Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex




НазваниеImpact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex
Дата конвертации14.04.2013
Размер98.6 Kb.
ТипДокументы
УДК: 621.039:005.591.6(571.53)

Влияние инновационных технологий на развитие ядерной промышленности на примере ОАО «АЭХК»


Р.Ф. Старков1, Н.Н. Конюхова2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Ил. 1. Библиогр. 4 назв.

Рассмотрено внедрение проекта по увеличению мощностей за счет использования газовых центрифуг на ОАО «АЭХК» и его влияние на развитие ядерной промышленности.

Ключевые слова: ОАО «АЭХК»; инновационные технологии; ядерная промышленность; газовые центрифуги.


IMPACT OF INNOVATIVE TECHNOLOGIES ON NUCLEAR INDUSTRY DEVELOPMENT IN CASE OF PC ANGARSK ELECTROLYSIS CHEMICAL COMPLEX

R. Starkov, N. Konyukhova

National Research Irkutsk State Technical University,

83 Lermontov Str., Irkutsk, 664074

The article is devoted to the project introduction to increase capacity using gas centrifuges in PC Angarsk Electrolysis Chemical Complex and its influence on development of the nuclear industry.

Illustrations: 1 fig. Sources: 4 refs.

Keywords: Public Corporation Angarsk Electrolysis Chemical Complex, innovative technologies, nuclear industry, gas centrifuges


Потребление энергии в мире растет намного быстрее, чем ее производство, а промышленное использование новых перспективных технологий в энергетике по объективным причинам начнется не ранее 2030 года. Все острее встает проблема нехватки ископаемых энергоресурсов. Возможности строительства новых гидроэлектростанций тоже весьма ограничены. Не стоит забывать и о борьбе с парниковым эффектом, накладывающим ограничения на сжигание нефти, газа и угля на тепловых электростанциях.

Решением проблемы может стать активное развитие ядерной энергетики. На данный момент в мире обозначилась тенденция, получившая название «ядерный ренессанс». На эту тенденцию не смогла повлиять даже авария на атомной станции «Фукусима». Даже самые сдержанные прогнозы МАГАТЭ говорят, что к 2030 году на планете может быть построено до 600 новых энергоблоков (сейчас их насчитывается более 436). На увеличении доли ядерной энергетики в мировом энергобалансе могут сказаться такие факторы, как надежность, приемлемый уровень затрат по сравнению с другими отраслями энергетики, сравнительно небольшой объем отходов, доступность ресурсов.

Условно можно представить следующие периоды развития ядерных технологий в XXI веке:

– повышение эффективности использования установленных мощностей и их модернизация, продление срока службы действующих реакторов, достройка энергоблоков, эволюционное развитие реакторов и технологий топливного цикла, внедрение их в промышленную эксплуатацию;

– разработка и опытная эксплуатация инновационных технологий для АЭС и топливного цикла в целом (усовершенствованные легководные реакторы, реакторы на быстрых нейтронах, реакторы малой и средней мощности для региональной энергетики, неводные методы переработки ОЯТ);

– расширение масштабов атомной энергетики и освоение инновационных реакторных технологий и технологий топливного цикла (расширенное воспроизводство топлива, быстрые реакторы-размножители, высокотемпературные реакторы, реакторы для региональной энергетики, замкнутый уран-плутониевый и торий-урановый цикл, использование полезных и выжигание опасных радионуклидов, долговременная геологическая изоляция отходов, производство водорода, опреснение воды);

– развертывание инновационных ядерных технологий, формирование многокомпонентной ядерной и атомно-водородной энергетики.

Не последнее место в развитии и модернизации топливного цикла занимает Ангарский электролизный химический комбинат.

АЭХК – это крупный и надежный экспортер наукоемких услуг по обогащению урана и переработке исходного уранового сырья в гексафторид урана. Деловые отношения связывают АЭХК с партнерами из развитых стран Европы, Северной Америки и Юго-Восточной Азии. Здесь трудятся опытные и квалифицированные специалисты, отдающие свое умение и силы решению проблемы обеспечения человечества живительной энергией атомного ядра.

Основная деятельность комбината – обогащение урана. После обогащения уран поступает на другие предприятия ядерно-топливного цикла для производства топлива реакторов атомных электростанций. Сырье на АЭХК поступает в виде уранового порошка – закиси-окиси урана (U3O8). В составе комбината имеется два основных производства – химическое и обогатительное. На химическом производстве из уранового порошка получают гексафторид урана (UF6), который в дальнейшем поступает на обогатительное производство. На обогатительном производстве гексафторид урана (UF6) разделяется на фракции путем центрифугирования. При вращении центрифуг происходит разделение газа гексафторида урана (UF6) на легкие и тяжелые фракции. Легкие фракции представляют собой обогащенный уран, тяжелые – обедненный гексафторид урана (ОГФУ). Конечными продуктами процесса центрифужного обогащения являются уран с обогащением по изотопу урана–235 и обедненный гексафторид урана (ОГФУ). 

