一种铀浓缩厂分离功率在线监测方法 |
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| 申请号 | CN201710007007.X | 申请日 | 2017-01-05 | 公开(公告)号 | CN106940448A | 公开(公告)日 | 2017-07-11 |
| 申请人 | 中国原子能科学研究院; | 发明人 | 刘国荣; 吕学升; 郝学元; 梁庆雷; 李井怀; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 铀 浓缩分离功率的计量方法。为实现铀浓缩厂分离功率的在线监测，简化测量设备，本发明提供了一种铀浓缩厂分离功率在线监测方法，包括以下步骤：一、选取待测参数；二、对测量设备进行 真空 检漏；三、将测量设备连接在工艺管道上；四、对测量设备进行本底测量及刻度；五、实时获取待测参数的测量值，通过守恒方程计算出未知参数的值；六、计算出分离势函数的值；七、通过分离功率计算公式计算得到分离功率，实现在线监测。本发明的监测方法所需设备得以明显简化，成本显著降低，可以实现铀浓缩厂的生产工艺状况实时监测和核材料实时衡算，能够为监控铀浓缩厂是否有违约的铀浓缩生产活动提供有效监测数据。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铀浓缩厂分离功率在线监测方法，其特征在于该监测方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种铀浓缩厂分离功率在线监测方法技术领域[0001] 本发明涉及一种铀浓缩分离功率的计量方法，特别涉及一种铀浓缩厂分离功率在线监测方法。 背景技术[0003] 分离功是铀浓缩厂和离心机的核心指标，其定义为：把一定量的铀浓缩到一定235U丰度所需要投入的工作量，其单位为：t·SWU；而单位时间内所产生的分离功即为分离功率，其用以度量一个分离单元(或级联)的分离能力(或生产能力)，其单位为：t·SWU/a。 [0004] 通过对分离功率的监测，可以实现铀浓缩厂的生产工艺状况监测和核材料衡算核实，以及对铀浓缩厂分离功申报值及设计变更的核实，能够获知铀浓缩厂是否有违约的铀浓缩生产活动，对于有效防止铀浓缩能力的非法转移和使用具有重要价值。 [0005] 公开资料显示，铀浓缩厂分离功率的监测主要采用以下方案：首先，利用称重设备分别称量一段时间(例如：三个月)内生产的浓缩UF6、供料UF6和贫料UF6的质量，从而得到该时间段内对应的各部分铀质量；然后，分别对浓缩UF6、供料UF6和贫料UF6进行取样，利用气体质谱计对各样品进行测量，得到该时间段内生产的浓缩UF6、消耗的供料UF6和产生的贫料UF6的235U丰度；最后，将上述测量值(铀质量和235U丰度)代入有关公式进行计算以获得分离功率。然而，该方案需要进行称重、取样、测量等诸多操作，并且需要用到气体质谱计这种必须由专业技术人员操作的复杂且昂贵的仪器，因此存在成本高，效率低，操作复杂等缺陷，最重要的是，该方案无法进行分离功率的在线实时监测，无法实现生产工艺的实时监测和核材料的衡算核实。 [0007] 对于UF6气体235U丰度的实时测量，其主要包括两部分，即：UF6气体中235U含量的测量和总铀量的测量，二者的比值即为UF6气体的235U丰度。其中，UF6气体中235U含量可以采用NaI(Tl)探测器对235U发射的特征γ射线进行测量以获得。而总铀量的测量可以采用以下三种方法，即X射线荧光法、透射源衰减方法和气体状态方程方法。 [0008] 对于UF6气体质量流量的实时测量，通常主要采用孔板流量计来实现。UF6气体流经孔板流量计中的小孔，孔板前后会产生气压差，当流过孔板的UF6气体的速度达到声速时，通过孔板的气体质量流量将只与孔板前的气体压强成正比，因此由孔板前的气体压强和孔板系数即可得到UF6气体质量流量。此外，也有采用外部中子源对UF6气体进行中子活化，然后测量生成的裂变碎片的延迟γ射线，通过确定延迟γ射线强度、中子时间关联得到气流速率，进而获得UF6气体质量流量的测量方法，但该方法较为复杂，需采用中子源，测量误差大，约为25％。 [0009] 基于上述技术基础，铀浓缩厂分离功率的在线监测可以通过获取供料UF6、浓缩UF6和贫料UF6的235U丰度及质量流量6个实时数据并进行实时数据处理来实现。但是，由于每个实时数据均需要一套相对独立的测量设备进行测量，6个实时数据就需要6套测量设备，因此造成所需设备复杂，成本较高。当然，上述关于铀浓缩厂分离功率在线监测的技术构思仅是基于普通技术人员的一般性推理得出的，而对于实际的铀浓缩厂分离功率的在线监测，目前尚未见到国内外文献有公开报道。 发明内容[0010] 为实现铀浓缩厂分离功率的在线监测，简化测量设备，本发明提供了一种铀浓缩厂分离功率在线监测方法。