放射性料位計(jì)原理及應(yīng)用 - 圖文-

1、第24卷 第3期2017年3月儀器儀表用戶INSTRUMENTATIONEIC Vol.242017 No.3放射性料位計(jì)原理及應(yīng)用劉 燦(武漢波光源科技有限公司,武漢 430070摘 要:文章簡要敘述了放射性料位計(jì)的使用原理和放射性的一些相關(guān)知識及其在化工行業(yè)的應(yīng)用,正確認(rèn)識放射性的原理,做到理性對待日常使用和維護(hù)工作,學(xué)會如何防護(hù),放射性料位計(jì)的技術(shù)革新是為了滿足工業(yè)化生產(chǎn)需要,解決測量和分析難題,保證生產(chǎn)的高效和穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞:自動控制系統(tǒng);同位素;放射性料位計(jì)中圖分類號:TH86文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AThe Principle and Application of Radioactive M

2、aterial Level MeterLiu Can(Wuhan Boguangyuan Science and Technology co.LTD, Wuhan,430070,ChinaAbstract: This paper briefly describes the principle of the use of radioactive material level meter and radioactivity of some relevant knowledge and its application in the chemical industry, have a correct

3、understanding of the principle of radioactive do rational treatment for daily use and maintenance work, learn how to protect against radiation,Shot of technological innovation of the meter is in order to meet the requirements of industrial production, the measurement and analysis of key problems, en

4、sure the production of high efficiency and stability.Key words: automatic control system;isotopes;radioactive medium level meter 收稿日期:2016-12-02作者簡介:劉燦(1985-,男,湖北仙桃人,學(xué)士,研究方向:同位素應(yīng)用。0 引言測量和分析是所有工業(yè)現(xiàn)場過程控制的前提和基礎(chǔ),測量和分析系統(tǒng)依靠儀表提供數(shù)據(jù)參考。本文重點(diǎn)敘述核儀表的測量原理和放射性的基礎(chǔ)知識及在化工行業(yè)的應(yīng)用。1 放射性料位計(jì)測量原理儀表基于射線穿過物料時(shí)強(qiáng)度減弱的物理規(guī)律實(shí)現(xiàn)料位測量, 一束

5、射線穿過物料, 其減弱規(guī)律為:I=I 0e (-d (1式中:I 穿過物料后的射線強(qiáng)度。I 0 物料之前的射線強(qiáng)度。線性吸收系數(shù)。d 射線通過的物料路徑。對于一定的幾何位置, 其路徑d 與料位h 成正比:d=kh (2由(1 (2得: h=ln(I 0/I/K ( 32放射性料位計(jì)的組成放射性料位計(jì)由放射源、探測器、信號轉(zhuǎn)換器組成,放射源發(fā)射射線經(jīng)過測量裝置后被探測器的測量晶體接收,由探測器內(nèi)的電路經(jīng)過放大后傳輸給信號轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號處理,進(jìn)行顯示。如圖1所示。圖1 放射性料位計(jì)的組成Fig. 1 Composition of radioactive medium level meter劉 燦放

6、射性料位計(jì)原理及應(yīng)用第3期533 放射性料位計(jì)現(xiàn)場安裝時(shí)的注意事項(xiàng)3.1 放射源安裝時(shí)注意事項(xiàng)在源儲藏室內(nèi)開啟源鎖, 往復(fù)拉出推進(jìn), 源閘應(yīng)比較靈活, 否則應(yīng)予修復(fù), 最后關(guān)閉上鎖。注意:檢查時(shí), 源前方 (有法蘭盤 不要站人。3.2 探測器安裝注意事項(xiàng)在安裝探測器和放射源的時(shí)候,放射源照射方向要盡量避開被測裝置內(nèi)的下料口,中央攪拌器等部位,避免核儀表的相互干擾,如:兩個(gè)被測裝置距離較近,放射源最好采用相反方向照射。遇到不可避免的其它射線干擾時(shí),在探測器周圍加裝屏蔽罩,屏蔽其它射線干擾。在安裝管道密度計(jì)時(shí),放射源出射方向盡量避開人員流動方向,減少對人體的傷害。 圖2 連續(xù)料位計(jì)現(xiàn)場安裝照片F(xiàn)i

