在化工生產(chǎn)過程中, 各類反應(yīng)器、塔和罐都離不開液位的測量, 液位測量的準(zhǔn)確與否直接影響裝置運(yùn)行的優(yōu)化操作, 進(jìn)而影響產(chǎn)品的***終質(zhì)量通常液位測量儀表是根據(jù)被測介質(zhì)類型、工況條件的不同來選用不同的測量方式。在尿素生產(chǎn)過程中, 由于氨、甲銨和尿素溶液的存在, 使尿素生產(chǎn)帶有強(qiáng)腐蝕性且極易結(jié)晶。尤其是在尿素合成的工段, 需高溫、高壓的操作工況, 這就對液位測量儀表提出更高要求。

在斯那姆氨汽提尿素工藝流程中, 要求甲銨分離器的液位控制越低越好, 但當(dāng)液位被抽空時(shí)可能有液氨倒入, 設(shè)備底部溫度、壓力升高, 引起系統(tǒng)波動(dòng)。當(dāng)液位過高時(shí), 如處理不及時(shí)會(huì)引起分離器滿液, 后果不堪設(shè)想。因此, 甲銨分離器的液位測量是尿素生產(chǎn)裝置中的一個(gè)重要參量。錦西天然氣化工有限責(zé)任公司 (簡稱錦天化) 尿素甲銨分離器液位測量采用的是內(nèi)裝浮筒液位計(jì) (圖1) 。

  浮筒液位計(jì)是應(yīng)用較為廣泛的一種液位測量儀表, 主要由測量部分和轉(zhuǎn)換部分 (放大器) 組成測量部分由浮筒及吊鏈、傳動(dòng)桿、傳動(dòng)芯軸或扭力管及殼體組成。當(dāng)液位變化時(shí), 浮筒所受浮力變化, 通過支點(diǎn)杠桿系統(tǒng), 傳動(dòng)桿和傳動(dòng)芯軸或扭力管傳遞, 使應(yīng)變式力傳感器的彈性體受力作用產(chǎn)生撓度變形, 即變送器功能模塊電路將測量信號經(jīng)緩沖、放大和電壓或電流變換后, 輸出4~20 m A標(biāo)準(zhǔn)電流信號, 此時(shí)與作用在浮筒上的浮力成正比例變化。

  LT-09201浮筒液位計(jì)在使用中, 為防止甲銨溶液結(jié)晶, 影響杠桿機(jī)構(gòu)與扭力管組件的轉(zhuǎn)動(dòng), 加裝高壓沖洗設(shè)備, 定期沖洗, 并在表體配有蒸汽伴熱夾套, 這不僅加大設(shè)備投資和日常維護(hù)保養(yǎng)工作量, 液位測量也受到工況條件和沖洗水等因素的制約。

內(nèi)裝式浮筒液位計(jì)還存在維護(hù)和調(diào)校十分繁瑣的問題, 必須在年度大修時(shí)打開尿素甲銨分離器的封頭, 入罐檢修和掛碼校驗(yàn), 極不便于日常維護(hù)。

  在裝置開車初期, 由于系統(tǒng)操作不穩(wěn), 工況波動(dòng)大, 氣液共存, 液位計(jì)指示不準(zhǔn), 故障率高, 甚至曾出現(xiàn)浮筒壓扁等故障。近幾年, 浮筒液位計(jì)由于長時(shí)間在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境下使用沖刷, 浮筒的扭力管轉(zhuǎn)動(dòng)刀口磨損碳化, 造成轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活, 儀表測量誤差大。尿素裝置曾因浮筒扭力管的芯軸上隔離密封片受甲銨液腐蝕破裂, 高壓甲銨液外漏, 造成停車事故。

