γ射線液位計的使用和管理

李自強

摘要:γ射線液位計以獨特的和非接觸式的測量方式,特別適合密閉容器中高溫高壓、高粘度、強腐蝕性、劇毒物料液位(料位)的測量,其對于液態(tài)、固態(tài)、粉態(tài)等物理狀態(tài)下的料位測量也有很好的適用性。

關(guān)鍵詞:γ射線;液位測量;探測器

γ射線液位計是一種固定安裝、連續(xù)測量物位的檢測儀表,它以核輻射檢測技術(shù)為基礎(chǔ),γ射線與物質(zhì)相互作用被吸收,射線強度隨吸收物質(zhì)的高度而變化,通過測量γ射線輻射強度的變化,從而測量出被測液位的變化。該儀表采用的是非接觸測量方式,工作中儀表各部件與被測介質(zhì)不接觸,所以特別適合密閉容器中高溫高壓、高粘度、強腐蝕性、劇毒物料液位的測量。對于液態(tài)、固態(tài)、粉態(tài)等物理狀態(tài)下的料位測量有很好的適用性。陜西華山化工集團股份有限公司主要應用于合成冷凝塔液位、合成氨分離器液位、銅塔液位、尿素一分塔液位、尿素甲銨分離器液位、尿素汽提塔液位和皮帶核子秤兩煤計量共計十余套。

一、儀表的工作原理

γ射線為波長極短的(10-7mm-10-10mm)電磁輻射,對介質(zhì)有很強的穿透能力,其穿過物料前后的強度變化遵循朗伯-貝爾定律,按指數(shù)規(guī)律衰減,射線衰減程度符合下列公式:I=I0e-μh。式中,I——入射強度;I0——出射強度;μ——物料對γ射線的線性吸收系數(shù);h——液位高度。穿過物料后的射線強度和液位高度是非線性關(guān)系,對于小量程(400mm左右),可以通過儀表內(nèi)部的運算加以線性化處理來滿足工業(yè)儀表線性刻度的要求。但是如果使用單點源測量大量程的液位,放射源的強度要求大得驚人,會帶來防護上的困難。實際測量大量程液位使用線狀源,即一種射線強度呈一定函數(shù)分布的特殊線放射源,保證探測器得到與液位成近似線性關(guān)系的射線強度,即I=I0+kh。線狀源使用較低強度的放射源就能夠滿足大量程(2m-3m)液位的精確測量。當測量精度要求不高的時候,可以使用多點源代替線狀源。常用的γ射線放射源有C060(半衰期為5.3a,其γ量子能量為1.25MeV)及Cs137(半衰期為33a,其γ量子能量為0.66MeV),考慮使用壽命,一般會選銫。但當容器壁較厚,需要有較強穿透能力的場合,選用能量更大的鈷更合適。

二、儀表的結(jié)構(gòu)

γ射線液位計由探測器、信號轉(zhuǎn)換器和放射源及其容器三部分組成。探測器、放射源及容器安裝在測量現(xiàn)場,信號轉(zhuǎn)換器一般安裝在控制室,也可安裝在現(xiàn)場,通過專用電纜與探測器連接。放射源被安裝在一個特殊的容器內(nèi),使放射源只能在某一個方向上的狹窄通道內(nèi)無衰減的輻射通過,容器上設有開關(guān),可以在需要的時候關(guān)閉這個射線通道。探測器有電離室、蓋革米勒記數(shù)管、閃爍計數(shù)器等幾種型式。電離室探測器性能穩(wěn)定,工作壽命長,但探測效率低。蓋革米勒記數(shù)管成本低,結(jié)構(gòu)簡單,但探測效率低且工作壽命短。、閃爍計數(shù)器的探測效率高,可以減少放射源強度并且工作壽命較長。

三、使用情況

陜西華山化工集團股份有限公司過去在高溫高壓設備液位檢測控制裝置中使用常規(guī)儀表,由于工作條件較差,腐蝕、堵、漏、假液位等故障較為頻繁,維護檢修工作量大,經(jīng)常影響工藝穩(wěn)定運行,影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,在不斷探索中該單位選用了一臺γ射線液位計應用于銅洗銅塔液位測量和控制,使用后效果明顯,此后便開始了較多的應用。液位測量主要使用了天華化工自動化研究設計院HZ-5203B和HZ-5203C型及成都中核高通同位素公司的γ射線料位計。探測器選用HZ-0100型等γ射線防爆探測器,具有探測效率高使用壽命長的特點。放射源有C060和Cs137兩種,用鉛容器保護。轉(zhuǎn)換器采用以單片機為核心的電子線路,將探測器檢測到的變化信號轉(zhuǎn)換成與測量量程對應的0mA-10mA或4mA-20mA、0V-5V標準信號輸出。儀表會按照放射源強度的衰減率自動進行修正。應用后較好地解決了過去使用常規(guī)儀表存在的問題,也較好地實現(xiàn)了儀表長周期運行。使用中有時也會發(fā)生真假液位的爭議,對此,如果儀表長時間指示較低,可以用一塊厚鋼板或鉛板插在探測器前面,若液位指示上升而撤回擋板指示恢復,可以判斷儀表正常。而當儀表長時間指示滿刻度,可以把探測器拆下靠近放射源盒表面附近,若此時液位指示下降,而探測器緩慢遠離容器表面,儀表指示又逐漸上升,可判斷儀表反映的液位真實。一般γ射線液位計的儀表故障多發(fā)生在探測器,原因主要有高壓供電中斷、高壓分壓器分壓電阻開路或短路、光電倍增管損壞等。光電倍增管價格較高,應注意保護。

四、管理與安全衛(wèi)生

過去由于認識不足,人們談“核”色變,限制了γ射線液位計的推廣應用。實際上放射源都是嚴格按標準要求進行封閉的,衛(wèi)生防疫部門對射線的安全情況還會定期進行現(xiàn)場實地檢測,不符合國家標準是不允許安裝和使用的,更不可能組織生產(chǎn)。使用γ射線液位計應該注意以下方面:及時和衛(wèi)生防疫部門、公安部門取得聯(lián)系,進行現(xiàn)場射線強度檢測,辦理相關(guān)手續(xù);設置安全警示標志;安裝位置一方面要考慮工藝和儀表要求,另一方面要遠離人行過道;工藝設備停車檢修需要進塔入罐前,一定要及時聯(lián)系關(guān)閉放射源,檢修結(jié)束方可打開放射源開關(guān);選購儀表要選擇有實力的廠家,讓制造廠不僅負責儀表的安裝調(diào)試,并且負責放射源的維護和回收,因為廢舊放射源的處理也是相當復雜的。

五、結(jié)束語

γ放射線測量儀表適用于極端過程條件下其他測量方法無法實施的場合,具有不必考慮被測介質(zhì)的組分、化學及物理性質(zhì),儀表無可動部件,測量準確度可靠,維護工作量小等優(yōu)點。非接觸式測量也使安裝和調(diào)試較為簡便,對于特定場合的液位測量不失為一種較好的測量方法。

參考文獻:

天華化工自動化研究設計院.ZH-5203Cγ射線料位計使用說明書[Z].

(作者單位:陜西華山化工集團股份有限公司化肥廠質(zhì)監(jiān)部)