7、g. 2 Continuous level meter installation photos4 放射性的基礎(chǔ)知識4.1 射線的種類1射線 實(shí)際是氦核 2個(gè)質(zhì)子、2個(gè)中子、4個(gè)質(zhì)量單位,帶2個(gè)單位正電荷。2射線 電子,質(zhì)量1個(gè)電子,帶1個(gè)單位負(fù)電荷。3射線 電磁波、無靜止質(zhì)量、不帶電荷。4 中子 質(zhì)量=質(zhì)子,不帶電荷。4.2 相應(yīng)的穿透能力1射線 一張紙可以擋住,能量傳遞快。2射線 薄的鋁片可以擋住 。3射線 穿透能力較強(qiáng),衰減=密度×厚度。4中子 穿透能力與材料有關(guān),輕元素屏蔽效果比較好。以上所述的4種射線都有半衰期。半衰期的概念:放射量衰減到一半所需時(shí)間。有的1s 不到,有的長達(dá)

8、幾十億年。4.3 表征一個(gè)放射性物質(zhì)的幾種概念活度(以前習(xí)慣稱強(qiáng)度:放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)目。符號 A習(xí)慣單位: Ci(居里國際單位: Bq(貝可 1 Bq= 一次衰變/秒 1Ci=3.7×1010Bq 1mCi=3.7×107Bq4.4 照射量照射量表示X 或射線在單位質(zhì)量小體積元空氣中,釋放出來的全部電子(負(fù)電子和正電子被完全阻止于空氣中時(shí),空氣中電離出的離子總電荷的絕對值。它的單位是倫琴(簡稱倫,符號為R。1R=2.58×10-4C/kg常用毫侖和微倫。吸收劑量:單位質(zhì)量的物質(zhì)平均吸收的輻射能量。吸收劑量的專用單位是拉德,符號為rad(Ra

9、d。1Rad=1千克物質(zhì)平均吸收了0.01焦的輻射能量 。國際單位是戈(gray ,簡稱Gy1 Gy=100Rad一定量射線的生物效應(yīng),與輻射的種類以及照射條件有關(guān)。經(jīng)多次修正后的評價(jià)量叫劑量當(dāng)量。射線與物質(zhì)的相互作用射線和射線是通過靜電作用影響介質(zhì)。射線與射線性質(zhì)相同,都是光子流,主要是產(chǎn)生機(jī)理不一樣,射線是核衰變產(chǎn)生的,X 射線是核外電子能級躍遷產(chǎn)生的。與物質(zhì)的相互作用主要有下列三種類型:1光電效應(yīng)。2康普頓效應(yīng)。3電子對產(chǎn)生。輻照種類 相對生物效應(yīng)射線 1射線 11兆電子伏的射線 10.1兆電子伏的射線 1.08熱中子 2-50.1兆電子伏的快中子 101-10兆電子伏的快中子 105兆

10、電子伏的射線 151兆電子伏射線 20多電荷粒子、反沖核 20生產(chǎn)和生活中常能接觸到的放射源:核儀表:0.011Ci 探傷源:501000Ci 醫(yī)療源:100010000Ci 輻照加工源:2×1052×106Ci5 放射源的分類及其射線防護(hù)1工業(yè)用放射源核素一般選用Co-60、Cs-1372化工行業(yè)選用的放射源為類源、類源源 3日常幾類輻射計(jì)量對比:輻射源種類平均劑量天然本底照射2000sv/年乘飛機(jī)旅行 1.10sv/小時(shí)診斷X射線人均單次300sv/次CT人均單次500sv/次4射線防護(hù):防護(hù)得當(dāng),射線并不可怕;實(shí)踐證明,只要根據(jù)輻射防護(hù)最優(yōu)化的原則,積極合理的做好輻射

