新型γ射線料位計(jì)在焦炭塔上的應(yīng)用

王丹

(武漢煉化工程設(shè)計(jì)有限公司，武漢 430070)

新型γ射線料位計(jì)在焦炭塔上的應(yīng)用

王丹

(武漢煉化工程設(shè)計(jì)有限公司，武漢 430070)

焦炭塔是延遲焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，如果生焦高度控制不好，有可能導(dǎo)致安全事故和不必要的裝置停車。采用新型γ射線料位計(jì)，將放射源與探測器分別安裝在被測設(shè)備的兩側(cè)，當(dāng)設(shè)備內(nèi)物料上升或下降時，探測器所接受到的射線通量率隨之減弱或增強(qiáng)，探測器將射線信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳送至微處理機(jī)，再根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出相應(yīng)的料位高度，并作顯示和模擬信號輸出。應(yīng)用表明： 該γ射線料位計(jì)能夠?qū)崟r指導(dǎo)、優(yōu)化工藝操作，確保了焦炭塔的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了裝置的處理能力，同時減少了消泡劑的使用。

γ射線料位計(jì) 放射源 焦炭塔 延遲焦化

隨著延遲焦化處理量日益增加，焦化裝置關(guān)鍵設(shè)備焦炭塔安裝料位計(jì)既能保證安全生產(chǎn)，又能提高設(shè)備使用效率，可縮短焦炭塔操作周期。

1 新型γ射線料位計(jì)

1.1 基本原理

新型γ射線料位計(jì)基于γ射線穿過物料時強(qiáng)度減弱的物理特性實(shí)現(xiàn)料位測量[1]，放射源采用Cs-137，一束γ射線穿過物料，其減弱規(guī)律為

Ix=I0·e-μρd-λt

式中：Ix——穿過物料后的射線強(qiáng)度；I0——穿過物料之前的射線強(qiáng)度；e——自然對數(shù)的底數(shù)；μ——介質(zhì)對γ射線的線性吸收系數(shù)；ρ——被測介質(zhì)密度；d——射線通過的物料路徑；λ——衰減時間系數(shù)；t——時間。

放射源與探測器分別安裝在被測設(shè)備的兩側(cè)，當(dāng)設(shè)備內(nèi)物料上升或下降時，探測器所接受到的射線通量率隨之減弱或增強(qiáng)，探測器將射線信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳送至微處理機(jī)，其根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出相應(yīng)的料位高度并作顯示和模擬信號輸出。

1.2 延遲焦化裝置中的應(yīng)用

γ射線料位計(jì)在國內(nèi)多個延遲焦化裝置上都有成功的應(yīng)用，筆者按照一爐兩塔結(jié)構(gòu)對其配置進(jìn)行簡述，如圖1所示。

每套料位計(jì)由1個放射源(及屏蔽鉛罐)、探測器(每只量程2 m)以及轉(zhuǎn)換器組成。每個塔安裝1套料位計(jì)，量程6 m(可選8 m連續(xù)測量，由4只2 m探測器串聯(lián))。放射源安裝在上切線下面4 m處，探測器安裝在放射源對面，探測器最上端與放射源高度相同。放射源與探測器均與設(shè)備不接觸，無開孔，無預(yù)埋。轉(zhuǎn)換器置于現(xiàn)場控制柜，探測器與轉(zhuǎn)換器之間由2芯屏蔽電纜連接，轉(zhuǎn)換器供電220 V(AC)，輸出與料位相對應(yīng)的4～20 mA信號至DCS，在轉(zhuǎn)換器上設(shè)定參數(shù)，無需在現(xiàn)場接觸射線，儀表只需標(biāo)定2個數(shù)據(jù)： 零位計(jì)數(shù)與滿度計(jì)數(shù)，簡單方便。工作原理如圖2所示。

射線自放射源屏蔽罐以45°左右成扇形射出，穿透兩邊壁厚后在空塔情況下，幾乎均勻地照到探測器上。此時探測器輸出的射線脈沖數(shù)最大，此參數(shù)定義為零位計(jì)數(shù)；隨著塔內(nèi)介質(zhì)的不斷上升，慢慢進(jìn)入測量范圍后，由下至上，射線逐步被阻擋吸收，高度達(dá)到探測器上端，探測器計(jì)數(shù)降至最小，此參數(shù)定義為滿度計(jì)數(shù)，將2個數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換器，根據(jù)料位計(jì)的計(jì)算模型，依探測器的射線脈數(shù)，轉(zhuǎn)換器可以計(jì)數(shù)算出介質(zhì)高度，然后輸出相對應(yīng)的4～20 mA信號至DCS。

2 應(yīng)用案例

武漢石化延遲焦化裝置焦碳塔料位測量經(jīng)歷了幾個階段： 熱電偶壁溫測量；中子料位計(jì)(開關(guān)式)測量；γ射線料位計(jì)(開關(guān)式或連續(xù)式)測量。從20世紀(jì)90年代以后國外新建、擴(kuò)建焦炭塔大多使用γ射線料位計(jì)測量料位。

