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放射性液位计在甲铵分离器的应用与防护



摘 要:依据尿素装置甲铵分离器的结构特点和操作工况, 对比分析各类液位计的优缺点, 选择放射性液位计用于甲铵分离器的液位检测。在其射源照射防护上, 只要严格执行国家标准和安全操作规程, 加强放射性监测, 严格管理, 应用放射性液位计的安全性是有足够保障的。
1、概述:
  在化工生产过程中, 各类反应器、塔和罐都离不开液位的测量, 液位测量的准确与否直接影响装置运行的优化操作, 进而影响产品的最终质量通常液位测量仪表是根据被测介质类型、工况条件的不同来选用不同的测量方式。在尿素生产过程中, 由于氨、甲铵和尿素溶液的存在, 使尿素生产带有强腐蚀性且极易结晶。尤其是在尿素合成的工段, 需高温、高压的操作工况, 这就对液位测量仪表提出更高要求。
在斯那姆氨汽提尿素工艺流程中, 要求甲铵分离器的液位控制越低越好, 但当液位被抽空时可能有液氨倒入, 设备底部温度、压力升高, 引起系统波动。当液位过高时, 如处理不及时会引起分离器满液, 后果不堪设想。因此, 甲铵分离器的液位测量是尿素生产装置中的一个重要参量。锦西天然气化工有限责任公司 (简称锦天化) 尿素甲铵分离器液位测量采用的是内装浮筒液位计 (图1) 。
图 1 浮筒液位计的工作示意
图 1 浮筒液位计的工作示意
 
2、浮筒液位计使用中存在的问题:
  浮筒液位计是应用较为广泛的一种液位测量仪表, 主要由测量部分和转换部分 (放大器) 组成测量部分由浮筒及吊链、传动杆、传动芯轴或扭力管及壳体组成。当液位变化时, 浮筒所受浮力变化, 通过支点杠杆系统, 传动杆和传动芯轴或扭力管传递, 使应变式力传感器的弹性体受力作用产生挠度变形, 即变送器功能模块电路将测量信号经缓冲、放大和电压或电流变换后, 输出4~20 m A标准电流信号, 此时与作用在浮筒上的浮力成正比例变化。
  LT-09201浮筒液位计在使用中, 为防止甲铵溶液结晶, 影响杠杆机构与扭力管组件的转动, 加装高压冲洗设备, 定期冲洗, 并在表体配有蒸汽伴热夹套, 这不仅加大设备投资和日常维护保养工作量, 液位测量也受到工况条件和冲洗水等因素的制约。
内装式浮筒液位计还存在维护和调校十分繁琐的问题, 必须在年度大修时打开尿素甲铵分离器的封头, 入罐检修和挂码校验, 极不便于日常维护。
  在装置开车初期, 由于系统操作不稳, 工况波动大, 气液共存, 液位计指示不准, 故障率高, 甚至曾出现浮筒压扁等故障。近几年, 浮筒液位计由于长时间在高温、高压、强腐蚀性介质的环境下使用冲刷, 浮筒的扭力管转动刀口磨损碳化, 造成转动不灵活, 仪表测量误差大。尿素装置曾因浮筒扭力管的芯轴上隔离密封片受甲铵液腐蚀破裂, 高压甲铵液外漏, 造成停车事故。
3、液位计的选择及放射性液位计的应用:
  现国内尿素甲铵分离器的液位检测仪表多选用内装式浮筒液位计、双法兰液位计或放射性液位计等。
  尿素甲铵分离器液位检测如按通常选用的双法兰式液位计, 现场高压设备、管道需开孔, 易造成高压介质的泄漏。甲铵溶液在分离器内处于高温 (160℃) 高压 (15.6 MPa) 沸腾状态下, 气液共存, 测量误差偏大, 准确度不高。又由于检测元件与被测介质直接接触, 存在结晶、堵塞、腐蚀膜片等问题, 仪表使用寿命短, 也增大仪表工的日常维护量。如采用放射线液位计, 仪表各部件不需与被测介质接触, 测量过程是非接触式的, 且不受被测介质化学性质和温度、压力等物理性质的影响, 可以连续、长期运行。仪表稳定性好, 比一般常规仪表反应灵敏, 故障率低, 日常维护保养量小。特别适合用于高温、高压、易结晶及有强腐蚀条件下的液位测量。
  对比3种液位计的优缺点, 尿素甲铵分离器的液位检测仪表选用放射性液位计 (图2) 。
图 2 放射性液位计的工作原理
图 2 放射性液位计的工作原理
 
  考虑到尿素甲铵分离器直径1 450 mm、壁厚57 mm较小, 以及仪表投用后射源防护的问题。射源类型采用Cs137 点源, 射源活度18 500 MBq (500mi) 。Cs137主要能量0.660 Me V, 用于设备壁厚较小的场合, 由于具有较低的能量, 因此具有比Co60 更好的测量效果, 并且屏蔽容易。Cs137 半衰期30 a, 每年强度衰减3.7%, 仪表使用寿命长, 能够满足长周期生产的需要。
  现场安装Cs137 点源及棒形探测器, 通过专用电缆将信号送到主控室二次表, 输出4~20 m A, 经DCS进行液位显示。仪表外部安装, 检修设备时不需人工拆卸, 只需关闭屏蔽就可进入设备检修。
  仪表投用指示正常, 解决了困扰尿素工艺优化操作的难题, 为装置长周期、稳定运行打下坚实基础。
4、放射性液位计的防护:
  为了保护放射性工作人员和公众免受过量辐射危害, 国家相关部门颁布各类规定和国家标准给出各种照射情况下的安全剂量限值, 见表1。
表 1 各种照射情况下的安全剂量限值
表 1 各种照射情况下的安全剂量限值[1]
  以尿素甲铵分离器为例, 采用Cs137 点源, 射源活度18 500 MBq (500 mi) 为Ⅳ类放射源, 是低危险源, 基本不会对人造成永久损伤, 但对长时间近距离接触这些放射源的可能造成可恢复的临时性损伤[2];且点状放射源置于防护铅罐内, 防护达到国标GBZ 125—2009《含密封源仪表放射卫生防护要求》二级标准[3], 故无须采用额外的防护措施。
  放射源在铅罐安装期间进行剂量的简单计算, 即根据铅罐标牌上标出的5 cm处的剂量率来推算。铅罐通常是根据这些指标设计的, 除了放射源的类型 (点源或棒源) 和活度, 距铅罐表面5 m处的剂量率必须控制在25μSv / h, 如果在这地方进行安装铅罐或开关源锁等工作, 在一切都准备就绪情况下, 则工作时间不会超过20 min, 工作人员所受的剂量大约为10μSv, 与年剂量限值5 m Sv比较, 这样的工作1个人可以在1 a中进行500次[4]。
国内外大量资料表明, 只要所受照射剂量低于国标规定剂量当量限值以下, 就不会影响健康所以, 只要严格执行国家标准和安全操作规程, 加强放射性监测, 严格管理。那么, 应用放射性液位计的安全性是有足够保障的。