γ射线液位计的使用和管理

李自强

摘要:γ射线液位计以独特的和非接触式的测量方式,特别适合密闭容器中高温高压、高粘度、强腐蚀性、剧毒物料液位(料位)的测量,其对于液态、固态、粉态等物理状态下的料位测量也有很好的适用性。

关键词:γ射线;液位测量;探测器

γ射线液位计是一种固定安装、连续测量物位的检测仪表,它以核辐射检测技术为基础,γ射线与物质相互作用被吸收,射线强度随吸收物质的高度而变化,通过测量γ射线辐射强度的变化,从而测量出被测液位的变化。该仪表采用的是非接触测量方式,工作中仪表各部件与被测介质不接触,所以特别适合密闭容器中高温高压、高粘度、强腐蚀性、剧毒物料液位的测量。对于液态、固态、粉态等物理状态下的料位测量有很好的适用性。陕西华山化工集团股份有限公司主要应用于合成冷凝塔液位、合成氨分离器液位、铜塔液位、尿素一分塔液位、尿素甲铵分离器液位、尿素汽提塔液位和皮带核子秤两煤计量共计十余套。

一、仪表的工作原理

γ射线为波长极短的(10-7mm-10-10mm)电磁辐射,对介质有很强的穿透能力,其穿过物料前后的强度变化遵循朗伯-贝尔定律,按指数规律衰减,射线衰减程度符合下列公式:I=I0e-μh。式中,I——入射强度;I0——出射强度;μ——物料对γ射线的线性吸收系数;h——液位高度。穿过物料后的射线强度和液位高度是非线性关系,对于小量程(400mm左右),可以通过仪表内部的运算加以线性化处理来满足工业仪表线性刻度的要求。但是如果使用单点源测量大量程的液位,放射源的强度要求大得惊人,会带来防护上的困难。实际测量大量程液位使用线状源,即一种射线强度呈一定函数分布的特殊线放射源,保证探测器得到与液位成近似线性关系的射线强度,即I=I0+kh。线状源使用较低强度的放射源就能够满足大量程(2m-3m)液位的精确测量。当测量精度要求不高的时候,可以使用多点源代替线状源。常用的γ射线放射源有C060(半衰期为5.3a,其γ量子能量为1.25MeV)及Cs137(半衰期为33a,其γ量子能量为0.66MeV),考虑使用寿命,一般会选铯。但当容器壁较厚,需要有较强穿透能力的场合,选用能量更大的钴更合适。

二、仪表的结构

γ射线液位计由探测器、信号转换器和放射源及其容器三部分组成。探测器、放射源及容器安装在测量现场,信号转换器一般安装在控制室,也可安装在现场,通过专用电缆与探测器连接。放射源被安装在一个特殊的容器内,使放射源只能在某一个方向上的狭窄通道内无衰减的辐射通过,容器上设有开关,可以在需要的时候关闭这个射线通道。探测器有电离室、盖革米勒记数管、闪烁计数器等几种型式。电离室探测器性能稳定,工作寿命长,但探测效率低。盖革米勒记数管成本低,结构简单,但探测效率低且工作寿命短。、闪烁计数器的探测效率高,可以减少放射源强度并且工作寿命较长。

三、使用情况

陕西华山化工集团股份有限公司过去在高温高压设备液位检测控制装置中使用常规仪表,由于工作条件较差,腐蚀、堵、漏、假液位等故障较为频繁,维护检修工作量大,经常影响工艺稳定运行,影响产品的产量和质量,在不断探索中该单位选用了一台γ射线液位计应用于铜洗铜塔液位测量和控制,使用后效果明显,此后便开始了较多的应用。液位测量主要使用了天华化工自动化研究设计院HZ-5203B和HZ-5203C型及成都中核高通同位素公司的γ射线料位计。探测器选用HZ-0100型等γ射线防爆探测器,具有探测效率高使用寿命长的特点。放射源有C060和Cs137两种,用铅容器保护。转换器采用以单片机为核心的电子线路,将探测器检测到的变化信号转换成与测量量程对应的0mA-10mA或4mA-20mA、0V-5V标准信号输出。仪表会按照放射源强度的衰减率自动进行修正。应用后较好地解决了过去使用常规仪表存在的问题,也较好地实现了仪表长周期运行。使用中有时也会发生真假液位的争议,对此,如果仪表长时间指示较低,可以用一块厚钢板或铅板插在探测器前面,若液位指示上升而撤回挡板指示恢复,可以判断仪表正常。而当仪表长时间指示满刻度,可以把探测器拆下靠近放射源盒表面附近,若此时液位指示下降,而探测器缓慢远离容器表面,仪表指示又逐渐上升,可判断仪表反映的液位真实。一般γ射线液位计的仪表故障多发生在探测器,原因主要有高压供电中断、高压分压器分压电阻开路或短路、光电倍增管损坏等。光电倍增管价格较高,应注意保护。

四、管理与安全卫生

过去由于认识不足,人们谈“核”色变,限制了γ射线液位计的推广应用。实际上放射源都是严格按标准要求进行封闭的,卫生防疫部门对射线的安全情况还会定期进行现场实地检测,不符合国家标准是不允许安装和使用的,更不可能组织生产。使用γ射线液位计应该注意以下方面:及时和卫生防疫部门、公安部门取得联系,进行现场射线强度检测,办理相关手续;设置安全警示标志;安装位置一方面要考虑工艺和仪表要求,另一方面要远离人行过道;工艺设备停车检修需要进塔入罐前,一定要及时联系关闭放射源,检修结束方可打开放射源开关;选购仪表要选择有实力的厂家,让制造厂不仅负责仪表的安装调试,并且负责放射源的维护和回收,因为废旧放射源的处理也是相当复杂的。

五、结束语

γ放射线测量仪表适用于极端过程条件下其他测量方法无法实施的场合,具有不必考虑被测介质的组分、化学及物理性质,仪表无可动部件,测量准确度可靠,维护工作量小等优点。非接触式测量也使安装和调试较为简便,对于特定场合的液位测量不失为一种较好的测量方法。

参考文献:

天华化工自动化研究设计院.ZH-5203Cγ射线料位计使用说明书[Z].

(作者单位:陕西华山化工集团股份有限公司化肥厂质监部)