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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    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
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

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