放射性液位计在减压塔液位测量中的应用

摘要：本文介绍放射性液位计在减压塔底液位测量中的应用实例, 同目前减压塔底液位采用的电动内浮球液位计、差压液位计进行了对比。结果表明, 在减压塔塔底采用放射性液位计, 能够保证液位测量的准确性和长期稳定性。

  减压塔是常减压蒸馏装置的核心设备之一, 减压塔液位直接关系到整个装置能否平稳操作。减压塔底液位过低, 塔底油的缓冲时间变短, 容易使塔底液位被抽空, 从而影响整个装置的换热平衡和物料平衡。减压塔底液位过高, 超出仪表测量范围, 使塔底油在塔内的停留时间变长, 加速结焦, 同时可能造成轻烃组份增多, 影响抽真空负荷, 进而影响减压的产品拨出率和产品质量[1]。由于减压塔为负压操作, 塔底介质具有高温、粘稠等特点, 选用何种液位测量手段备受关注, 下面简要介绍几种减压塔塔底液位的测量方法[2]。

  某1000万t/a常减压蒸馏装置减压塔液位测量采用了放射性液位计[3], 设备直径为3700 mm, 设备材质为16MnR+316L, 设备壁厚为20 mm+3 mm, 保温层为40 mm厚的硅酸铝纤维加上160 mm的高温离心玻璃棉毡, 介质为渣油, 操作温度为357℃, 密度为787 kg/m3。根据***终招标, 选用德国伯托公司的非接触式放射性液位计LB490, 放射点源为铯Cs-137, 放射源强度为740MBq, 经三年多运行, 仪表工作稳定, 测量精度符合设计要求, 取得了良好的效果。安装图如图1。

图1 放射性料位计安装示意图

  液位计选型须提供以下的信息:

(1) 塔器或容器的类型、材质、直径和壁厚;

(2) 保温层的厚度和密度;

(3) 测量范围的尺寸和位置;

(4) 介质的密度、温度等工艺参数, 在操作状况下的气相密度;

(5) 是否有搅拌器或其他内件等。

  根据上述信息来确定放射性液位计的放射源和探测器的选型[4]。

  目前常用的放射源有铯Cs137和钴Co60, 目前炼油装置的运行周期一般较长, 而Cs137具有合理的半衰期, 能量较钴Co60小, 操作上更加安全, 因此本项目选择铯Cs137作为放射源[5]。表1为两种放射源的参数对比。

表1 Cs137与Co60的射线参数比较

  放射源射线剂量率的选择应从操作人员的安全角度出发, 由于减压塔底日常巡检频繁, 射线剂量率应按照GBZ125-2002《含密封源仪表的卫生防护标准》的一级标准设计, 即距离检测设备边界5 cm处的剂量率均小于等于2.5μSv/h, 距离检测设备边界1 m处的剂量率均小于等于0.25μSv/h。防护区域如图2所示。

图2 防护区域

  正常情况下, 以操作人员每天在减压塔附近巡检1 h计, 全年操作人员可能受到的剂量当量为90μSv, 远远低于GB4792《放射卫生防护基本标准》规定的放射工作人员剂量当量限值每年50 m Sv[6]。

  放射性液位计的探测器组件安装在放射源装置的对面, 选用棒状检测器。检测器主要有金属管和闪烁棒两种类型, 两者的性能比较如表2所示。通过性能对比, 本项目探测器选用闪烁棒的型式。

表2 金属管与闪烁棒的性能比较

  放射性液位计尽管在使用时非常安全, 但由于其特殊性, 所以在设计和使用过程中需要注意下列问题。

  从设计的角度出发, 除从选型上考虑外, 在规划设备的开口方位时, 需要注意射线的角度避开日常检修通道, 并在检修通道入口处设置醒目的标识牌。放射源应在临近装置开车前进行安装, 应由受过专业培训且有操作许可证的人员来完成安装、修理和维护工作。每隔半年或一年对放射源的放射泄漏情况进行测定。

  目前, 测量减压塔液位比较传统的方法就是采用电动浮球液位变送器。内浮球主要由传感机构和电动变送两大部分组成, 测量传感元件为浮球, 而变送器采用平衡杆和平衡锤与浮球构成的力矩平衡机构, 浮球随液位的变化而升降, 通过力矩平衡机构计算出当前的液位。

  电动内浮球液位变送器具有结构简单、安装方便、无需伴热、性价比高等特点, 因此应用广泛。但是受到杠杆长度的影响, 测量范围一般只能达到1200 mm, 其使用范围受到一定的限制。同时浮球易脱落, 在华北石化公司500万t/a常减压蒸馏装置中, 浮球曾出现过脱落现象, 造成减压塔液位只能通过人工控制, 并经常需要观测减压塔底就地压力表进行对比, 给操作带来很大的不便, 且容易造成后续流程的波动。

  减压塔底液位的测量也经常采用普通差压变送器, 方案如图3。

图3 差压变送器测量减压塔底液位

  此种方式主要的配管方案如下:

(1) 变送器与正压侧取压口安装高度相同。正压侧需要连续注入冲洗油, 这样不会因冲洗油的注入改变正压侧的静压。

(2) 变送器负压侧保证一段稳定的液柱, 并保证液柱的温度稳定 (根据油品性质确定) , 以减少测量误差。同时负压侧冲洗油采用间断注入的方式, 用于保证液柱的稳定。冲洗油采用减三线蜡油, 由于蜡油凝点较高, 需对冲洗油管线进行电伴热。

(3) 负压侧配管高于上取压口300 mm。主要目的是防止塔底介质进入负压侧导压管。

(4) 校准要求:当仪表指示为0%时, 确保塔内实际液位高于下取压口 (距离为量程的5%) ;当仪表指示为100%时, 确保塔内实际液位低于上取压口 (距离为量程的5%) 。上述方案从理论分析上是完全可行的, 且也有成功应用的例子, 但是由于配管方案复杂, 受制约的因素较多, 所以采用此种测量方式要非常谨慎, 需要密切关注实际的配管设计[8]。

  下面针对上述三种方案进行简单对比, 如表3。

表3 各种方案对比

  本文介绍了减压塔底液位测量的几种技术方案, 分析了各方案的优缺点。在仪表选型时, 需要根据项目的规模、运行周期、投资情况作出合理选择。