Влияние диаметра входного клапана и температуры газообразного UF6 на динамику его десублимации в емкостях без оребрения

В работе представлены результаты расчётов времени заполнения и средней производительности ёмкостей объёмом 1,0, 2,0, 2,5, 3,0 и 4,0 м3 без оребрения при изменении диаметра входного клапана и температуры газообразного UF6 в коллекторе. Показано, что уменьшение температуры газообразного UF6 с 40 до 10°С позволяет увеличить среднюю производительность ёмкостей на 7,0-7,4 %. Увеличение диаметра входного клапана с 5·10-3 до 65·10-3 м приводит к увеличению средней производительности ёмкостей на 76,0-88,0%.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 14
1. Физико-химические свойства гексафторида урана и особенности его
десублимации на разделительных предприятиях……………………………………… 16
1.1 Физические и химические свойства UF6 и лёгких примесей ………………. 16
1.1.1 Гексафторид урана …………………………………………………………………….. 17
1.1.2 Фтористый водород ……………………………………………………………………. 19
1.1.3 Фтор………………………………………………………………………………………….. 20
1.1.4 Трифторид хлора ……………………………………………………………………….. 22
1.1.5 Аммиак ……………………………………………………………………………………… 23
1.1.6 Углекислый газ ………………………………………………………………………….. 24
1.1.7 Физические свойства других примесей ………………………………………… 25
1.2 Анализ процессов десублимации UF6 ………………………………………………. 26
1.2.1 Особенности десублимации UF6 на разделительных предприятиях .. 27
1.2.2 Аппаратурное оформление процессов десублимации …………………… 28
1.2.3 Конденсационно-испарительные установки разделительных
производств ………………………………………………………………………………………. 31
1.2.4 Способы охлаждения и нагрева, применяемые в конденсационно-
испарительных установках …………………………………………………………………. 38
2. Двухмерная математическая модель процесса десублимации UF6 в
вертикальные погружные ёмкости ………………………………………………………….. 45
2.1 Объект исследования ……………………………………………………………………… 45
2.2 Математическая модель ………………………………………………………………….. 46
2.3 Принятые допущения ……………………………………………………………………… 46
2.4 Основные уравнения теплообмена и газовой динамики …………………….. 47
3. Результаты исследований и их обсуждение …………………………………………. 51
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 59
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………. 59
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ……………………………….. 60
4.1.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………….. 62
4.2 Планирование научно-исследовательской работы …………………………….. 63
4.3 Бюджет научного исследования ………………………………………………………. 65
4.3.1 Материальные затраты на исследование………………………………………. 65
4.3.2 Расчёт амортизации специального оборудования …………………………. 67
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей ……………………………………. 68
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей …………………………. 70
4.3.5 Отчисления в государственные страховые фонды ………………………… 70
4.3.6 Накладные расходы ……………………………………………………………………. 71
4.3.7 Формирование бюджета затрат на научно-исследовательскую
работу ……………………………………………………………………………………………….. 71
4.4 Определение ресурсосберегающей, финансовой, бюджетной, социальной
и экономической эффективности исследования …………………………………….. 72
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………. 76
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 76
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства ………………………………………. 76
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя. …………………………………………………………………………………… 77
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………… 79
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования …………………………………………………………………………………….. 79
5.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований ……………………………………… 80
5.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
вредных и опасных факторов ……………………………………………………………… 84
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 89
5.3.1 Анализ влияния процесса эксплуатации объекта на окружающую
среду …………………………………………………………………………………………………. 89
5.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………. 90
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 92
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований …………………………………………………………………………………….. 92
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте 93
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ……………………………………… 93
Заключение …………………………………………………………………………………………… 96
Список публикаций ……………………………………………………………………………….. 97
Список литературы ……………………………………………………………………………… 100
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 108

1. В результате исследования влияния температуры газообразного UF6
в коллекторе на среднюю производительность ёмкостей объёмом 1,0…4,0 м3
без оребрения и времени их заполнения десублимированным UF6 до 70%
свободного объёма при диаметре входного клапана 65·10 -3 м, рабочем
давлении в коллекторе 80 мм рт. ст., температуре хладагента минус 25°С
показано, что понижение температуры газообразного UF6 в коллекторе с 40 до
10°С приводит к линейному увеличению средней производительности на
7,0…7,4% и уменьшению времени заполнения ёмкостей на 6,8…7,6%.
2. При исследовании зависимости средней производительности и
времени заполнения этих же ёмкостей при температуре газообразного UF6
30°С и изменении диаметра входного клапана от 5·10-3 до 65·10-3 м с шагом
5·10-3 м установлено, что увеличение диаметра входного клапана в указанных
пределах приводит к увеличению средней производительности на 76,0…88,0%
и уменьшению времени заполнения ёмкостей в 4,2…8,3 раз.
3. Определён диаметр входного клапана достаточный для эффективной
работы ёмкостей: ёмкость объёмом 1,0 м3 – din =25·10-3 м, ёмкости объёмом
2,0; 2,5; 3,0 м3 – din =30·10-3 м, ёмкость объёмом 4,0 м3 – din =35·10-3 м.
4. Показано, что малые диаметры входного клапана ёмкости
ограничивают расход поступающего в неё газообразного UF6 и,
соответственно, его подвод к теплообменной поверхности. Поэтому чем
больше объём ёмкости, тем больше должен быть диаметр входного клапана
для нормальной её работы.
Полученные результаты показывают возможность повышения
эффективности технологического процесса десублимации UF6 на
разделительных предприятиях отрасли за счёт уменьшения температуры
газообразного UF6 и увеличения диаметра входного клапана.
Данные результаты могут быть использованы для корректировки
режима десублимации гексафторида урана в вертикальных погружных
ёмкостях без оребрения в АО «ПО ЭХЗ».
Список публикаций

