Оптимизация расхода газов в технологии получения порошков диоксида урана методом восстановительного пирогидролиза

Вавилов, Андрей Владимирович Отделение ядерно-топливного цикла (ОЯТЦ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Диоксид урана является основой керамического ядерного топлива. В настоящее время гексафторид урана является монопольным соединением в процессах обогащения урана по изотопу U-235. Пирогидролизом этого соединения получают 25 % ядерного топлива в мире.
Условия, при которых получают порошки диоксида урана, влияют на его технологические свойства. Проблема заключается в том, что при разных условиях получаются порошки с различными технологическими параметрами: насыпная плотность с утряской, тесты на спекаемость, полная удельная поверхность, фракционный состав. Эти различия влияют на качество изготавливаемых из порошков диоксида урана топливных таблеток.
Данная работа направлена на поиск оптимальных режимов работы участка с минимальными энергетическими затратами в соотношении к производительности

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………………………………………10
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР …………………………………………………………………………………………………12
1.1. «Сухие» методы получения порошка диоксида урана ………………………………………………….12
1.2. Газовые методы конверсии ГФУ …………………………………………………………………………………13
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………………………………….21
2.1. Физико-химические свойства веществ основной производственной линии …………………..21
2.2. Описание установки ВПГ на ПАО «НЗХК» …………………………………………………………………24
2.2.1. Узел испарения ……………………………………………………………………………………………………25
2.2.2. Узел конверсии ……………………………………………………………………………………………………26
2.2.3. Узел восстановления и обесфторирования ……………………………………………………………30
2.2.4. Узел стабилизации ………………………………………………………………………………………………32
2.2.5. Узел конденсации HF…………………………………………………………………………………………..33
2.2.6. Узел дожигания водорода…………………………………………………………………………………….34
2.3 Получение продукта ………………………………………………………………………………………………………..34
3. ОПИСАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В РЕАКТОРЕ И
ПЕЧИ ……………………………………………………………………………………………………………………………………….37
3.1. Химизм пирогидролиза ………………………………………………………………………………………………37
3.2. Исследование кинетики процессов пирогидролиза в реакторе. …………………………………….40
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………49
4.1. SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………………………………….50
4.2. Структура работ в рамках научного исследования ……………………………………………………………50
4.2.1 Определение трудоемкости выполнения работ……………………………………………………………51
4.2.2 Разработка графика проведения научного исследования……………………………………………..52
4.3 Организация труда и заработной платы…………………………………………………………………………….55
4.3.1 Определение баланса времени одного рабочего ………………………………………………………….55
4.3.2 Расчет численности рабочих, служащих, ИТР и МОП…………………………………………………56
4.3.3. Расчет годового фонда заработной платы ………………………………………………………………….57
4.4. Расчёт амортизации основных производственных фондов………………………………………………..60
4.5. Калькуляция себестоимости ……………………………………………………………………………………………61
4.6. Расчёт научно-технического эффекта ………………………………………………………………………………64
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………………………………………66
5.1. Общая характеристика производства ……………………………………………………………………………….66
5.1.1. Анализ опасных и вредных факторов ………………………………………………………………………..67
5.1.2. Спецодежда и СИЗ ……………………………………………………………………………………………………69
5.2. Ядерная безопасность ……………………………………………………………………………………………………..69
5.2.1. Основные принципы и требования к ядерной безопасности ……………………………………….69
5.2.2. Предельные значения параметров ……………………………………………………………………………..70
5.2.3. Действия персонала при отклонениях от безопасного ведения процесса. ……………………71
5.3. Безопасность при работе с химическими веществами ………………………………………………………71
5.4 Радиационная безопасность ……………………………………………………………………………………………..75
5.4.1. Основы радиационной безопасности …………………………………………………………………………75
5.4.2. Радиационная безопасность при работе с ИИ …………………………………………………………….77
8.5. Производственное освещение …………………………………………………………………………………………82
8.6. Шум и вибрация ……………………………………………………………………………………………………………..82
8.7. Микроклимат ………………………………………………………………………………………………………………….83
8.8. Электробезопасность ………………………………………………………………………………………………………85
8.9. Пожарная безопасность …………………………………………………………………………………………………..86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………..88
Список литературы …………………………………………………………………………………………………………………..90
ПРИЛОЖЕНИЕ А …………………………………………………………………………………………………………………….92
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ……………………………………………………………………………………………………………………..93
Introduction ……………………………………………………………………………………………………………………………..95
Installation description ……………………………………………………………………………………………………………..96
Evaporation ………………………………………………………………………………………………………………………….96
Conversion ……………………………………………………………………………………………………………………………98
Defluorization ……………………………………………………………………………………………………………………..100
Stabilization ………………………………………………………………………………………………………………………..101
Condensation of hydrofluoric acid ……………………………………………………………………………………….102
Hydrogen afterburning ………………………………………………………………………………………………………..103
Product acquisition …………………………………………………………………………………………………………………103
Glossary………………………………………………………………………………………………………………………………….105
References ………………………………………………………………………………………………………………………………106

