放射性液位計在減壓塔液位測量中的應用
摘要：本文介紹放射性液位計在減壓塔底液位測量中的應用實例, 同目前減壓塔底液位采用的電動內(nèi)浮球液位計、差壓液位計進行了對比。結(jié)果表明, 在減壓塔塔底采用放射性液位計, 能夠保證液位測量的準確性和長期穩(wěn)定性。
減壓塔是常減壓蒸餾裝置的核心設備之一, 減壓塔液位直接關(guān)系到整個裝置能否平穩(wěn)操作。減壓塔底液位過低, 塔底油的緩沖時間變短, 容易使塔底液位被抽空, 從而影響整個裝置的換熱平衡和物料平衡。減壓塔底液位過高, 超出儀表測量范圍, 使塔底油在塔內(nèi)的停留時間變長, 加速結(jié)焦, 同時可能造成輕烴組份增多, 影響抽真空負荷, 進而影響減壓的產(chǎn)品撥出率和產(chǎn)品質(zhì)量[1]。由于減壓塔為負壓操作, 塔底介質(zhì)具有高溫、粘稠等特點, 選用何種液位測量手段備受關(guān)注, 下面簡要介紹幾種減壓塔塔底液位的測量方法[2]。
1、放射性液位計：
1.1、實例介紹：
某1000萬t/a常減壓蒸餾裝置減壓塔液位測量采用了放射性液位計[3], 設備直徑為3700 mm, 設備材質(zhì)為16MnR+316L, 設備壁厚為20 mm+3 mm, 保溫層為40 mm厚的硅酸鋁纖維加上160 mm的高溫離心玻璃棉氈, 介質(zhì)為渣油, 操作溫度為357℃, 密度為787 kg/m3。根據(jù)***終招標, 選用德國伯托公司的非接觸式放射性液位計LB490, 放射點源為銫Cs-137, 放射源強度為740MBq, 經(jīng)三年多運行, 儀表工作穩(wěn)定, 測量精度符合設計要求, 取得了良好的效果。安裝圖如圖1。
圖1 放射性料位計安裝示意圖
1.2、選型：
液位計選型須提供以下的信息:
(1) 塔器或容器的類型、材質(zhì)、直徑和壁厚;
(2) 保溫層的厚度和密度;
(3) 測量范圍的尺寸和位置;
(4) 介質(zhì)的密度、溫度等工藝參數(shù), 在操作狀況下的氣相密度;
(5) 是否有攪拌器或其他內(nèi)件等。
根據(jù)上述信息來確定放射性液位計的放射源和探測器的選型[4]。
1.2.1、放射源的選擇：
目前常用的放射源有銫Cs137和鈷Co60, 目前煉油裝置的運行周期一般較長, 而Cs137具有合理的半衰期, 能量較鈷Co60小, 操作上更加安全, 因此本項目選擇銫Cs137作為放射源[5]。表1為兩種放射源的參數(shù)對比。
表1 Cs137與Co60的射線參數(shù)比較
放射源射線劑量率的選擇應從操作人員的安全角度出發(fā), 由于減壓塔底日常巡檢頻繁, 射線劑量率應按照GBZ125-2002《含密封源儀表的衛(wèi)生防護標準》的一級標準設計, 即距離檢測設備邊界5 cm處的劑量率均小于等于2.5μSv/h, 距離檢測設備邊界1 m處的劑量率均小于等于0.25μSv/h。防護區(qū)域如圖2所示。
圖2 防護區(qū)域
正常情況下, 以操作人員每天在減壓塔附近巡檢1 h計, 全年操作人員可能受到的劑量當量為90μSv, 遠遠低于GB4792《放射衛(wèi)生防護基本標準》規(guī)定的放射工作人員劑量當量限值每年50 m Sv[6]。
1.2.2、探測器：
放射性液位計的探測器組件安裝在放射源裝置的對面, 選用棒狀檢測器。檢測器主要有金屬管和閃爍棒兩種類型, 兩者的性能比較如表2所示。通過性能對比, 本項目探測器選用閃爍棒的型式。
表2 金屬管與閃爍棒的性能比較
1.3、安全防護：
放射性液位計盡管在使用時非常安全, 但由于其特殊性, 所以在設計和使用過程中需要注意下列問題。
從設計的角度出發(fā), 除從選型上考慮外, 在規(guī)劃設備的開口方位時, 需要注意射線的角度避開日常檢修通道, 并在檢修通道入口處設置醒目的標識牌。放射源應在臨近裝置開車前進行安裝, 應由受過專業(yè)培訓且有操作許可證的人員來完成安裝、修理和維護工作。每隔半年或一年對放射源的放射泄漏情況進行測定。
2、內(nèi)浮球液位變送器：
目前, 測量減壓塔液位比較傳統(tǒng)的方法就是采用電動浮球液位變送器。內(nèi)浮球主要由傳感機構(gòu)和電動變送兩大部分組成, 測量傳感元件為浮球, 而變送器采用平衡桿和平衡錘與浮球構(gòu)成的力矩平衡機構(gòu), 浮球隨液位的變化而升降, 通過力矩平衡機構(gòu)計算出當前的液位。
電動內(nèi)浮球液位變送器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、無需伴熱、性價比高等特點, 因此應用廣泛。但是受到杠桿長度的影響, 測量范圍一般只能達到1200 mm, 其使用范圍受到一定的限制。同時浮球易脫落, 在華北石化公司500萬t/a常減壓蒸餾裝置中, 浮球曾出現(xiàn)過脫落現(xiàn)象, 造成減壓塔液位只能通過人工控制, 并經(jīng)常需要觀測減壓塔底就地壓力表進行對比, 給操作帶來很大的不便, 且容易造成后續(xù)流程的波動。
3、差壓變送器：
減壓塔底液位的測量也經(jīng)常采用普通差壓變送器, 方案如圖3。
圖3 差壓變送器測量減壓塔底液位
此種方式主要的配管方案如下:
(1) 變送器與正壓側(cè)取壓口安裝高度相同。正壓側(cè)需要連續(xù)注入沖洗油, 這樣不會因沖洗油的注入改變正壓側(cè)的靜壓。
(2) 變送器負壓側(cè)保證一段穩(wěn)定的液柱, 并保證液柱的溫度穩(wěn)定 (根據(jù)油品性質(zhì)確定) , 以減少測量誤差。同時負壓側(cè)沖洗油采用間斷注入的方式, 用于保證液柱的穩(wěn)定。沖洗油采用減三線蠟油, 由于蠟油凝點較高, 需對沖洗油管線進行電伴熱。
(3) 負壓側(cè)配管高于上取壓口300 mm。主要目的是防止塔底介質(zhì)進入負壓側(cè)導壓管。
(4) 校準要求:當儀表指示為0%時, 確保塔內(nèi)實際液位高于下取壓口 (距離為量程的5%) ;當儀表指示為100%時, 確保塔內(nèi)實際液位低于上取壓口 (距離為量程的5%) 。上述方案從理論分析上是完全可行的, 且也有成功應用的例子, 但是由于配管方案復雜, 受制約的因素較多, 所以采用此種測量方式要非常謹慎, 需要密切關(guān)注實際的配管設計[8]。
4、方案對比：
下面針對上述三種方案進行簡單對比, 如表3。
表3 各種方案對比
5、結(jié)束語：
本文介紹了減壓塔底液位測量的幾種技術(shù)方案, 分析了各方案的優(yōu)缺點。在儀表選型時, 需要根據(jù)項目的規(guī)模、運行周期、投資情況作出合理選擇。