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浅析雷达料位计在氧化铝核料位检测装置中的地位

作者: 来源: 发布时间:2019-12-28 14:28:20

    摘  要 :在氧化铝生产过程控制中,溶出闪蒸槽料位测量是氧化铝生产中料位测量的难点,核料位计的应用极大改善了这一状况。随着国内环保和安监管控力度的加大,审批难度增高及后期运维成本的提高,新建氧化铝厂企图放弃这一好的测量方式,本文通过分析两种液位测量形式,提出合理的液位测量替代方案。

    龙口东海氧化铝有限公司采用拜耳法生产砂状氧化铝,溶出是其中的一个重要环节,其作用是用苛性钠溶液把铝矾土中的氧化铝溶解出来,溶出的过程是在高温高压的保温罐中反应,溶出的矿浆要经过多级闪蒸器逐级降温降压,控制好闪蒸器的高低液位,对于安全生产有着重要的意义。我公司溶出机组自一级闪蒸器矿浆温度 :140℃,压力 :0.22Mpa,具有强腐蚀性,易结晶,蒸汽大的特性,闪蒸器液位测量使用的是 γ 射线核料位计,在投运以来,液位测量效果显著。因核料位计属于特殊管控危险源,射源对周边环境存在辐射污染,近几年国内环保及安监部门对其管控力度加大,在手续审批办理上难度提高,运维的成本及后期安全环保的投入相对提高,国内外新建公司都在寻求好的液位测量替代产品,企图弃用同位素仪表。

    1 γ射线料位检测装置工作原理及危害
    1.1 γ射线料位检测装置工作原理
    基本射线衰减规律遵从下式 :I=I0e-μh 式 中 :I0、I 是料位高度分别为 0 和 h 时探头处的射线强度 ;μ为物料对γ射线的线性吸收系数。由放射源射出的射线,经过设备和被测介质后,被探测器所接收,并把射线强度转化成电信号,经放大器放大后送入显示仪表进行显示。只要测定通过介质后的射线强度 I,就可知被测介质的厚度 H,即物位的高度。γ射线料位计是利用γ射线能够穿透物质,并在物质中减弱的特征,对物位进行检测。

    1.2 γ射线的危害
    在接触电离辐射(γ 射线)的工作中,如防护措施不当,违反操作规程,人体受照射的剂量超过一定限度,则能发生有害作用。在电辐射作用下,机体的反应程度取决于电离辐射的种类、剂量、照射条件及机体的敏感性。电离辐射可引起放射病,它是机体的全身性反应,几乎所有器官、系统均发生病理改变,但其中以神经系统、造血器官和消化系统的改变最为明显。电离辐射对机体的损伤可分为急性放射损伤和慢性放射性损伤。短时间内接受一定剂量的照射,可引起机体的急性损伤。而较长时间内分散接受一定剂量的照射,可引起慢性放射性损伤,如皮肤损伤、造血障碍,白细胞减少、生育力受损等。另外,辐射还可以致癌和引起胎儿的死亡和畸形。因随机性效应的存在,从事伴有电离辐射的实践活动工作人员,危险性较公众要有所升高。

    2 液位测量替代方案
    2.1 核元素替代方案
    此方案采用 NA-22核素作为 CS-137 或 CO-60 的替代品,该类核素放射性活度≤ 1×106Bq,属于V类以下放射源。低于国家标准 GB18871-2002《放射性防护与辐射源安全基本标准》,相对于人体无伤害,对环境无污染,因此不受国家环保及公安,卫生等各个部门的监控。

    2.1.1 方案优点分析
    (1)许可证办理方面 :由供货单位提供豁免手续,使用单位无需办理辐射安全许可证,这意味着使用单位无需建设专用的放射源库房,无需办理环评和验收手续。(2)安全投入方面 :使用单位无需安装强制性的与公安监控网络联网的监控系统。(3)后续运维方面 :使用放射源单位不需要建立放射源管理机构以及管理制度等体系,维护人员无需取得辐射从业资格证书。使用单位无需采购防护服,辐射检测仪,个人辐射剂量计等防护检测装置。(4)仪表性能方面 :可测量连续料位、高低限位、厚度、界面和密度等过程参数,实现了传统核仪表的功能。