11、防護(hù)工作,就可以保證即使人體受到照射,但仍會使受照射水平保持在國際要求安全范圍內(nèi),放射性儀表防護(hù)三要素為屏蔽、時(shí)間和距離1。射線防護(hù)3大要素:a距離防護(hù)b時(shí)間防護(hù)c屏蔽輻射在放射源周邊工作的條件下,做到防護(hù)3大要素,可以減少射線對身體造成的傷害,牢記防護(hù)要求,堅(jiān)持養(yǎng)成工作習(xí)慣,個(gè)人身體受到的照射劑量可以控制在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家的輻射計(jì)量安全標(biāo)準(zhǔn)。6 標(biāo)定及使用儀表標(biāo)定采用兩點(diǎn)標(biāo)定,也可依據(jù)現(xiàn)場工藝要求多點(diǎn)標(biāo)定,維護(hù)操作簡單方便。對于現(xiàn)場工藝條件不具備兩點(diǎn)、多點(diǎn)標(biāo)定條件,儀表還有一點(diǎn)標(biāo)定功能。操作方便,使用簡單,穩(wěn)定可靠。通過準(zhǔn)確標(biāo)定后,可以保持長時(shí)間高效工作,無需經(jīng)常檢修和維護(hù),校正系統(tǒng)與半衰期有關(guān)

12、2。7 放射性料位計(jì)在化工行業(yè)的應(yīng)用隨著放射性儀表技術(shù)與石化企業(yè)的發(fā)展,放射性儀表已在石化企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,實(shí)踐證明在石化企業(yè)中應(yīng)用放射性儀表已顯示出社會和經(jīng)濟(jì)效益31化工行業(yè)的裝置設(shè)備存在高溫、高壓、腐蝕性等特殊的環(huán)境,常規(guī)儀表受到這些裝置現(xiàn)場特殊環(huán)境的限制,出現(xiàn)安裝困難,即使勉強(qiáng)安裝,長期的高溫影響下,對儀器儀表造成損壞。這種情況下,儀表的選型就會考慮使用放射性料位計(jì)來代替常規(guī)儀表的使用。放射性料位計(jì)不受設(shè)備內(nèi)的高溫、高壓等限制,在安裝過程中,不用與生產(chǎn)設(shè)備接觸,同時(shí)在安裝使用過程中,也不影響設(shè)備的溫度,壓強(qiáng)等工藝條件。經(jīng)過幾代產(chǎn)品的改良,探測器的幾次更新?lián)Q代,隨著探測器對射線的靈敏度

13、的提升,放射源的選型從以前的大當(dāng)量的放射源到現(xiàn)在用對周邊環(huán)境電離輻射影響很小的放射源,大大提高了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及健康安全標(biāo)準(zhǔn)。采用高靈敏度的探測器,放射源活度相對更小,提高了使用安全性能。儀表采用可靠的自動穩(wěn)譜技術(shù),基于核電子學(xué)的信號處理優(yōu)勢與20年核儀表應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),提高了設(shè)備使用壽命及長期穩(wěn)定性。2放射性料位計(jì)在煤氣化裝置的應(yīng)用。a放射性料位計(jì)在煤氣化裝置使用的分布:粉煤給料罐、閉鎖料斗、補(bǔ)給料倉。料位計(jì)在粉煤給料罐的使用,加快了自動化的高效穩(wěn)定的生產(chǎn)進(jìn)程,料位計(jì)在準(zhǔn)確的反映粉煤給料罐的實(shí)際料位變化,控制料位的升降,提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)給工藝提供了有價(jià)值的參考。b壓強(qiáng)對放射性料位計(jì)的影響:穩(wěn)定的壓強(qiáng)

14、對放射性料位計(jì)正常使用是不存在影響的,因?yàn)榉€(wěn)定的壓強(qiáng)對射線的衰減是一個(gè)常量,正常的標(biāo)定可以消除這類影響,但是在粉煤給料罐裝置上,生產(chǎn)壓強(qiáng)是變化的,從而對射線的 圖3 料位計(jì)在煤氣化裝置DCS 的運(yùn)行圖Fig.3 The level meter in coal gasi cation plant DCS operation(下轉(zhuǎn)第76頁 觀察CEX026VL首先關(guān)閉,CEX042VL開度不變。 CEX026VL快關(guān)到0時(shí),CEX042VL開始關(guān)閉。 閥門切換時(shí),系統(tǒng)應(yīng)無擾動(切換值待定。 CEX026VL快關(guān)到0后,保持開度,CEX042VL繼續(xù)關(guān)閉驗(yàn)證除氧器維持凝結(jié)水流量、給水流量、除氧水箱水