1) 與傳統(tǒng)γ射線料位計(jì)相比較，新型γ射線料位計(jì)具有以下優(yōu)勢：

a) 放射源由每塔3個改為每塔僅1個，放射源活度由國外的每個點(diǎn)至少500 mCi以上，可降至50 mCi，安全性能大幅提高。

圖1 新型γ射線料位計(jì)配置示意

圖2 新型γ射線料位計(jì)原理示意

b) 探測器由最早的電離室改為靈敏度更高的PVT閃爍探測器，質(zhì)量降低至以前的1/10，便于安裝，穩(wěn)定性也更好。

2) 與中子料位計(jì)相比較，新型γ射線料位計(jì)具有以下優(yōu)勢：

a) 料位指示值是直接測量的結(jié)果，真實(shí)直觀?？梢苑奖銊討B(tài)觀測消泡劑的實(shí)際使用效果，節(jié)省消泡劑的使用量，指導(dǎo)操作人員根據(jù)油品情況自由選擇相應(yīng)的停止進(jìn)料位置。

b) 設(shè)備檢修、儀表修理等無需拆源。因?yàn)镃s-137放射源屏蔽鉛罐自帶開關(guān)鎖，只需將放射源屏蔽罐的開關(guān)置于“關(guān)”位，便于設(shè)備檢修或拆卸探測器。

c) 放射源、探測器與焦炭塔體非接觸。塔體無需開孔和預(yù)制件，不破壞保溫層，根據(jù)工藝要求變更測量位置很方便。

d) 標(biāo)定調(diào)試方便。只需“零位”與“滿度”標(biāo)定，“零位”標(biāo)定在空塔時進(jìn)行，“滿度”標(biāo)定值可用關(guān)閉放射源時探測器顯示值代替，無需充水或注入渣油。

e) γ射線方向性好，無散射，有利于衛(wèi)生防護(hù)工作。

武漢石化1號延遲焦化裝置0.4 Mt/a始建于1997年，利用熱電偶測量焦炭塔壁溫，根據(jù)壁溫判斷塔內(nèi)料位；1999年，裝置擴(kuò)能至0.6 Mt/a，變?yōu)閮蔂t四塔，為確保安全生產(chǎn)，焦炭塔增加了加注消泡劑系統(tǒng)，并利用γ射線料位計(jì)進(jìn)行點(diǎn)式測量(放射源為Co-60，其射線穿透能力強(qiáng)、射程遠(yuǎn))，每塔采用2點(diǎn)測量，進(jìn)行高料位和高高料位超限報(bào)警。

2007年新建2號延遲焦化裝置1.2 Mt/a，焦炭塔的料位測量則是利用新型γ射線料位計(jì)連續(xù)測量(放射源為Cs-137，其半衰期長)，并用點(diǎn)式γ射線料位計(jì)進(jìn)行高高料位超限報(bào)警。

武漢石化2號延遲焦化裝置生產(chǎn)過程中，焦炭塔料位計(jì)料位測量在DCS上的趨勢如圖3所示。

圖3 料位計(jì)料位測量在DCS上趨勢示意

γ射線料位計(jì)安裝在塔高19～27 m范圍內(nèi)，開始進(jìn)料至A點(diǎn)前，泡沫在19 m以下尚未進(jìn)入料位計(jì)的量程，所以輸出為零；自A點(diǎn)后，泡沫前沿連續(xù)上升，至B點(diǎn)到料位計(jì)測量最高端，此時切換四通閥，該塔停止進(jìn)料；C至E點(diǎn)為生焦階段，至E點(diǎn)全部為焦炭，料位計(jì)指示降至相應(yīng)最低點(diǎn)之后開始注水，后加大注水，料位指示快速增至最大，進(jìn)出水達(dá)到平衡；H點(diǎn)開始除焦，料位開始下降，之后在J區(qū)域料位出現(xiàn)波動，緣由是除焦器及除焦水在塔內(nèi)上下運(yùn)動，阻擋了射線引起的指示波動；K點(diǎn)后面除焦結(jié)束，料位計(jì)歸零。

由此，焦炭塔內(nèi)生焦和除焦全過程能夠通過料位計(jì)在DCS上的趨勢圖清晰準(zhǔn)確地反映，可以有效防止塔頂瀝青質(zhì)泡沫夾帶，避免造成焦炭塔頂至分餾塔油氣管線和分餾塔底結(jié)焦或加熱爐進(jìn)料泵被焦粉堵塞。

3 結(jié)束語

新型γ射線料位計(jì)不僅能滿足安全生產(chǎn)的需要，而且能直觀地查看生產(chǎn)全過程，優(yōu)化了生產(chǎn)效率。整體儀表設(shè)備安裝簡單、標(biāo)定方便、日常免維護(hù)、安全性高，在焦炭塔測量料位領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣闊。

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1007-7324(2015)01-0062-03

稿件收到日期： 2014-09-02，修改稿收到日期： 2014-12-06。作者簡介： 王丹(1986—)，男，安徽蚌埠人，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于武漢煉化工程設(shè)計(jì)有限公司，從事石油化工自動化設(shè)計(jì)工作，任助理工程師。