В настоящее время для реакторов на атомных электростанциях
наиболее распространенным топливом является диоксид урана в виде
керамических таблеток. Изготовление таких таблеток осуществляется
методами порошковой металлургии с использованием процессов и приемов,
характерных для керамического производства.
Для приготовления порошков наибольшее распространение получили
«сухие» методы. Гексафторид урана является монопольным соединением в
процессах обогащения урана по изотопу U-235. Пирогидролизом этого
соединения получают 25 % ядерного топлива в мире. Порошок диоксида
урана керамического сорта используется для изготовления топливных
таблеток для реакторов ВВЭР-440, ВВЭР – 1000.
2 сентября 2010 г. ПАО «НЗХК» запустило в эксплуатацию линию по
производству порошка диоксида урана методом восстановительного
пирогидролиза гексафторида урана (ВПГ) [1]. Использование метода ВПГ в
производстве порошка диоксида урана позволяет существенно снизить
себестоимость конечной продукции в сравнении с экстракционной схемой,
применявшейся на предприятии до настоящего времени. Прежде всего, за
счет максимальной автоматизации технологического процесса.
Условия, при которых получают порошки диоксида урана, влияют на
его технологические свойства. Проблема заключается в том, что при разных
условиях получаются порошки с различными технологическими
параметрами: насыпная плотность с утряской, тесты на спекаемость, полная
удельная поверхность, фракционный состав. Эти различия влияют на
качество изготавливаемых из порошков диоксида урана топливных таблеток.
Исходя из этого, существует необходимость в исследовании влияния
различных условий на качество получаемого порошка и, соответственно,
нахождения таких условии, при которых получились бы порошки диоксида
урана с оптимальными технологическими свойствами.
Данная работа направлена на поиск оптимальных режимов работы
участка ВПГ с минимальными энергетическими затратами в соотношении к
производительности.
В настоящее время на участке ВПГ цеха №10 осуществляется процесс
получения порошка диоксида урана методом ВПГ. Сырьём является
гексафторид урана с массовой долей изотопа урана-235 не более 5%. [10]

Увеличение параметра высоты слоя более 7,5 кПа приводит к забивке
фильтров, в то время как ниже 5 кПа − приводит к резкому снижению
качества изготовленных таблеток. Изменение расхода ГФУ было
исследовано в узком диапазоне от 3,0 до 3,6 м³/ч и, как показали результаты
испытаний, не приводит к значимым отличиям качественных характеристик
порошков и изготовленных таблеток, что свидетельствует о возможности
дальнейшего увеличения производительности реактора.
В ходе данной работы была изготовлена партия 14V0416 общей массой
более 3 т с увеличенным расходом ГФУ до 3,6 м³/ч. В процессе изготовления
данной партии было установлено, что расходные регулировочные клапаны не
позволяют обеспечить расход ГФУ более 3,8 м³/ч и поддерживать заданный
увеличенный расход ГФУ при снижении давления в баллонах с ГФУ.
Поэтому, работы по дальнейшему увеличению расхода до 4 м³/ч не
проводилась.
Проведённые работы показали существенное влияние высоты
кипящего слоя на свойства порошка диоксида урана. С одной стороны,
увеличение величины высоты слоя должно приводить к увеличению среднего
времени витания частиц в кипящем слое над газораспределительной
решеткой реактора и росту среднего размера зерна частиц, с другой стороны
сокращается расстояние до фильтров и повышается вероятность их забивки.
В рамках данной работы были изготовлены партии 14V0496У и 14V0682У с
увеличенным значением высоты кипящего слоя до 6,8 кПа. В процессе
изготовления по основным параметрам работы реактора отличий от штатного
режима зафиксировано не было. Полученные порошки были
проанализированы по ряду физико-химических параметров и направлены на
изготовление топливных таблеток. Результаты анализа порошков и
топливных таблеток представлены в таблицах 1-2.
Изменение режима работы печи АВВ в широком диапазоне, а именно:
снижение температуры на 100-135 ºС (уставка по всем зонам печи 600 ºС),
снижение расхода водорода на 40 % (с 6,37 м³/ч до 4 м³/ч), снижение расхода
пара на 40% (с 6,24 м³/ч до 4 м³/ч) не приводит к значимым отклонениям в
физико-химических свойствах изготовленного порошка. По результатам
разбраковки топливных таблеток, изготовленных из данных порошков,
существенных отличий по качественным характеристикам таблеток не
зафиксировано. По всем характеристикам топливные таблетки соответствуют
требованиям [12]. Каких либо специфических дефектов, связанных с
изменением режимов термообработки и расходов газов не выявлено. Было
сделано предположение о возможности снижение расхода водорода и пара,
подающихся на дообесфторивание, до 4-5м³/час без ущерба качеству
изготавливаемых порошков и таблеток.
Анализ химических примесей показал, что одновременное снижение
расхода водорода и пара с сохранением их эквимолярного соотношения
привело к повышению содержания фтора в порошке партии 14V0689/2. Ранее
проведенные эксперименты показали, что снижение расхода пара и водорода
по отдельности не приводит к увеличению содержания фтора. При этом в
литературных источниках указывается, что наиболее эффективное
обесфторивание происходит при эквимолярном соотношении пара и
водорода. Это наводит на мысль, что одновременное снижение расходов
газов привело к нарушению течения газовых потоков, что и привело к росту
содержания фтора. Вероятно, при снижении расхода водорода и пара
необходимо увеличивать расход азота для сохранения формы
аэродинамического потока и лучшей канализации фторсодержащих газов.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Разработка спектрометра фотонного излучения на основе pin-фотодиода
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)