим опасность настолько велика, что автоклав приходится устанавливать:
А. В стальной оболочке или
В. В отдельном защитном здании.Functioning of a conventional autoclave in the event of leakage of UF 6
When considering the operation of conventional autoclaves in the event of a breakdown of the flexible pipe leading off the UF 6 and a malfunction of the valve closing mechanism, it can be noted that the danger associated with this is so great that the autoclave has to be installed:
A. In a steel shell or
B. In a separate security building.
Защита персонала и окружающей среды требует принятия определенных мер в обоих альтернативных случаях:
А. Защитная оболочка должна постоянно сообщаться с вентиляцией, снабженной соответствующими поглотителями. При испарении UF6 персонал не должен допускаться в помещения.The protection of personnel and the environment requires certain measures in both alternative cases:
A. The containment must be in constant communication with the ventilation provided with appropriate absorbers. When vaporizing UF 6, personnel should not be allowed into the premises.
В. Вентиляция здания, в котором установлен автоклав, должна быть снабжена достаточным количеством поглотителей. Поскольку объем производственного помещения является весьма значительным, система вентиляции требует больших капиталовложений. Персонал должен быть обеспечен соответствующими средствами защиты, в частности газовыми масками. В случае аварийной утечки необходимо производить эвакуацию из помещения. B. The ventilation of the building in which the autoclave is installed must be equipped with a sufficient number of absorbers. Since the volume of the production space is very significant, the ventilation system requires a large investment. Personnel should be provided with appropriate protective equipment, in particular gas masks. In the event of an emergency leak, it is necessary to evacuate from the room.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20002393 | 2000-10-30 | ||
| FI20002393A FI117084B (en) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | Autoclave assembly and method for evaporation of uranium hexafluoride |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001124222A RU2001124222A (en) | 2003-05-20 |
| RU2220100C2 true RU2220100C2 (en) | 2003-12-27 |
Family
ID=8559406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001124222A RU2220100C2 (en) | 2000-10-30 | 2001-09-06 | Autoclave device and method of uranium hexafluoride evaporation |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI117084B (en) |
| RU (1) | RU2220100C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108074654A (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-25 | 中核新能核工业工程有限责任公司 | UF6The special hot tank of pressure of container |
| CN115970590A (en) * | 2023-03-22 | 2023-04-18 | 中核第七研究设计院有限公司 | Contact electrical heating uranium hexafluoride feedway |
| CN115970322A (en) * | 2023-03-20 | 2023-04-18 | 中核第七研究设计院有限公司 | Non-contact electrical heating uranium hexafluoride feedway |
-
2000
- 2000-10-30 FI FI20002393A patent/FI117084B/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-09-06 RU RU2001124222A patent/RU2220100C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАСАТКИН А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Госхимиздат, 1961, с.339, 342-343. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108074654A (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-25 | 中核新能核工业工程有限责任公司 | UF6The special hot tank of pressure of container |
| CN115970322A (en) * | 2023-03-20 | 2023-04-18 | 中核第七研究设计院有限公司 | Non-contact electrical heating uranium hexafluoride feedway |
| CN115970590A (en) * | 2023-03-22 | 2023-04-18 | 中核第七研究设计院有限公司 | Contact electrical heating uranium hexafluoride feedway |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20002393A0 (en) | 2000-10-30 |
| FI20002393A (en) | 2002-05-01 |
| FI117084B (en) | 2006-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR950009881B1 (en) | Neclear power facilities | |
| KR960008856B1 (en) | Passive cooling system for liquid metal cooled nuclear reactors with back-up coolant folw path | |
| US5255296A (en) | Collecting and recirculating condensate in a nuclear reactor containment | |
| EP2680272B1 (en) | Nuclear power plant and passive containment cooling system | |
| US3459635A (en) | Containment pressure reduction system and radioactivity removal system for nuclear reactor installations | |
| US4299659A (en) | Apparatus for storing self-heating radioactive materials | |
| EP0475700A1 (en) | Passive cooling means for water cooled nuclear reactor plants | |
| KR100366322B1 (en) | Passive air-cooled liquid metal-cooled reactor with double vessel leakage adaptability | |
| US3232843A (en) | Containment system for a plurality of nuclear reactor units | |
| JPS61275693A (en) | Nuclear reactor and operation thereof | |
| KR930011015B1 (en) | Fission product scrubbing system | |
| KR20010066821A (en) | Corrosion mitigation system for liquid metal nuclear reactors with passive decay heat removal systems | |
| JP3140831B2 (en) | Method and apparatus for pressure release of containment vessel of nuclear equipment | |
| US3890100A (en) | Gas conditioning and analyzing system | |
| RU2220100C2 (en) | Autoclave device and method of uranium hexafluoride evaporation | |
| US3580806A (en) | Pressure suppressing arrangement | |
| JPS6020712B2 (en) | Device for emergency cooling of steam generators in nuclear power plants | |
| JPS5844238B2 (en) | Nuclear energy device with collection vessel for melting core material | |
| JPH024877B2 (en) | ||
| US3666622A (en) | Nuclear reactor vapor suppressing means | |
| US4816210A (en) | Passive filtered containment vent | |
| US4816209A (en) | Method and apparatus for separating radioactive constituents from gas or vapors escaping accidentally from nuclear reactors | |
| JPH1062590A (en) | Recovering device of fluid contained in coolant circuit of reactor | |
| US3714978A (en) | Apparatus for handling uranium hexafluoride at elevated pressure | |
| JP7399405B2 (en) | nuclear power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180907 |