1、 MN NVINSTRUMENTATION S/K q摘 要： 文章简要叙述了放射性料位计的使用原理和放射性的一些相关知识及其在化工行业的应用，正确认识放射性的原理，做到理性对待日常使用和维护工作，学会如何防护，放射性料位计的技术革新是为了满足工业化生产需要，解决测量和分析难题，保证生产的高效和稳定性。 关键词： 自动控制系统；同位素；放射性料位计ms |5) DS M “The Principle and Application of Radioactive Material Level MeterLiu Can（Wuhan Boguangyuan Science and Technolog
2、y co.LTD, Wuhan,430070, China）Abstract: This paper briefly describes the principle of the use of radioactive material level meter and radioactivity of some relevant knowledge and its application in the chemical industry, have a correct understanding of the principle of radioactive do rational treatm
3、ent for daily use and maintenance work, learn how to protect against radiation，Shot of technological innovation of the meter is in order to meet the requirements of industrial production, the measurement and analysis of key problems, ensure the production of high efficiency and stability.Key words:
4、automatic control system；isotopes；radioactive medium level me terl 2016-12-02Te 刘灿（1985-），男，湖北仙桃人，学士，研究方向：同位素应用。%0*KJTTOcI| 0 引言测量和分析是所有工业现场过程控制的前提和基础，测量和分析系统依靠仪表提供数据参考。本文重点叙述核仪表的测量原理和放射性的基础知识及在化工行业的应用。1 放射性料位计测量原理仪表基于 射线穿过物料时强度减弱的物理规律实现料位测量 , 一束 射线穿过物料 , 其减弱规律为 : I=I0e(-d) （1）式中 :I 穿过物料后的射线强度。I0物料之
5、前的射线强度。线性吸收系数。d 射线通过的物料路径。对于一定的几何位置 , 其路径 d 与料位 h 成正比 :d=kh （2）由（1） （2）得 : h=ln(I0I)K （ 3）2 放射性料位计的组成放射性料位计由放射源、探测器、信号转换器组成，放射源发射 射线经过测量装置后被探测器的测量晶体接收，由探测器内的电路经过放大后传输给信号转换器进行信号处理，进行显示。如图 1 所示。图 1 放射性料位计的组成Fig. 1 Composition of radioactive medium level metercb 9 # 3 放射性料位计现场安装时的注意事项 3.1 放射源安装时注意事项在源储
6、藏室内开启源锁 , 往复拉出推进 , 源闸应比较灵活, 否则应予修复, 最后关闭上锁。 注意：检查时, 源前方 (有法兰盘 ) 不要站人。3.2 探测器安装注意事项在安装探测器和放射源的时候，放射源照射方向要尽量避开被测装置内的下料口，中央搅拌器等部位，避免核仪表的相互干扰，如：两个被测装置距离较近，放射源最好采用相反方向照射。遇到不可避免的其它射线干扰时，在探测器周围加装屏蔽罩，屏蔽其它射线干扰。在安装管道密度计时，放射源出射方向尽量避开人员流动方向，减少对人体的伤害。图 2 连续料位计现场安装照片Fig. 2 Continuous level meter installation phot
7、os4 放射性的基础知识4.1 射线的种类1） 射线 实际是氦核 2 个质子、2 个中子、4 个质量单位，带 2 个单位正电荷。2） 射线 电子，质量 1 个电子，带 1 个单位负电荷。3） 射线 电磁波、无静止质量、不带电荷。4） 中子 质量 = 质子，不带电荷。4.2 相应的穿透能力1） 射线 一张纸可以挡住，能量传递快。2） 射线 薄的铝片可以挡住 。3） 射线 穿透能力较强，衰减 = 密度 厚度。4）中子 穿透能力与材料有关，轻元素屏蔽效果比较好。以上所述的 4 种射线都有半衰期。半衰期的概念：放射量衰减到一半所需时间。有的 1s不到 , 有的长达几十亿年。4.3 表征一个放射性物质的
8、几种概念活度（以前习惯称强度）：放射性核素在单位时间内发生衰变的原子核数目。符号 A习惯单位： Ci( 居里 ) 国际单位： Bq（贝可）1 Bq= 一次衰变 / 秒 1Ci=3.71010Bq1mCi=3.7107Bq4.4 照射量照射量表示 X 或 射线在单位质量小体积元空气中，释放出来的全部电子（负电子和正电子）被完全阻止于空气中时，空气中电离出的离子总电荷的绝对值。它的单位是伦琴（简称伦），符号为 R。1R=2.58104C/kg常用毫仑和微伦。4.4.1 吸收剂量 吸收剂量：单位质量的物质平均吸收的辐射能量。吸收剂量的专用单位是拉德，符号为 rad（Rad）。1Rad=1 千克物质平
9、均吸收了 0.01 焦的辐射能量 。国际单位是戈 (gray) , 简称 Gy1 Gy=100Rad 4.4.2 剂量当量 一定量射线的生物效应，与辐射的种类以及照射条件有关。经多次修正后的评价量叫剂量当量。4.4.3 射线对人体危害的机理射线与物质的相互作用 射线和 射线是通过静电作用影响介质。射线与射线性质相同，都是光子流，主要是产生机理不一样， 射线是核衰变产生的，X 射线是核外电子能级跃迁产生的。与物质的相互作用主要有下列三种类型：1）光电效应。2）康普顿效应。3）电子对产生。4.4.4 不同类型射线的相对生物效应 辐照种类 相对生物效应 射线 1 射线 11 兆电子伏的 射线 10.