该监测方法包括以下步骤： [0011] (一)根据铀浓缩厂的具体情况，由供料UF6、浓缩UF6和贫料UF6的235U丰度及质量流量6个参数中选取4个作为待测参数； [0012] (二)根据选取的4个待测参数设置测量设备，对设置好的测量设备进行真空检漏； [0013] (三)将测量设备连接在铀浓缩厂的有关工艺管道上； [0014] (四)对测量设备进行本底测量及刻度； [0015] (五)开启测量设备，实时获取上述4个待测参数的测量值，并将这4个测量值代入守恒方程FEF＝WEW+PEP和F＝W+P构成的方程组，计算出另外2个待测参数的值； [0016] (六)将EP、EW和EF分别实时代入分离势函数 分别获得分离势函数V(EP)、V(EW)和V(EF)的值； [0017] (七)然后通过分离功率计算公式ΔU＝PV(EP)+WV(EW)-FV(EF)计算得到铀浓缩厂的分离功率，实现在线监测； [0018] 步骤(五)至步骤(七)中，P、W和F分别为浓缩UF6、贫料UF6和供料UF6的质量流量，235 EP、EW和EF分别为浓缩UF6、贫料UF6和供料UF6的 U丰度，V(EP)、V(EW)和V(EF)分别为浓缩UF6、贫料UF6和供料UF6的分离势函数，E代表UF6的235U丰度。 [0019] 若供料UF6的铀丰度为天然铀丰度，则仅需要获取除供料UF6的235U丰度以外的3个参数作为待测参数。 [0020] 所述测量设备包括NaI(Tl)探测器为优选，以实现对UF6的235U丰度的测量。 [0021] 所述测量设备包括孔板流量计为优选，以实现对UF6的质量流量的测量。 [0022] 本发明的主要技术原理如下：以正常运行的铀浓缩厂整个浓缩级联或一定浓缩工艺区段为对象，其整个外部参数守恒，守恒方程为：FEF＝WEW+PEP和F＝W+P，由于这两个守恒方程可以构成方程组，因此只要得到四个互相独立的参数，就可以求出余下的两个参数。然后，利用分离势函数和分离功率计算公式即可计算出铀浓缩厂的分离功率。 [0023] 综上所述，本发明的铀浓缩厂分离功率在线监测方法由于仅需要实时获取4个待测参数，因此相对于理论上需要6个实时数据的技术方案来说，其所需设备得以明显简化，成本显著降低。通过在线监测铀浓缩厂分离功率，可以实现铀浓缩厂的生产工艺状况实时监测和核材料实时衡算，能够及时反映铀浓缩厂生产工艺运行状况，有利于铀浓缩厂稳定安全运行，能够为监控铀浓缩厂是否有违约的铀浓缩生产活动提供有效监测数据，对于有效防止铀浓缩能力的非法转移和使用具有重要价值。此外，铀浓缩厂分离功率在线监测还可以为离心级联优化设计和生产工艺调整提供监测手段和技术支持，以达到提高铀浓缩厂经济效益的目的；也可以应用于离心机性能及损坏率的监测等方面。附图说明 [0024] 图1本发明的铀浓缩厂分离功率在线监测方法实际应用情况示意图。 [0025] 图2本发明实施例1的铀浓缩厂分离功率17天连续在线监测数据。 [0026] 附图标记：1.供料UF6，2.浓缩UF6，3.贫料UF6，4.浓缩工艺区段，5.供料UF6的235U丰235 度可选测量点，6.供料UF6的质量流量可选测量点，7.浓缩UF6的 U丰度可选测量点，8.浓缩UF6的质量流量可选测量点，9.贫料UF6的235U丰度可选测量点，10.贫料UF6的质量流量可选测量点，11.数据处理系统。 具体实施方式[0027] 下面结合具体实施例对本发明的实施方式做进一步的说明。 [0028] 实施例1 [0029] 将本发明的铀浓缩厂分离功率在线监测方法应用于某铀浓缩厂，其监测过程包括以下步骤： [0030] (一)根据该铀浓缩厂的具体情况，首先选取浓缩UF6的质量流量作为待测参数；由于供料UF6的铀浓度为天然铀浓度，因此再选取浓缩UF6和贫料UF6的235U丰度作为待测参数； [0031] (二)根据选取的3个待测参数设置测量设备，包括2个NaI(Tl)探测器和1个孔板流量计，对设置好的测量设备进行真空检漏； [0032] (三)将测量设备连接在铀浓缩厂的有关工艺管道上； [0033] (四)对测量设备进行本底测量及刻度； [0034] (五)开启测量设备，实时获取上述3个待测参数的测量值，并将这3个测量值以及供料UF6的天然铀丰度代入守恒方程FEF＝WEW+PEP和F＝W+P构成的方程组，计算出另外2个待测参数的值； [0035] (六)将EP、EW和EF分别实时代入分离势函数 分别获得分离势函数V(EP)、V(EW)和V(EF)的值； [0036] (七)然后通过分离功率计算公式ΔU＝PV(EP)+WV(EW)-FV(EF)计算得到铀浓缩厂的分离功率，实现在线监测。 [0037] 步骤(五)至步骤(七)中，各有关数据的处理采用以计算机为主体的数据处理系统完成即可。 [0038] 附图2是本实施例的铀浓缩厂分离功率17天连续在线监测数据，监测过程中，每1.6h获取一份监测数据。监测结果显示：该铀浓缩厂连续17天的分离功率监测平均值为 528.89tSWU/a，与工厂申报值(518.36tSWU/a)的相对偏差≤2.0％。分离功率在线监测值的相对标准偏差为1％，监测到的分离功率数值不是恒定值，而是在不断波动变化，这代表了铀浓缩厂的实际工艺运行情况不同于分离功率恒定的理想工艺，较好的吻合了工厂的实际工况，充分显示了本发明的铀浓缩厂分离功率在线监测方法的有效性。 [0039] 截至目前，本发明的铀浓缩厂分离功率在线监测方法已经在铀浓缩厂应用了数年，取得了良好的效果。 |
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