探究分析射線檢測(cè)技術(shù)在石油化工裝置中的作用

陳壽華，王洪娟，張秀玲

（1.中國(guó)石油吉林石化分公司高碳醇廠，吉林吉林 132021；2.中國(guó)石油吉林石化分公司合成樹脂廠，吉林吉林 132021）

探究分析射線檢測(cè)技術(shù)在石油化工裝置中的作用

陳壽華1，王洪娟2，張秀玲2

（1.中國(guó)石油吉林石化分公司高碳醇廠，吉林吉林 132021；2.中國(guó)石油吉林石化分公司合成樹脂廠，吉林吉林 132021）

射線檢測(cè)技術(shù)在石油化工裝置中能夠起到評(píng)價(jià)石油化工裝置的狀況，優(yōu)化其操作，進(jìn)行預(yù)測(cè)維修等作用，是保證石油化工裝置正常運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

射線檢測(cè)技術(shù)；石油化工；γ射線掃描技術(shù)；中子背散射技術(shù)

1 γ射線掃描技術(shù)

1.1 γ射線掃描技術(shù)原理

γ射線是一種掃描工業(yè)設(shè)備裝置，與人體透視相似，是一種工業(yè)裝置進(jìn)行“透視”的先進(jìn)技術(shù)。γ射線掃描技術(shù)具有能夠在線檢測(cè)、準(zhǔn)確性高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于石油化工裝置中，不僅能夠快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出石油化工裝置中故障，還能夠?qū)ρb置操作進(jìn)行優(yōu)化。現(xiàn)階段，γ射線掃描技術(shù)還能夠?qū)κ突ぱb置中精餾塔、反應(yīng)器內(nèi)催化劑位置、管的流狀狀態(tài)等方面進(jìn)行診斷。該技術(shù)還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的版式塔和填料塔內(nèi)的流體力學(xué)的研究和檢測(cè)有一定的幫助。一般進(jìn)行測(cè)試時(shí)是將γ射線源和探測(cè)器置于待測(cè)裝置的兩側(cè)，同時(shí)在設(shè)置γ射線源和探測(cè)器下方設(shè)置一個(gè)掃描移動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)同步掃描裝置。然后按照掃描射線繪制圖譜，以此便能夠大概推斷出裝置內(nèi)部的操作情況。版式塔和填料塔位置與介質(zhì)密度的不同，吸收γ射線的程度也不同。此技術(shù)也能檢測(cè)出一些異常的現(xiàn)象：比如說失蹤或塌陷的塔板、氣體分布器位置偏移、嚴(yán)重漏液與起泡等。應(yīng)用γ射線掃描技術(shù)除了能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)塔設(shè)備故障進(jìn)行診斷之外，還能隨時(shí)對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。在生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的時(shí)候需要使用該技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行經(jīng)常性的掃描檢查，保證生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期的生產(chǎn)。還應(yīng)建立設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)易結(jié)垢、易腐蝕、易堵塞、原料波動(dòng)較大的分離塔設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后利用γ射線掃描技術(shù)進(jìn)行有目的的跟蹤，找出關(guān)鍵參數(shù)變化情況，可以提前預(yù)測(cè)出可能發(fā)生的故障問題，以便能更好的解決潛在的問題，保證生產(chǎn)可以正常可靠運(yùn)行，節(jié)約時(shí)間和成本。在檢修前進(jìn)行γ射線掃描，可以提前幾周或幾個(gè)月準(zhǔn)備好所需要的材料、人力等。

1.2 射線掃描技術(shù)對(duì)塔盤沖落故障檢測(cè)

某一催化分餾塔存在操作異常情況，為了查明原因，使用了γ射線掃描技術(shù)對(duì)催化分餾塔的異常情況進(jìn)行掃描診斷和檢測(cè)，從圖1所示的掃描圖譜能夠看出塔盤11至26層在波谷位置的射線強(qiáng)度存在明顯差異變化，其中塔盤11、14、15、18、19、20、21層在波谷位置的射線強(qiáng)度要超過其他塔盤層，而射線強(qiáng)度越高則塔盤上積液越少，被沖翻或是脫落的機(jī)率就越大。這就表明塔盤11、14、15、18、19、20、21層極可能被沖翻或是脫落。一段時(shí)間后該塔需要臨時(shí)停工搶修，將塔打開檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線強(qiáng)度高的層塔盤確實(shí)都被沖翻。

圖1 催化分餾塔的掃描圖譜

2 中子背散射測(cè)量技術(shù)

