放射性液位计在湿法冶炼高压釜上的应用

国外某红土镍矿项目采用湿法冶炼加压酸浸工艺,该工艺是一个全新的湿法冶炼技术。高压釜作为核心设备,液位是其重要参数。由于高温、高压、强酸性等特殊工况条件,以及釜内搅拌装置等对测量的干扰,常规测量仪表难以实现准确的液位测量,非接触式的放射性液位计不受被测介质的影响,安装方便且易于维护,因而在实际生产中被选用。

湿法冶炼高压釜是由卧式釜体、工艺内插管、搅拌装置、机械密封和密封润滑冷却系统等组成,釜体内采用隔墙分隔成7个隔室,每个隔室带有独立的搅拌装置,搅拌装置垂直安装在釜体上方。矿浆经预热加压后通过高压隔膜泵连续送入高压釜隔室,依次通过隔板流到下一隔室,浸出后的矿浆在第7隔室顶部排出至闪蒸槽。

釜体直段长33 000 mm、釜体筒体内径5100 mm,采用钢制外壳+钛合金衬里,为满足工艺需要,釜上开有进出料口,加热蒸汽口,安全泄放口,压力、温度检测口等。主要操作条件为温度240~270℃,压力4~6MPa,物料停留时间45~60 min。高压釜采用连续运行作业,矿浆在高温高压条件下,与酸液、蒸汽、氧气等在搅拌作用下发生一系列的化学反应,达到镍浸出的目的。

γ射线穿过物料时被物料吸收,强度减弱,用数学公示表示为:

其中:I0为穿过物料前的射线强度,I为穿过密度为ρ、路径为d的物料后的射线强度,μ为吸收系数,与放射源的类型有关,放射源确定后,μ为常数。

由式(1)可得:

当被测物质密度ρ一定时,被测物质液位的高度即为被测物质的厚度d。采用射线接收器检测穿过物质后的γ射线强度,将其转换为电量,并通过电子电路的处理就可测得被测物质的液位高度。由于测量系统与所测物料之间的非接触性,使得物料对测量不产生任何物理和化学上的影响,从而保证了测量的高可靠性及低维护量,但对其放射线的安全防护和放射源的环境影响是需要特别注意的问题。

放射性液位计选用美国OHMART/VEGA公司的产品,由放射源装置、一体式变送器、蒸汽补偿装置、安装支架4部分组成。

由于被测容器直径大、壁厚,被测介质黏度较高,选用SHRD-2系列放射源装置,料剂为同位素Co-60,其半衰期为5.3年。为了避免在项目运营周期内频繁更换放射源,将放射源的剂量增加1倍,即2000 m Ci,这样以来放射源的正常服役期限为10年。放射源装置垂直照射角度30°,释放γ射线,铅罐密封,壳体为316不锈钢。

放射源装置采用气动式远程开关,与现场气动执行机构共用气源,技术人员可以在距离放射源足够安全的地方进行开关操作,有效保证了使用者的人身安全。

一体式变送器由射线接收传感器和变送器组合而成,传感器在接收γ射线后将射线强度信号转换为脉冲信号,经变送器处理后,转换为4~20 m A标准电流信号和报警信号。变送器电源为220±10%VAC,50~60 Hz,工作环境温度为-20~+50℃。

连续液位测量选用LSG系列一体式变送器,高低报警开关选用DSG系列一体式变送器,共用放射源,分别输出连续液位信号和限位报警信号。为满足高压釜的测量高度和角度的要求,采用双变送器串联组合实现连续液位测量,独立报警开关的设计,保证了釜内液位测量更加安全可靠。

针对釜内高温蒸汽和酸雾等特殊工况而设计的主动补偿装置,持续测量釜内气态密度的变化,与液位变送器进行数据通信,从而对测量值进行实时修正,使得液位测量更加准确。

OHMART放射性液位计的安装如图1所示,安装应该遵循三点原则:1)放射源的中心位置与100%液位持平,变送器底端与满液位持平;2)若设备内部无搅拌装置等阻碍,放射源与接收器安装在设备中线180°相对位置;3)若设备外壁有保温层,则放射源与保温层保持50 mm的间隔,变送器外壳与保温层保持50 mm间隔,***大不超过100 mm。

图1 放射性液位计安装示意图

理论上,“多点标定”的准确度更高,但实际上“两点标定”通常就能够满足设计要求,“两点标定”即零点标定和满度标定。零点标定是在高压釜为空,或者液位在零点以下的情况下进行,按照规定程序开启放射源,接线图如图2所示。如果选取零点以上的液位作为标定点进行标定,则必须确知该点液位的真实位置。满度标定是在物料充满设备或者在满度位置上进行标定,鉴于安全环保等方面的因素,放射源剂量的选定非常谨慎,射线穿过物料后强度衰减接近于零,因此,可以采取关闭放射源的方式模拟物料充满的情况来进行满度标定。

图2 系统标定(校验)接线图

OHMART放射性液位计出厂的要求为每月校验一次,在工艺及设备条件基本稳定的情况下,频繁校验于生产运营无益。根据生产现场的停车检修周期,每3个月校验一次完全可以满足工艺要求。

校验工具主要包括:HART手操器/移动PC(预装Ohmiew2000软件)、标准电流表/万用表、便携式放射剂量检测仪、个人剂量仪、核辐射防护服。

,按图2连接设备,确保线路负载250~800Ω,若不满足可临时串接;若采用移动PC和HART通讯模块需并联250Ω外接电阻;

第二,运行Ohmiew2000或使用手操器,检查各参数设置;

第三,排空容器中物料,查看电流表读数并键入实测电流值,直到输出与电流表实测值一致为止;

第四,关闭放射源或充满容器,采集***高液位时的计数值;

第五,校验后填写校验单,贴合格证。

放射性液位计的放射源气动开关装置的标准检修周期为6个月,可根据整个工艺系统维修周期安排。检查内容主要包括:检查放射源储罐开关灵活性,检查放射源泄漏情况和剂量大小,检查元件、电线及接线端子有无破损、漏电、松动现象,检查安装是否牢固及紧固连接部位是否润滑,整理线路,清理灰尘污垢及无关杂物,保持工作环境卫生,检查仪表铭牌、合格证和放射物标志牌是否完好、清晰可见,内容完整符合规范要求等。

虽然放射源对人体健康安全具有潜在威胁,但随着产品设计的日益优化,生产管理操作水平的提高,以及人员防护意识的增强和防护措施的完善,一定能够在实际应用中取得理想的效果。项目中的放射性液位计自投运以来,严格按照预定规程管理和维护,运行稳定、测量准确,在有色冶炼项目具有广泛的应用前景。