放射性仪表及其在聚丙烯装置中的应用

宋建平 池占胜 银新亮 李胜利 张晓宇

中国石油呼和浩特石化公司 呼和浩特 010070

呼和浩特石化公司15万吨/年聚丙烯装置采用意大利Basell公司的Spheripol-II代聚丙烯工艺技术。正常生产时，环管反应器压力3.8MPa（G），在轴流泵的作用下，反应浆料（由丙烯、氢气、聚丙烯和各种助剂组成）高速（7m/s）运动；而后续的处理单元，介质主要由丙烯气体和聚丙烯粉料组成；在该工艺装置中，选用放射性仪表对反应浆料密度和聚丙烯粉料料位进行测量，从装置运行一年多的情况来看，放射性仪表能够很好地满足生产的要求。

一、测量方式

聚丙烯装置工艺条件和介质状态决定了反应浆料密度和聚丙烯粉料料位测量手段的特殊性，即高准确度、高可靠性。

密度测量：常用测量密度方法有差压式密度计、超声波密度计、科氏力密度计、音叉密度计和放射性同位素密度计，其中差压式和超声波因测量稳定性差不适用于聚丙烯环管密度测量，科氏力密度计受管径限制，无法满足测量要求，音叉密度计传感器根据元器件振动原理而设计，测量范围超出环管浆料密度测量区间，不适用该场合。

料位测量：按所使用的物理原理可分为直读式、差压式（包括压力式）、浮力式、电测式（电阻式，电容式与电感式）、雷达式、超声波式和核辐射式等物位仪表。其中直读式、差压式（包括压力式）、浮力式和电测式（电阻式，电容式与电感式）物位仪表多适用于液体介质测量；对于固体料位的测量，接触式测量可选用重锤式料位计，该料位计如长期工作于粉料粉尘环境下，其机械动作部分容易发生故障，影响料位计的正常工作；非接触式的仪表主要有雷达式、超声波式和核辐射式，对于雷达和超声波仪表，因粉料中细小的颗粒会漂浮在设备上方，雷达和超声波发生的信号会被这些细小的颗粒反射，干扰仪表的正常测量，容易形成“假料位”。

相对于上述常规仪表，放射源的辐射强度因不受温度、压力的影响，并且测量元件与被测介质不接触，所以在测量范围上，放射性仪表可以用在高温、高压容器的高粘度、剧毒、强腐蚀或易燃易爆介质的测量；同时放射性仪表具有测量误差小，可靠性高的特点，克服了常规仪表的不足，能够很好的满足浆料密度和粉料料位的测量要求。

二、工作原理及组成

放射性同位素能放射出α、β和γ射线，这些都是高速运动的粒子流，当这些射线通过一定厚度的物体（固体或液体）时，由于粒子的碰撞和克服阻力，离子的动能会消耗，即射线被物体所吸收。当放射源选定，被测介质不变时，穿过介质的射线强度和介质的密度或厚度成反比，即通过放射性强度检测可间接检测出介质密度或厚度的变化，利用这种技术进行工业测量的仪表称为放射性仪表，亦称核辐射仪表。

呼石化公司聚丙烯装置选用了美国OHMART公司生产的放射性密度计和料位计，共安装12台，其中密度计2台、料位计10台。两种仪表均由放射单元、检测单元和信号处理单元三部分组成，其中放射单元由Cs137点状放射源和保护屏蔽层组成，源的开关通过操作连接在源上的仪表风通断来实现，源的开关属于事故安全型，即在仪表风压低和停风的状态下，源会自动关闭；而由检测单元和信号处理单元组成的接收器分为两种，料位计采用条状接收器，密度计则是点状接收器。

三、安装

放射单元放射γ射线，长期暴露在这种环境下对人体有害，安装时应遵循以下原则：

首先要保证远离操作人员经常出没的场所，在聚丙烯装置现场，2台密度计被安装在双环管反应器的顶部，距地面约35米，处于装置的顶部，减小操作人员接触的频率；对于安装高度较低的仪表，应尽可能集中射击，划定出一定的区域并设立明显的标识，这种情况下要保证仪表之间的安全距离，防止出现相互干扰。其次，对风线开关的安装位置也有要求，位置选择要方便操作人员观察放射源开关状态，同时要尽可能使其远离放射源，降低操作人员受辐射的风险和强度。

四、故障及处理措施

现将聚丙烯装置开工一年以来，密度计和料位计出现的典型故障及其处理措施总结如下：

1.放射源开关卡涩，料位计显示波动

故障现象是料位计输出波动大（约10%）；调取料位历史趋势，从趋势上可判断输出波动非料位真实值，属仪表故障引起，经现场检查，发现放射源开关未完全打开，通过多次手动操作风线通断活动放射源开关，使源完全打开，仪表输出恢复正常。

2.探伤干扰，密度计异常

仪表出现波动，主要从以下几个方面查找原因：

①介质密度本身发生变化；②密度计安装不牢固；③仪表风压力不稳，放射源忽开忽关，射线强度忽大忽小；④外界干扰，周围有大型设备启停或放射性干扰。

结语

相对于常规仪表，放射性仪表具有运行故障率低、测量准确率高和非接触式测量的特点，能够很好地满足聚丙烯装置工艺和介质对测量的要求。虽然应用的过程出现过一些故障，但未对生产造成影响，且能够较快恢复。随着技术进步和观念更新，放射性仪表会得到更广泛的应用。

[1]范玉久主编.化工测量及仪表[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]刘凤.射线仪表的应用安全与防护[J].中国仪器仪表，2010，(5).