2.1 中子背散射原理

中子背散射技術(shù)測(cè)量技術(shù)能夠?qū)艿?、化工反?yīng)器、容器等壁厚變化情況進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)榭赡軙?huì)在使用的過程中因腐蝕或結(jié)垢使得器壁的厚度發(fā)生變化，該測(cè)量技術(shù)的使用必須具有一個(gè)前提條件，即有水、酒精、酸性物質(zhì)等這些能夠作為中子慢化劑的物體。大量中子通過中子源被放射出來，當(dāng)中子穿過器壁后就會(huì)轉(zhuǎn)變成慢化介質(zhì)。中子在轉(zhuǎn)變成慢化介質(zhì)過程中會(huì)形成熱中子，達(dá)到熱平衡，熱中子會(huì)出現(xiàn)背散射，在反射時(shí)器壁會(huì)緩慢吸收一些熱中子。這時(shí)探測(cè)器所測(cè)量的熱度包括兩部分，一部分是被器壁和結(jié)焦或結(jié)垢后形成的。另一部分是被慢化介質(zhì)慢化形成的。

2.2 中子背散射技術(shù)在檢測(cè)料位中的應(yīng)用

在檢測(cè)料位中應(yīng)用中子背散射技術(shù)，是對(duì)料位的確定，對(duì)罐或壓力的測(cè)量。

通過對(duì)液、固、汽界面進(jìn)行檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確確定降液管內(nèi)泡沫液位和高度，對(duì)填料床層上下兩端在填料塔的位置進(jìn)行確定，催化劑料面進(jìn)行確定，對(duì)儲(chǔ)藏在底部的沉積物的量進(jìn)行確定。石油化工裝置中采用中子源為241Am-Be作為測(cè)量料位的方法，因?yàn)閺倪@種中子源產(chǎn)出的中子很難有效進(jìn)行控制，在測(cè)量厚度極大的反應(yīng)器壁時(shí)，對(duì)中子源活度要求較大，這就會(huì)增加防護(hù)上的困難。因此，提出了將241 Am-Be中子源替換成中子管的方法，因?yàn)閺闹凶庸墚a(chǎn)出的中子具有可控性，產(chǎn)額大約為每秒100到1 000，且中子的活度水平極高。例如某工廠的氣液分離罐和加氫反應(yīng)器和監(jiān)控液位壓差裝置中的導(dǎo)壓管發(fā)生堵塞，根據(jù)以往情況推測(cè)堵塞原因可能是經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦，但是由于其反應(yīng)體系原因，無法即可停工進(jìn)行檢查，針對(duì)這樣的情況，為了能夠查明故障原因就必須對(duì)裝置中的料位有準(zhǔn)確了解。且分離器壁厚為5cm，反應(yīng)器厚度為10cm，其壓力在107帕以上，這就增加了料位準(zhǔn)確測(cè)量的困難。氣液分離罐和加氫反應(yīng)器料位測(cè)量，通常是采用中子背散射技術(shù)進(jìn)行。與其他相關(guān)的技術(shù)相比，中子背散射技術(shù)測(cè)量的料位準(zhǔn)確性較高。

3 放射性示蹤技術(shù)

放射性示蹤技術(shù)是石油化工裝置中比較常用的射線檢測(cè)技術(shù)之一。相較于上述兩種射線檢測(cè)技術(shù)，放射性示蹤技術(shù)只能在外部對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。放射性示蹤技術(shù)的作用是通過測(cè)量弄清設(shè)備頻率與速率以及設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)的量。當(dāng)前，在我國(guó)這種技術(shù)使用的還未成熟。

4 其他應(yīng)用

當(dāng)前的γ射線掃描技術(shù)不僅應(yīng)用在塔設(shè)備的檢測(cè)和維修故障方面，在其他石油化工設(shè)備中也廣泛應(yīng)用。如提升聚合反應(yīng)器、加氫反應(yīng)器、管等設(shè)備的流動(dòng)分布、結(jié)構(gòu)和操作診斷，可以診斷單相和多相輸送管線，可以檢測(cè)特殊物料的料位。

5 結(jié)束語(yǔ)

γ射線透射掃描技術(shù)和中子背散射技術(shù)兩種技術(shù)互為補(bǔ)充，當(dāng)進(jìn)行測(cè)量器壁厚度較大的物體的料位或者器壁的結(jié)焦時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步完善射線檢測(cè)技術(shù)和中子背散射技術(shù)。該技術(shù)在石油化工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 魏偉勝.γ射線故障診斷技術(shù)[C]//中國(guó)化工學(xué)會(huì)2003年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2003.

Exploring the role of analytical ray detection technology in petrochemical plants

Chen Shou-hua，Wang Hong-juan，Zhang Xiu-ling

The ray detection technology can play an important role in the evaluation of the status of petrochemical plants，optimize its operation，forecast and maintenance in petrochemical plants.It is an important technical means to ensure the normal operation of petrochemical plants.

ray detection technology；petrochemical；γ-ray scanning technology；neutron backscattering technique

TQ050

A

1003–6490（2017）05–0057–02

2017–04–05

陳壽華（1966—），男，吉林吉林人，工程師，主要從事化工生產(chǎn)工作。