    2.1.2 方案缺点分析
    (1)NA-22 的配套核仪表生产厂家数量极少,整套的仪表较传统核仪表价格昂贵。(2)NA-22 的活度低,对于管径大、壁厚大、介质密度大测量灵敏度相对较低,测量的准确性相对较差。(3)氧化铝行业暂时没有大规模使用业绩,对于仪表的耐用性及适用性无法系统评估与考量。(4)NA-22 的半衰期为 2。6年,每三年需要更换一次射源,更换一次射源费用在几万左右,后期运行费用高。此方案中 NA-22 核仪表的局限性和不确定性,会随着行业应用逐渐明朗,据了解目前国内已有新建的氧化铝公司采用了这一方案,已运行的氧化铝厂也有在试用该类仪表,这说明行业内对于危险源的替代已经开始在进行尝试,寻求更安全、环保的核素替代势在必行。

    2.2 澳门新葡亰平台游戏app替代方案
    此方案采用超高频雷达料位计作为核仪表的替代品,根据连通管的测量原理 :在管路中为同一种液体的前提下,在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上 ;在罐体的一侧安装一根连通管路,通过雷达料位计测量外部连通管内的料位高度,从而实现罐内的料位的检测。

    2.2.1 方案实施
    (1)设备要求 :1台德国VEGA,VEGAPLUS 64 高频雷达,检测波束角(发射角)3°,频率为80MHz(频率越高穿透力越强),DN200 PN16 法兰连接,该雷达出厂参数 :工艺温度范围:-196~200 ℃,过程压力范围 :-1~25bar,测量范围 :0~30m,满足溶出低压闪蒸罐对于压力和温度的要求。(2)材料准备 :3 片 DN200 PN16 的焊接法兰,相配套的强度 8。8 级的螺栓若些根,长度 3000mm 的 DN200 碳钢圆管一根。

    2.2.2  设计安装要求
    (1)设计要求 :要求闪蒸罐生产制造厂家预留有高度相差 2米的盲板法兰,下法兰要求在闪蒸罐锥帽上部,确保最低料位要淹没锥帽,防止对锥帽造成异常磨损。

    (2)安装细则 :如图 1 所示,具有相关作业资质的焊接人员提前焊接连通管路,下部连通管焊接过程中要有上傾角度,这种设计能有效的延缓积料的出现 ;连通横管段和竖管段采用法兰对接式,方便在管路出现堵料的情况下拆卸清理。澳门新葡亰平台游戏app的安装要水平置于管路的中心位置,确保雷达波能无遮挡的发射到竖管段底部,必要可以加装垫片进行微调。

 

1.jpg

    (3)参数设置 :现场雷达料位计接入信号电缆和供电电缆后,通过调试电脑对雷达料位计基本参数进行设置,量程值设置为 2 米,盲区暂设为 0.2 米,其余参数依据需求进行选择配置。

    (4)调试 :常压下向罐内开始进水,持续观察料位计的指示值。通过对其进行空罐、满罐等不同位置的各个测量值的对照,不断调整雷达料位计的安装角度和相关参数值的设定,最终满足生产控制的要求为止。

    (5)投运评测 :溶出机组开车,闪蒸罐进料,要在后台依据罐内的压力、温度参数,结合日常操作经验,对照料位计的反馈值,对此次改造做一个周期性的评测。

    2.2.3 方案优点分析
    (1)雷达料位计测量对环境不污染,更加绿色环保,且不需要进行环境评估。

    (2)采用连通管测量,使得管内的液面更加平稳,测量工况的改良更有助于雷达料位计测量的稳定与准确性。

    (3)周期性维护清理便捷,法兰式的连接方式更易于定期对积料进行清理 ;DN200 的大口径管路设计亦能有效的避免周期内出现管路完全堵塞的现象。

    (4)设备调试方便,通过设备自带的调试软件,可在线做回波曲线抑制、阻尼时间设置等。

    2.2.4 方案缺点分析
    (1)受限于雷达料位计的测量技术,安装不当或参数设置不当时,雷达料位计波易出现杂波的干扰,液位的测量易出现波动。

    (2)长时间的运行周期或周期性的不对其拆卸清理,易出现连通管堵料情况,影响雷达料位计的测量。

    此方案依赖于连通管径的选择和下连通管的上傾角度,这个要依据现场介质工况综合考虑 ;对于雷达料位计要选择超高工作频率,波束角会越小,产生的杂波干扰越少 ;以上几点注意到了,在实际应用中的稳定性会提高很多。

    3 结语
    现阶段国产铝土矿品味的下降,国外矿石限制出口等因素的影响 ;借着国家“一带一路”战略的实施,国内的几大氧化铝公司陆续考虑或已在国外建厂。因国外的环保、安全等政策的不明朗,传统核料位计的应用受到很大制约,本文探索的替代方案或许能很好的解决这一难题。

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