Постоянная модернизация оборудования комбината приводит к увеличению эффективности и отдачи производства, а также играет важную роль не только для региона, но и всей Российской Федерации.

Модернизация и развитие ОАО «АЭХК» проводятся в соответствии с Программой долгосрочной деятельности Росатома. В настоящее время в эксплуатацию введено последнее из промышленно-освоенных в России поколений центрифуг. Внедрение нового оборудования обеспечит увеличение существующих разделительных мощностей комбината.

Поскольку в природном уране содержится всего 0,711 % изотопа уран–235 (именно этот изотоп урана создает цепную ядерную реакцию с высвобождением энергии), а наиболее распространенные ядерные реакторы работают с топливом, в котором должно содержаться 3–5 % урана–235, то прежде, чем изготавливать топливо для атомных электростанций, необходимо повысить содержание этого изотопа в уране. Этот процесс называется "обогащением".

Существует множество способов обогащения урана: электромагнитное разделение, лазерная фотоионизация атомов, газовая диффузия и т. д., но на данный момент наиболее экономичным и эффективным методом является газоцентрифужный. 

Газовые центрифуги – уникальное оборудование, которое предназначено для получения обогащенного урана, необходимого для обеспечения работы ядерных реакторов атомных электростанций.

В природном уране содержится всего 0,7 % урана–235, тогда как для использования в атомной электростанции необходимо, чтобы его содержание в топливе было 3–5 %.

На рисунке показано принципиальное устройство газовой центрифуги для разделения изотопов урана. 

http://www.realeconomy.ru/dyn_images/img5013.bmp


Устройство газовой центрифуги: 1 – отбор тяжелой фракции; 2 – питание; 3 – отбор легкой фракции; 4 – верхний газозаборник; 5 – защитный кожух; 6 – магнитный подшипник;

7 – молекулярный насос- 8 –ротор; 9 – питание; 10 – диафрагма; 11 – нижний газозаборник;

12 – статор; 13 – игла


Ее важнейшим элементом является ротор (8) – цилиндр, вращающийся с огромной скоростью в газовой среде с пониженным давлением. Здесь приведена схема так называемой подкритической центрифуги, означающей, что рабочая частота вращения ротора ниже его первой резонансной частоты. При увеличении оборотов ротор последовательно проходит частоты, на которых возникают резонансные колебания, обусловленные механическими свойствами вращающейся системы. Центрифуга, работающая на частоте вращения ротора выше резонансной, называется надкритической.

В пространстве между ротором и внешним кожухом (5) центрифуги поддерживается вакуум, что необходимо для снижения сопротивления вращению, т.е. энергоемкости машины. Вакуум обеспечивается с помощью молекулярного насоса (7), представляющего собой спиральные канавки на внутренней поверхности кожуха.

Рабочим веществом, в котором собственно происходит разделение молекул с атомами разных изотопов, является гексафторид урана (UF6) – газообразное соединение природного урана, получаемое на предприятиях ядерного топливного цикла в результате операции химической конверсии природной закиси-окиси урана. Гексафторид при определенной температуре и давлении подается в центрифугу через трубопровод питания (2) и поступает в роторное пространство возле оси ротора в его центральной части (9). Вследствие высокой скорости вращения ротора (линейная скорость на его периферии 600 и более м/сек) газ концентрируется у его стенки, где его давление может составлять десятки тысяч паскалей. Напротив, у оси ротора образуется так называемое «вакуумное ядро». Анализ физических процессов, происходящих в газовой центрифуге, показывает, что эффективное разделение компонентов смеси происходит только при наличии осевой циркуляции газа внутри ротора. Такая циркуляция (показанная на рисунке стрелками), обеспечивается, например, созданием осевого температурного градиента за счет внешнего источника тепла. При циркуляции наибольшая разность в концентрации легкого и тяжелого изотопов устанавливается в торцевых частях центрифуги, – нижней и верхней соответственно.

С целью отбора продуктов деления в центрифуге предусмотрены диафрагмы (10) с отверстиями, вращающиеся вместе с ротором, и неподвижные газоотборники (4, 11), представляющие собой тонкие изогнутые трубки.

Обогащенная легким изотопом фракция (продукт) выводится с помощью газоотборника (11) в трубопровод (3). Тяжелая фракция – отвал (или хвост) отбирается (4) и поступает в канал (1).

Кроме упомянутых выше, газовая центрифуга включает в себя еще целый ряд критических для ее работы устройств: нижняя опора ротора (13), магнитный подшипник (6), двигатель (12) и др., каждое из которых представляет собой определенное ноу-хау.

Критическими для обеспечения разделительной способности центрифуги являются ее геометрические размеры (длина ротора), скорость вращения ротора, а также наличие циркуляции газа в осевом направлении, для обеспечения которой применяются специальные меры. Сочетание конструкции и всех тонко настраиваемых параметров центрифуги и обеспечивает эффективность процесса обогащения.