10、1 兆电子伏的 射线 1.08热中子 2-50.1 兆电子伏的快中子 101-10 兆电子伏的快中子 105 兆电子伏的 射线 151 兆电子伏 射线 20多电荷粒子、反冲核 204.4.5 各种核技术应用放射源活度比较生产和生活中常能接触到的放射源：核仪表：0.011Ci探伤源：501000Ci医疗源：100010000Ci辐照加工源：21052106Ci N NV INSTRUMENTATION5 放射源的分类及其射线防护1）工业用放射源核素一般选用 Co-60、Cs-1372）化工行业选用的放射源为类 源、类源 源 3）日常几类辐射计量对比：辐射源种类 平均剂量天然本底照射 2000sv
11、/年乘飞机旅行 1.10sv/小时诊断X射线人均单次 300sv/次CT人均单次 500sv/次4）射线防护：防护得当，射线并不可怕；实践证明，只要根据辐射防护最优化的原则，积极合理的做好辐射防护工作，就可以保证即使人体受到照射，但仍会使受照射水平保持在国际要求安全范围内,放射性仪表防护三要素为屏蔽、时间和距离1。射线防护 3 大要素：a）距离防护b）时间防护c）屏蔽辐射在放射源周边工作的条件下，做到防护 3 大要素，可以减少射线对身体造成的伤害，牢记防护要求，坚持养成工作习惯，个人身体受到的照射剂量可以控制在远远低于国家的辐射计量安全标准。6 标定及使用仪表标定采用两点标定，也可依据现场工艺
12、要求多点标定，维护操作简单方便。对于现场工艺条件不具备两点、多点标定条件，仪表还有一点标定功能。操作方便，使用简单，稳定可靠。通过准确标定后，可以保持长时间高效工作，无需经常检修和维护 , 校正系统与半衰期有关2。7 放射性料位计在化工行业的应用随着放射性仪表技术与石化企业的发展，放射性仪表已在石化企业得到了广泛的应用，实践证明在石化企业中应用放射性仪表已显示出社会和经济效益31）化工行业的装置设备存在高温、高压、腐蚀性等特殊的环境，常规仪表受到这些装置现场特殊环境的限制，出现安装困难，即使勉强安装，长期的高温影响下，对仪器仪表造成损坏。这种情况下，仪表的选型就会考虑使用放射性料位计来代替常规
13、仪表的使用。放射性料位计不受设备内的高温、高压等限制，在安装过程中，不用与生产设备接触，同时在安装使用过程中，也不影响设备的温度，压强等工艺条件。经过几代产品的改良，探测器的几次更新换代，随着探测器对射线的灵敏度的提升，放射源的选型从以前的大当量的放射源到现在用对周边环境电离辐射影响很小的放射源，大大提高了环保标准及健康安全标准。采用高灵敏度的探测器，放射源活度相对更小，提高了使用安全性能。仪表采用可靠的自动稳谱技术，基于核电子学的信号处理优势与 20 年核仪表应用经验，提高了设备使用寿命及长期稳定性。2）放射性料位计在煤气化装置的应用。a）放射性料位计在煤气化装置使用的分布：粉煤给料罐、闭锁
14、料斗、补给料仓。料位计在粉煤给料罐的使用，加快了自动化的高效稳定的生产进程，料位计在准确的反映粉煤给料罐的实际料位变化，控制料位的升降，提高了生产效率。同时给工艺提供了有价值的参考。b）压强对放射性料位计的影响：稳定的压强对放射性料位计正常使用是不存在影响的，因为稳定的压强对射线的衰减是一个常量，正常的标定可以消除这类影响，但是在粉煤给料罐装置上，生产压强是变化的，从而对射线的图 3 料位计在煤气化装置 DCS 的运行图Fig.3 The level meter in coal gasifi cation plant DCS operation（下转第76页） N NV INSTRUMENTA
