放射性儀表及其在聚丙烯裝置中的應(yīng)用

宋建平 池占勝 銀新亮 李勝利 張曉宇

中國(guó)石油呼和浩特石化公司 呼和浩特 010070

呼和浩特石化公司15萬(wàn)噸/年聚丙烯裝置采用意大利Basell公司的Spheripol-II代聚丙烯工藝技術(shù)。正常生產(chǎn)時(shí)，環(huán)管反應(yīng)器壓力3.8MPa（G），在軸流泵的作用下，反應(yīng)漿料（由丙烯、氫氣、聚丙烯和各種助劑組成）高速（7m/s）運(yùn)動(dòng)；而后續(xù)的處理單元，介質(zhì)主要由丙烯氣體和聚丙烯粉料組成；在該工藝裝置中，選用放射性儀表對(duì)反應(yīng)漿料密度和聚丙烯粉料料位進(jìn)行測(cè)量，從裝置運(yùn)行一年多的情況來看，放射性儀表能夠很好地滿足生產(chǎn)的要求。

一、測(cè)量方式

聚丙烯裝置工藝條件和介質(zhì)狀態(tài)決定了反應(yīng)漿料密度和聚丙烯粉料料位測(cè)量手段的特殊性，即高準(zhǔn)確度、高可靠性。

密度測(cè)量：常用測(cè)量密度方法有差壓式密度計(jì)、超聲波密度計(jì)、科氏力密度計(jì)、音叉密度計(jì)和放射性同位素密度計(jì)，其中差壓式和超聲波因測(cè)量穩(wěn)定性差不適用于聚丙烯環(huán)管密度測(cè)量，科氏力密度計(jì)受管徑限制，無(wú)法滿足測(cè)量要求，音叉密度計(jì)傳感器根據(jù)元器件振動(dòng)原理而設(shè)計(jì)，測(cè)量范圍超出環(huán)管漿料密度測(cè)量區(qū)間，不適用該場(chǎng)合。

料位測(cè)量：按所使用的物理原理可分為直讀式、差壓式（包括壓力式）、浮力式、電測(cè)式（電阻式，電容式與電感式）、雷達(dá)式、超聲波式和核輻射式等物位儀表。其中直讀式、差壓式（包括壓力式）、浮力式和電測(cè)式（電阻式，電容式與電感式）物位儀表多適用于液體介質(zhì)測(cè)量；對(duì)于固體料位的測(cè)量，接觸式測(cè)量可選用重錘式料位計(jì)，該料位計(jì)如長(zhǎng)期工作于粉料粉塵環(huán)境下，其機(jī)械動(dòng)作部分容易發(fā)生故障，影響料位計(jì)的正常工作；非接觸式的儀表主要有雷達(dá)式、超聲波式和核輻射式，對(duì)于雷達(dá)和超聲波儀表，因粉料中細(xì)小的顆粒會(huì)漂浮在設(shè)備上方，雷達(dá)和超聲波發(fā)生的信號(hào)會(huì)被這些細(xì)小的顆粒反射，干擾儀表的正常測(cè)量，容易形成“假料位”。

相對(duì)于上述常規(guī)儀表，放射源的輻射強(qiáng)度因不受溫度、壓力的影響，并且測(cè)量元件與被測(cè)介質(zhì)不接觸，所以在測(cè)量范圍上，放射性儀表可以用在高溫、高壓容器的高粘度、劇毒、強(qiáng)腐蝕或易燃易爆介質(zhì)的測(cè)量；同時(shí)放射性儀表具有測(cè)量誤差小，可靠性高的特點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表的不足，能夠很好的滿足漿料密度和粉料料位的測(cè)量要求。

二、工作原理及組成

放射性同位素能放射出α、β和γ射線，這些都是高速運(yùn)動(dòng)的粒子流，當(dāng)這些射線通過一定厚度的物體（固體或液體）時(shí)，由于粒子的碰撞和克服阻力，離子的動(dòng)能會(huì)消耗，即射線被物體所吸收。當(dāng)放射源選定，被測(cè)介質(zhì)不變時(shí)，穿過介質(zhì)的射線強(qiáng)度和介質(zhì)的密度或厚度成反比，即通過放射性強(qiáng)度檢測(cè)可間接檢測(cè)出介質(zhì)密度或厚度的變化，利用這種技術(shù)進(jìn)行工業(yè)測(cè)量的儀表稱為放射性儀表，亦稱核輻射儀表。