1. Kotelnikova A. A. Influence of pressure in the collector and the refrigerant
temperature to dynamics of filling tanks with smooth inner walls / Orlov A. A.,
Tsimbalyuk A. F., Malyugin R. V., Kotelnikova A. A., Leontjeva D. A. // AIP
Conference Proceedings. – 2019 – Vol. 2101, Article number 020001. – p. 1-6.
2. Kotelnikova A. A. Effect of tank geometry on its average performance /
A. A. Orlov, A. F. Tsimbalyuk, R. V. Malyugin, A. A. Kotelnikova, D. A.
Leontyeva // AIP Conference Proceedings. – 2018 – Vol. 1938, Article number
020009. – [p. 1-7].
3. Kotelnikova A. A. Plasmachemical synthesis and evaluation of the
thermal conductivity of metal-oxide compounds “molybdenum–uranium dioxide” /
A. A. Kotelnikova, A. G. Karengin, O. Mendoza Quiroz // AIP Conference
Proceedings. – 2018 – Vol. 1938, Article number 020015. – [p. 1-7].
4. Котельникова А. А. Влияние температуры газообразного UF6 в
коллекторе на динамику заполнения ёмкостей с гладкими внутренними
стенками десублимированным UF6 / Котельникова А. А., Орлов А. А. //
Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине:
сборник научных трудов Международной научно-практической конференции
студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 30 Сентября-4 Октября 2019.
– Томск: ТПУ, 2019 – C. 90.
5. Котельникова А. А. Влияние геометрии ёмкости, условий тепло- и
массообмена на динамику её заполнения десублимированным UF6 /
Котельникова А. А., Малюгин Р. В., Орлов А. А. // Физическое образование в
вузах. – 2018 – Т. 24 – №. S1. – C. 164-165.
6. Котельникова А. А. Плазмохимический синтез металл-оксидных
композиций W-UO2 / О. Мендоса Кирос, И. Ю. Новосёлов, А. А. Котельникова
// VIII школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов
докладов, 17-19 мая 2017 г., г. Томск. – Томск: Изд-во ТУСУР, 2017. – [C. 84].
7. Котельникова А. А. Плазмохимический синтез и определение
теплофизических параметров металл-оксидных композиций “Мо-UO2” //
Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов IV
Международной научной конференции молодых учёных, аспирантов и
студентов, г. Томск, 30 Октября – 3 Ноября 2017 г. – Томск: Изд-во Графика,
2017 – [С.48].
8. Котельникова А. А. Естественная конвекция газообразного UF6 в
вертикальной цилиндрической ёмкости / Орлов А. А., Малюгин Р. В.,
Котельникова А. А. // IX Школа-конференция молодых атомщиков Сибири:
сборник тезисов докладов, Томск, 17-19 Октября 2018. – Томск: Дельтаплан,
2018 – C. 155.
9. Котельникова А. А. Влияние режима тепло- и массообмена на
динамику заполнения ёмкостей с гладкими внутренними стенками
десублимированным UF6 / Котельникова А. А., Малюгин Р. В., Орлов А. А. //
Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов V
Международной научной конференции молодых учёных, аспирантов и
студентов, Томск, 19-23 Ноября 2018. – Томск: Графика, 2018 – C. 30.
10. Котельникова А. А. Плазмохимический синтез оксидных
композиций из водно-органических нитратных растворов неодима и магния /
Загузин И. Ю., Котельникова А. А., Пшеничников А. С. // Физико-технические
проблемы в науке, промышленности и медицине: сборник научных трудов
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых, Томск, 30 Сентября-4 Октября 2019. – Томск: ТПУ, 2019 – C.
127-128.
11. Котельникова А. А. Влияние отношения высоты к радиусу ёмкости
на динамику её заполнения десублимированным UF6 / А. А. Котельникова, А.
Ф. Цимбалюк, Р. В. Малюгин, А. А. Орлов // Изотопы: технологии, материалы
и применение: материалы IV Международной научной конференции молодых
учёных, аспирантов и студентов, г. Томск, 30 октября – 3 ноября 2017 г. –
Томск: Изд-во Графика, 2017 – [С. 15].
12. Котельникова А. А. Моделирование гибких обменных и
электроионитных систем изотопного разделения [Электронный ресурс] / В. С.
Балашков, А. С. Дрогалев, А. А. Котельникова, А. П. Вергун // Физико-
технические проблемы в науке, промышленности и медицине: сборник
тезисов докладов VII Международной научно-практической конференции, 3-
6 июня 2015 г., г. Томск. – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – [С. 155-156].
http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2015/C49/C49.pdf