15、TION 观察CEX026VL首先关闭，CEX042VL开度不变。 CEX026VL 快关到 0 时，CEX042VL 开始关闭。 阀门切换时，系统应无扰动（切换值待定）。 CEX026VL 快关到 0 后，保持开度，CEX042VL 继续关闭验证除氧器维持凝结水流量、给水流量、除氧水箱水位的平衡的调节能力（采用单/三冲量的控制方式）；验证在除氧水箱水位压力有较大的波动时，除氧器的应急能力。 整个过程系统应比较平稳。4） 除氧器压力调节试验机组启动后，当负荷为 65% 的额定负荷时，稳定机组负荷。 系统处于自动调节状态。 其他相关系统处于稳定运行状态。 压力稳定在正常值后，在操作器上给出 +1
16、0% 的扰动。 记录压力、ADG031VV 阀位曲线。 如果调节性能不好，改变 4ADG031:PID 参数后，再试验。直到阀门的调节性能达到要求。（其他相关试验与开环相同）7 结语常规岛除氧器水位和压力调节在厂家现场服务人员和系统对应PID名称系统功能比例带（PBAND）工作方式积分时间(INT) 调节作用(正/反)3ADG031:PID除氧器压力调节60 PI 10反作用3CEX042:PID1除氧器水位调节170 PI 10反作用3CEX042:PID3除氧器水位调节240 PI 3反作用3CEX042:PID除氧器水位调节3500 PI 40正作用表 1 除氧器水位 / 压力调节 PI
17、D 参数列表Table.1 Deaerator water level/pressure PID parameters list调试人员的共同努力下， 现已完成了调试任务并投入运行。到目前为止，该系统运行正常，为蒸汽发生器的安全运行发挥了重要的作用。参考文献 刘翠玲 . 集散控制系统 M. 北京：北京大学出版社，2006.王常力，罗安 . 分布式控制系统（DCS）设计和应用实例 M. 北京：电子工业出版社，2004.王锦标 . 计算机控制系统 M. 北京：清华大学出版社，2006.12 3 12 3 衰减是一个变量，罐体内的生产压强：(4 16)MPa 即放射性料位计在此种状况下无法正常工作，
18、不能提供有效的数据和参数，实现不了连续稳定的生产效率。解决方案：针对现状，在料位计输出的同 时，DCS 系统添加压差计算公式，将变化的压强结合料位计的输出参数换算成恒定压强下料位计的输出，解决变化的压强对连续生产产生的影响。3）放射性料位计在延迟焦化的应用 射线料位计在延迟焦化的应用解决了以前延迟焦化上的两大问题：a）延迟焦化很早在料位计的选型上面采用的是中子料位计，且采用的是类中子源，选用类 放射源对应的料位计后，大大减小了放射源对周边环境辐射影响。b）实现了工业自动化，很多地方还采用麻绳测量焦高的方法，来测量料位的高度。 射线料位计的使用解决了日常测量焦高的麻烦。且采用的类 放射源符合国家
19、标准GB18872-2002、GB16368-1996 。对周边环境电离辐射影响微乎其微。8 结束语随着工业化的快速发展，安全、高效、稳定对现代工业起到至关重要的作用。工业核仪表的应用，填补了特殊环境下如常规仪表无法正常安装和使用的工业自动化技术空白，为工业自动化生产的产量和安全生产提供了保障。但随之产生不可避免的问题，谈核色变，在全民没有了解放射性知识，没有全面对放射性进行普及教育的情况下，人们对放射源的存在，还是存在惧怕的。所以展望未来，未来核仪表的研发方向会朝着选型更小活度的放射源，即对周边产生低电离辐射乃至零电离辐射的放射性，为保证产品在应用过程中还像以往保质保量，相对的提高探测器对射线的灵敏度到更高的层次，从而减少使用者和操作者对放射性的心理负担，还能在现代工业发展中继续发光发热。参考文献 周小娜 , 王雅鸿 . 放射性仪表在炼油装置中的应用 J. 化工自动化及仪表，2015(6):704-707.柴双 . 放射性仪表在加氢装置自动控制上的应用 J. 黑龙江科技信息，2008(29):10-10.谭卫华. 放射性仪表在广州石化的应用 J. 广石化科技，2009(4):56-60.（上接第54页）