15、位的平衡的調(diào)節(jié)能力(采用單/三沖量的控制方式;驗(yàn)證在除氧水箱水位壓力有較大的波動時(shí),除氧器的應(yīng)急能力。 整個(gè)過程系統(tǒng)應(yīng)比較平穩(wěn)。4 除氧器壓力調(diào)節(jié)試驗(yàn)機(jī)組啟動后,當(dāng)負(fù)荷為<65%的額定負(fù)荷時(shí),穩(wěn)定機(jī)組負(fù)荷。 系統(tǒng)處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。 其他相關(guān)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。 壓力穩(wěn)定在正常值后,在操作器上給出+10%的擾動。 記錄壓力、ADG031VV閥位曲線。 如果調(diào)節(jié)性能不好,改變4ADG031:PID參數(shù)后,再試驗(yàn)。直到閥門的調(diào)節(jié)性能達(dá)到要求。(其他相關(guān)試驗(yàn)與開環(huán)相同7 結(jié)語常規(guī)島除氧器水位和壓力調(diào)節(jié)在廠家現(xiàn)場服務(wù)人員和系統(tǒng)對應(yīng)PID名稱系統(tǒng)功能比例帶(PBAND工作方式積分時(shí)間(INT調(diào)節(jié)作

16、用(正/反 3ADG031:PID除氧器壓力調(diào)節(jié)60PI10反作用3CEX042:PID1除氧器水位調(diào)節(jié)170PI10反作用3CEX042:PID3除氧器水位調(diào)節(jié)240PI3反作用3CEX042:PID除氧器水位調(diào)節(jié)3500PI40正作用表1除氧器水位/壓力調(diào)節(jié)PID參數(shù)列表Table.1 Deaerator water level/pressure PID parameters list調(diào)試人員的共同努力下,現(xiàn)已完成了調(diào)試任務(wù)并投入運(yùn)行。到目前為止,該系統(tǒng)運(yùn)行正常,為蒸汽發(fā)生器的安全運(yùn)行發(fā)揮了重要的作用。參考文獻(xiàn):劉翠玲. 集散控制系統(tǒng)M. 北京:北京大學(xué)出版社,2006.王常力,羅安. 分

17、布式控制系統(tǒng)(DCS設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例M.北京:電子工業(yè)出版社,2004.王錦標(biāo). 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M. 北京:清華大學(xué)出版社,2006.123123衰減是一個(gè)變量,罐體內(nèi)的生產(chǎn)壓強(qiáng):(416MPa 即放射性料位計(jì)在此種狀況下無法正常工作,不能提供有效的數(shù)據(jù)和參數(shù),實(shí)現(xiàn)不了連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)效率。解決方案:針對現(xiàn)狀,在料位計(jì)輸出的同時(shí),DCS系統(tǒng)添加壓差計(jì)算公式,將變化的壓強(qiáng)結(jié)合料位計(jì)的輸出參數(shù)換算成恒定壓強(qiáng)下料位計(jì)的輸出,解決變化的壓強(qiáng)對連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響。3放射性料位計(jì)在延遲焦化的應(yīng)用射線料位計(jì)在延遲焦化的應(yīng)用解決了以前延遲焦化上的兩大問題:a延遲焦化很早在料位計(jì)的選型上面采用的是中子料位計(jì),且采用

18、的是類中子源,選用類放射源對應(yīng)的料位計(jì)后,大大減小了放射源對周邊環(huán)境輻射影響。b實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動化,很多地方還采用麻繩測量焦高的方法,來測量料位的高度。射線料位計(jì)的使用解決了日常測量焦高的麻煩。且采用的類放射源符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB18872-2002、GB16368-1996。對周邊環(huán)境電離輻射影響微乎其微。8 結(jié)束語隨著工業(yè)化的快速發(fā)展,安全、高效、穩(wěn)定對現(xiàn)代工業(yè)起到至關(guān)重要的作用。工業(yè)核儀表的應(yīng)用,填補(bǔ)了特殊環(huán)境下如常規(guī)儀表無法正常安裝和使用的工業(yè)自動化技術(shù)空白,為工業(yè)自動化生產(chǎn)的產(chǎn)量和安全生產(chǎn)提供了保障。但隨之產(chǎn)生不可避免的問題,談核色變,在全民沒有了解放射性知識,沒有全面對放射性進(jìn)行普及教育的情況下,人們對放射源的存在,還是存在懼怕的