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。

  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***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

 

  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。

  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

 

  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。

  为了保护放射性工作人员和公众免受过量辐射危害, 相关部门颁布各类规定和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

  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。