Характерные размеры российских подкритических газовых центрифуг: длина ротора около 1 м, диаметр около 0,5 метра. Машины компонуются в блоки по 20 центрифуг, соединенных параллельно, называемые агрегатами. Агрегаты монтируются на стеллажи – до 7 этажей высотой. Такая компоновка обеспечивает необходимую сейсмическую устойчивость при максимальном использовании объема цеха разделительного предприятия.

Газовая центрифуга вращается со скоростью 1500 оборотов в секунду, непрерывно на протяжении 30 лет. Центрифужное разделение урана, по сравнению с газодиффузионным, требует в 50 раз меньше энергопотребления на одну выработанную ЕРР (единица разделительных работ, применяемая при обогащении урана). Значит – удешевляется конечная стоимость продукта, конечная цена на российский топливный уран в 3 раза ниже американской.

Газоцентрифужная технология позволяет эффективно использовать в качестве сырья не только UF6 природного изотопного состава, но и материал с меньшим содержанием 235U – например, обеднённый UF6, оставшийся с прошлых лет. Оправданность использования такого сырья определяется только экономическими соображениями, не технологией. Поэтому, в частности, отвал считается ценным сырьем для использования в будущем.

В результате замены на АЭХК газодиффузионной технологии разделения изотопов на центробежную, помимо повышения производительности, существенно изменилась экологическая обстановка в регионе. В десятки раз сократилось энерго- и водопотребление комбинатом, появилась возможность значительно снизить нагрузку ТЭЦ–10, уменьшить выбросы в окружающую среду. Газовая центрифуга имеет несколько защитных оболочек, что исключает возможность утечки радиации за пределы центрифуги.

Газоцентрифужная технология была внедрена на АЭХК в последнюю очередь среди российских предприятий по обогащению урана, поэтому газовые центрифуги ещё не выработали свой ресурс, и программа развития АЭХК осуществляется, в отличие от родственных предприятий Росатома, по пути наращивания мощности и совершенствования каскадных схем.

Это достигается путем создания неперестраиваемой части каскада, максимально приближенного к "идеальному" каскаду с уменьшенными капитальными затратами и эксплуатационными расходами, для получения продуктов с фиксированными концентрациями.

Снижение капитальных затрат и эксплуатационных расходов связано с отсутствием в течение всего ресурсного срока необходимости в ремонте оборудования, перестройке и регулировке неперестраиваемой части каскада в ходе его эксплуатации, с возможностью исключить из принятой типовой конструкции блока части оборудования и узлов ремонтного и эксплуатационного назначения.

Кроме того, увеличение разделительной мощности АЭХК диктуется не только необходимостью улучшения экономических показателей, но и необходимостью перевода в безопасную форму хранения и вовлечение в производство "богатых" отвалов (обеднённый гексафторид урана) прошлых лет.

Для более полного извлечения U–235 из перерабатываемых отвалов с получением продукта сырьевой концентрации потребуется работа разделения, которая позволит загрузить вводимые на АЭХК мощности в течение не одного десятка лет.


Библиографический список


  1. АЭХК: полвека в строю / автор-составитель А.К. Лаптев. – Иркутск : ООО «Репроцентр А1», 2007. – 352 с.

  2. Роль ядерной промышленности в экономике [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.unido-russia.ru/archive/num4/art4_18/

  3. Инновационное развитие ОАО «АЭХК» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.aecc.ru

  4. Центрифуга для обогащения урана [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.realeconomy.ru

1Старков Рафик Федорович, д-р экон. наук, профессор кафедры «Управление промышленными предприятиями».

Starkov Rafik, Doctor of Economics, Professor of Enterprises Management Department.

2 Конюхова Наталья Николаевна, студентка 2 курса Института экономики, управления и права, e-mail: ms.Natali13@gmail.com

Konyukhova Nataliya, a second-year student of Economics, Management and Law Institute, e-mail: ms.Natali13@gmail.com



Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex iconMeta-governance and the uk nuclear Industry: a limiting Case

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex icon«nuclear power: driver of innovative development» Moscow • Manezh Central Exhibition Hall • 7-9 June 2010

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex icon2ac Case-heg case solv Collapse of natural gas industry inevitable- overleveraged, prices too low

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex iconInnovative biofuel technologies: microalgae analysis

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex icon1Description of chemical industry

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex iconDigital Technologies in Australia’s book Industry

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex iconCourse Outline and Overview of the Chemical Industry

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex iconThe case of the pharmaceutical industry in France and Belgium

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex iconDepartment of physical and nuclear chemistry and chemical oceanography

Impact of innovative technologies on nuclear industry development in case of pc angarsk electrolysis chemical complex icon2nc impact Overview Russian collapse causes terrorist nuclear theft and escalates all conflicts


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница