放射性液位計在三聚氰胺裝置中的應用

蔡敢濤

(惠生工程(中國)有限公司，鄭州 450018)

放射性液位計在三聚氰胺裝置中的應用

蔡敢濤

(惠生工程(中國)有限公司，鄭州 450018)

三聚氰胺最終轉換器是三聚氰胺裝置的關鍵設備之一，其液位測量十分重要，傳統(tǒng)的液位測量儀表無法滿足高溫、高壓和介質易結晶的苛刻工況。分析了放射性液位計的工作原理和特點，并介紹了放射性液位計在三聚氰胺裝置中的應用情況。研究表明，放射性液位計維護量低、測量精度高、反應速度快、穩(wěn)定性高，能夠降低投資成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。

放射性液位計 三聚氰胺 放射源 γ射線

某三聚氰胺裝置以熔融尿素和氨為原料，采用意大利歐技公司年產(chǎn)6萬t三聚氰胺高壓非催化工藝技術進行三聚氰胺產(chǎn)品的生產(chǎn)。為了使反應更加完全，減少副產(chǎn)物，在三聚氰胺反應器后設置最終轉換器，熔融狀態(tài)下的三聚氰胺從最終反應器出來后再進行急冷、凈化及結晶等其他工序。最終轉換器是三聚氰胺裝置的關鍵設備，因此，采取有效的方法和先進的設備準確測量最終轉換器的液位并對其進行聯(lián)鎖控制是安全生產(chǎn)的必要前提。

最終轉換器采用熔鹽伴熱，其反應溫度為380℃，壓力為9.32MPa(G)，介質為熔融狀態(tài)下的三聚氰胺和氨氣，根據(jù)測量介質的特點和高溫、高壓的苛刻工況，首選非接觸式液位測量儀表。雖然雷達液位計有微波測量非接觸式的型式，在相關選型樣本上高溫型雷達的過程溫度可達400℃，但在該工況下采用雷達液位計，最終轉換器需要采用哈氏合金材料制成的穩(wěn)波管，且必須用過熱氨蒸汽進行吹掃以防止三聚氰胺結晶。這不但對設備設計制造造成麻煩，增加成本，而且雷達液位計長期工作在如此苛刻工況下，其使用壽命無法保證，同時也無該工況下相關的使用業(yè)績和經(jīng)驗。因此，在最終轉換器上采用放射性液位計進行液位測量。放射性液位計工作過程中各部件與被測物料不接觸，測量過程是非接觸式的，對于該高溫、高壓、易結晶的工況具有很好的適用性[1]。

2 液位計測量原理和組成

2.1測量原理

放射性液位計是一種固定安裝、連續(xù)測量液位的檢測儀表，它以核輻射檢測技術為基礎，通過測量γ射線與被測物料相互作用所產(chǎn)生的輻射強度的變化，從而連續(xù)測量液位的變化。窄束的γ射線的吸收規(guī)律通常是指數(shù)規(guī)律[2]：

I=I0e-μh

式中h——測量介質的高度；

I0——液位高度為0時探頭處的射線強度；

I——液位高度為h時探頭處的射線強度；

μ——測量介質對γ射線的線性吸收系數(shù)。

基本測量原理如圖1所示，用探頭檢測出隨液位變化的射線強度信號[3]，再經(jīng)過核電子學處理，最后轉換成適當?shù)碾娦盘柧涂梢杂脕盹@示液位。

2.2儀表組成

放射性液位計整體由信號檢測裝置和信號轉換器兩部分組成。檢測裝置由放射源及其防護容器和射線探測器組成，它們按設計要求安裝在被測設備現(xiàn)場。信號轉換器可安裝在控制室儀表盤上，通過專用電纜與探測器相連。

2.2.1放射源

放射源按測量條件可選用Cs-137或Co-60。Co-60的半衰期較短，為5.272a，Cs-137的半衰期較長，為30.167a[4]。Co-60具有相對高的能量，其穿透力比Cs-137強，適用于壁厚較大的設備，根據(jù)該裝置最終轉換器的結構特點，放射性液位計的放射源選用Cs-137，其具有比Co-60更好的測量效果，并且屏蔽容易[5]。

圖1 基本測量原理示意圖

2.2.2射線探測器

射線探測器是放射源的接收裝置，其功能是接收γ射線強度信號并將其轉換成電信號[6]。放射性液位計使用的探測器一般選用閃爍計數(shù)器，這是因為閃爍計數(shù)器探測γ射線的靈敏度較高，且使用壽命與輻射場的強度無關。其長度可以根據(jù)所需的測量范圍而定，如果測量范圍太大，則需要兩個或兩個以上的探測器。探測器有防爆型和非防爆型，根據(jù)爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域劃分，該放射性液位計的探測器應選用防爆型。

2.2.3轉換器

轉換器是將探測器檢測到的射線的變化信號轉換成與測量量程相對應的4～20mA標準信號，同時具有探測器高電壓工作點的設定、放射源衰減補償、上下限報警輸出及系統(tǒng)故障報警輸出等功能。

3 在三聚氰胺裝置的應用和日常維護

3.1在三聚氰胺裝置的應用

最終轉換器設備總高11 260mm，內(nèi)徑1 206mm，采用熔鹽伴熱，外夾套兩處膨脹節(jié)將設備分成3個測量段，底段1 095mm、中段1 300mm、頂段4 043mm。根據(jù)3個測量段的長度，在頂段設3個射線探測器，其余兩段均設一個射線探測器。每個測量段設一臺轉換器，放射源采用多點源。根據(jù)最終轉換器結構特點，配合設備專業(yè)，在設備中心設計套管，用于安裝放射源，放射源防護罐安裝于套管頂部，采用法蘭連接形式。防護罐的設計應保證能用繩子或桿升降放射源。最終轉換器第三測量段放射性液位計如圖2所示。

圖2 最終轉換器第三測量段示意圖

由于放射源防護罐的安裝是永久性的，因此所有的緊固件都必須牢固[7]，為了保證安裝人員的受照劑量盡可能得低，所有參加安裝防護罐的人員都必須經(jīng)過培訓并有放射源操作證書，且有放射防護人員在場監(jiān)護，并確保防護罐的輻射道已關閉并已鎖定，射線不可能泄漏出來。

探測器應垂直安裝于最終轉換器的外壁，探測器中心線至設備表面保溫層要有適當?shù)木嚯x，避免熱量傳到探測器上。由于現(xiàn)場溫度較高，探測器設冷卻水系統(tǒng)，在設計初期，向工藝和管道專業(yè)提出冷卻水條件，以滿足探測器安裝環(huán)境溫度要求。探測器于安裝支架上用夾套固定，并使輻射窗面向放射源且不被擋掉。

放射性液位計轉換器采用220V(AC)電源進行供電，為保證電源穩(wěn)定和儀表的正常工作，避免因電源故障引起的裝置事故。設計時采用UPS不間斷電源[8]，有效地提高了儀表工作的穩(wěn)定性。

各部件安裝完畢后，放射性液位計轉換器將檢測到的射線的變化信號轉換成與測量量程相對應的4～20mA標準信號至DCS，對三聚氰胺最終轉換器的液位進行監(jiān)控，并參與開車控制聯(lián)鎖[9]。三聚氰胺最終轉換器液位設低報警、低低報警、高報警、高高聯(lián)鎖、高高高聯(lián)鎖，并控制三聚氰胺最終轉換器出口調節(jié)閥開度，使液位保持在安全范圍內(nèi)。液位低、低低、高時，在DCS上進行報警，液位高高時，聯(lián)鎖觸發(fā)熔融尿素給料泵PID控制器，控制熔融尿素給料量，液位高高高時，聯(lián)鎖觸發(fā)停熔融尿素給料泵，停止熔融尿素的供給，以保證三聚氰胺最終轉換器和操作人員的安全。

3.2日常維護

放射性液位計的維護量較少，在通常工作狀態(tài)下，放射源防護罐沒有需要維護的磨損部件和機械移動部件。但出于安全考慮，應隔半年或者一年檢查一次防護罐和鎖定裝置。同時定期與工藝專業(yè)配合，分析料位指示的可靠性，每年應至少對儀表重新標定一次，以保證液位計使用的可靠性。放射源使用壽命很長，但當統(tǒng)計誤差隨著時間的推移變得越來越大，而增加時間常數(shù)由于工藝的原因不允許的話，應考慮對放射源進行更換，放射源更換后，必須重新對儀表進行標定。

4 放射源使用注意事項

放射性液位計的放射源為固態(tài)密封放射源，正常操作不引起環(huán)境污染和工作人員輻射超標[10]，但在使用過程中應遵照《中華人民共和國放射源污染防治法》、《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》和《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》的有關規(guī)定。

國家標準《含密封源儀表的放射衛(wèi)生防護要求》(GBZ125-2009)規(guī)定了源容器和含密封放射源的檢測儀表的放射防護和安全要求，以及放射防護檢驗和檢查要求，規(guī)定了不同使用場所對檢測儀表外圍輻射的劑量控制要求[11]。在使用放射性液位計的過程中應重視安全防護工作，盡量減少不必要的照射劑量，以確保工作人員的人身安全，減少不必要的損害。

5 結束語

放射性液位計是一種固定安裝、連續(xù)測量液位的檢測儀表，測量過程是非接觸式的，適用高溫、高壓、易結晶以及其他一些特殊場所，具有其他儀表不可替代的優(yōu)越性。在三聚氰胺最終轉換器這一高溫、高壓、介質易結晶的關鍵設備的液位測量過程中，能夠有效完成對液位的監(jiān)控、報警及聯(lián)鎖等功能，具有維護量低、測量精度高、反應速度快以及穩(wěn)定性好等特點，能夠降低投資成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益，在三聚氰胺裝置中的應用中具有一定的借鑒價值。

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cuit, an auxiliary power supply and control circuit as well as two-way pulse-width modulation(PWM) circuit. Through reasonably selecting two-stage circuit’s topology, switching point, auxiliary power sources and switching mode, the switching power supply’s efficiency and output power can be improved.

TH816

B

1000-3932(2016)01-0108-03

2015-05-27(修改稿)

power supply, super-wide input voltage range, AC/DC-DC, boost converter, flyback converter