  現(xiàn)國內(nèi)尿素甲銨分離器的液位檢測儀表多選用內(nèi)裝式浮筒液位計(jì)、雙法蘭液位計(jì)或放射性液位計(jì)等。

  尿素甲銨分離器液位檢測如按通常選用的雙法蘭式液位計(jì), 現(xiàn)場高壓設(shè)備、管道需開孔, 易造成高壓介質(zhì)的泄漏。甲銨溶液在分離器內(nèi)處于高溫 (160℃) 高壓 (15.6 MPa) 沸騰狀態(tài)下, 氣液共存, 測量誤差偏大, 準(zhǔn)確度不高。又由于檢測元件與被測介質(zhì)直接接觸, 存在結(jié)晶、堵塞、腐蝕膜片等問題, 儀表使用壽命短, 也增大儀表工的日常維護(hù)量。如采用放射線液位計(jì), 儀表各部件不需與被測介質(zhì)接觸, 測量過程是非接觸式的, 且不受被測介質(zhì)化學(xué)性質(zhì)和溫度、壓力等物理性質(zhì)的影響, 可以連續(xù)、長期運(yùn)行。儀表穩(wěn)定性好, 比一般常規(guī)儀表反應(yīng)靈敏, 故障率低, 日常維護(hù)保養(yǎng)量小。特別適合用于高溫、高壓、易結(jié)晶及有強(qiáng)腐蝕條件下的液位測量。

  對比3種液位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn), 尿素甲銨分離器的液位檢測儀表選用放射性液位計(jì) (圖2) 。

  考慮到尿素甲銨分離器直徑1 450 mm、壁厚57 mm較小, 以及儀表投用后射源防護(hù)的問題。射源類型采用Cs137 點(diǎn)源, 射源活度18 500 MBq (500mi) 。Cs137主要能量0.660 Me V, 用于設(shè)備壁厚較小的場合, 由于具有較低的能量, 因此具有比Co60 更好的測量效果, 并且屏蔽容易。Cs137 半衰期30 a, 每年強(qiáng)度衰減3.7%, 儀表使用壽命長, 能夠滿足長周期生產(chǎn)的需要。

  現(xiàn)場安裝Cs137 點(diǎn)源及棒形探測器, 通過專用電纜將信號送到主控室二次表, 輸出4~20 m A, 經(jīng)DCS進(jìn)行液位顯示。儀表外部安裝, 檢修設(shè)備時(shí)不需人工拆卸, 只需關(guān)閉屏蔽就可進(jìn)入設(shè)備檢修。

  儀表投用指示正常, 解決了困擾尿素工藝優(yōu)化操作的難題, 為裝置長周期、穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

  為了保護(hù)放射性工作人員和公眾免受過量輻射危害, 相關(guān)部門頒布各類規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)給出各種照射情況下的安全劑量限值, 見表1。

  以尿素甲銨分離器為例, 采用Cs137 點(diǎn)源, 射源活度18 500 MBq (500 mi) 為Ⅳ類放射源, 是低危險(xiǎn)源, 基本不會(huì)對人造成損傷, 但對長時(shí)間近距離接觸這些放射源的可能造成可恢復(fù)的臨時(shí)性損傷[2];且點(diǎn)狀放射源置于防護(hù)鉛罐內(nèi), 防護(hù)達(dá)到國標(biāo)GBZ 125—2009《含密封源儀表放射衛(wèi)生防護(hù)要求》二級標(biāo)準(zhǔn)[3], 故無須采用額外的防護(hù)措施。

  放射源在鉛罐安裝期間進(jìn)行劑量的簡單計(jì)算, 即根據(jù)鉛罐標(biāo)牌上標(biāo)出的5 cm處的劑量率來推算。鉛罐通常是根據(jù)這些指標(biāo)設(shè)計(jì)的, 除了放射源的類型 (點(diǎn)源或棒源) 和活度, 距鉛罐表面5 m處的劑量率必須控制在25μSv / h, 如果在這地方進(jìn)行安裝鉛罐或開關(guān)源鎖等工作, 在一切都準(zhǔn)備就緒情況下, 則工作時(shí)間不會(huì)超過20 min, 工作人員所受的劑量大約為10μSv, 與年劑量限值5 m Sv比較, 這樣的工作1個(gè)人可以在1 a中進(jìn)行500次[4]。

國內(nèi)外大量資料表明, 只要所受照射劑量低于國標(biāo)規(guī)定劑量當(dāng)量限值以下, 就不會(huì)影響健康所以, 只要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和安全操作規(guī)程, 加強(qiáng)放射性監(jiān)測, 嚴(yán)格管理。那么, 應(yīng)用放射性液位計(jì)的安全性是有足夠保障的。