呼石化公司聚丙烯裝置選用了美國(guó)OHMART公司生產(chǎn)的放射性密度計(jì)和料位計(jì)，共安裝12臺(tái)，其中密度計(jì)2臺(tái)、料位計(jì)10臺(tái)。兩種儀表均由放射單元、檢測(cè)單元和信號(hào)處理單元三部分組成，其中放射單元由Cs137點(diǎn)狀放射源和保護(hù)屏蔽層組成，源的開關(guān)通過操作連接在源上的儀表風(fēng)通斷來實(shí)現(xiàn)，源的開關(guān)屬于事故安全型，即在儀表風(fēng)壓低和停風(fēng)的狀態(tài)下，源會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；而由檢測(cè)單元和信號(hào)處理單元組成的接收器分為兩種，料位計(jì)采用條狀接收器，密度計(jì)則是點(diǎn)狀接收器。

三、安裝

放射單元放射γ射線，長(zhǎng)期暴露在這種環(huán)境下對(duì)人體有害，安裝時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

首先要保證遠(yuǎn)離操作人員經(jīng)常出沒的場(chǎng)所，在聚丙烯裝置現(xiàn)場(chǎng)，2臺(tái)密度計(jì)被安裝在雙環(huán)管反應(yīng)器的頂部，距地面約35米，處于裝置的頂部，減小操作人員接觸的頻率；對(duì)于安裝高度較低的儀表，應(yīng)盡可能集中射擊，劃定出一定的區(qū)域并設(shè)立明顯的標(biāo)識(shí)，這種情況下要保證儀表之間的安全距離，防止出現(xiàn)相互干擾。其次，對(duì)風(fēng)線開關(guān)的安裝位置也有要求，位置選擇要方便操作人員觀察放射源開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)要盡可能使其遠(yuǎn)離放射源，降低操作人員受輻射的風(fēng)險(xiǎn)和強(qiáng)度。

四、故障及處理措施

現(xiàn)將聚丙烯裝置開工一年以來，密度計(jì)和料位計(jì)出現(xiàn)的典型故障及其處理措施總結(jié)如下：

1.放射源開關(guān)卡澀，料位計(jì)顯示波動(dòng)

故障現(xiàn)象是料位計(jì)輸出波動(dòng)大（約10%）；調(diào)取料位歷史趨勢(shì)，從趨勢(shì)上可判斷輸出波動(dòng)非料位真實(shí)值，屬儀表故障引起，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)放射源開關(guān)未完全打開，通過多次手動(dòng)操作風(fēng)線通斷活動(dòng)放射源開關(guān)，使源完全打開，儀表輸出恢復(fù)正常。

2.探傷干擾，密度計(jì)異常

儀表出現(xiàn)波動(dòng)，主要從以下幾個(gè)方面查找原因：

①介質(zhì)密度本身發(fā)生變化；②密度計(jì)安裝不牢固；③儀表風(fēng)壓力不穩(wěn)，放射源忽開忽關(guān)，射線強(qiáng)度忽大忽??；④外界干擾，周圍有大型設(shè)備啟?；蚍派湫愿蓴_。

結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于常規(guī)儀表，放射性儀表具有運(yùn)行故障率低、測(cè)量準(zhǔn)確率高和非接觸式測(cè)量的特點(diǎn)，能夠很好地滿足聚丙烯裝置工藝和介質(zhì)對(duì)測(cè)量的要求。雖然應(yīng)用的過程出現(xiàn)過一些故障，但未對(duì)生產(chǎn)造成影響，且能夠較快恢復(fù)。隨著技術(shù)進(jìn)步和觀念更新，放射性儀表會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

[1]范玉久主編.化工測(cè)量及儀表[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]劉鳳.射線儀表的應(yīng)用安全與防護(hù)[J].中國(guó)儀器儀表，2010，(5).