在化工生產過程中, 各類反應器、塔和罐都離不開液位的測量, 液位測量的準確與否直接影響裝置運行的優化操作, 進而影響產品的***終質量通常液位測量儀表是根據被測介質類型、工況條件的不同來選用不同的測量方式。在尿素生產過程中, 由于氨、甲銨和尿素溶液的存在, 使尿素生產帶有強腐蝕性且極易結晶。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, 但當液位被抽空時可能有液氨倒入, 設備底部溫度、壓力升高, 引起系統波動。當液位過高時, 如處理不及時會引起分離器滿液, 后果不堪設想。因此, 甲銨分離器的液位測量是尿素生產裝置中的一個重要參量。錦西天然氣化工有限責任公司 (簡稱錦天化) 尿素甲銨分離器液位測量采用的是內裝浮筒液位計 (圖1) 。

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

  LT-09201浮筒液位計在使用中, 為防止甲銨溶液結晶, 影響杠桿機構與扭力管組件的轉動, 加裝高壓沖洗設備, 定期沖洗, 并在表體配有蒸汽伴熱夾套, 這不僅加大設備投資和日常維護保養工作量, 液位測量也受到工況條件和沖洗水等因素的制約。

內裝式浮筒液位計還存在維護和調校十分繁瑣的問題, 必須在年度大修時打開尿素甲銨分離器的封頭, 入罐檢修和掛碼校驗, 極不便于日常維護。

  在裝置開車初期, 由于系統操作不穩, 工況波動大, 氣液共存, 液位計指示不準, 故障率高, 甚至曾出現浮筒壓扁等故障。近幾年, 浮筒液位計由于長時間在高溫、高壓、強腐蝕性介質的環境下使用沖刷, 浮筒的扭力管轉動刀口磨損碳化, 造成轉動不靈活, 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。

  現國內尿素甲銨分離器的液位檢測儀表多選用內裝式浮筒液位計、雙法蘭液位計或放射性液位計等。

  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, 現場高壓設備、管道需開孔, 易造成高壓介質的泄漏。甲銨溶液在分離器內處于高溫 (160℃) 高壓 (15.6 MPa) 沸騰狀態下, 氣液共存, 測量誤差偏大, 準確度不高。又由于檢測元件與被測介質直接接觸, 存在結晶、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量。如采用放射線液位計, 儀表各部件不需與被測介質接觸, 測量過程是非接觸式的, 且不受被測介質化學性質和溫度、壓力等物理性質的影響, 可以連續、長期運行。儀表穩定性好, 比一般常規儀表反應靈敏, 故障率低, 日常維護保養量小。特別適合用于高溫、高壓、易結晶及有強腐蝕條件下的液位測量。

  對比3種液位計的優缺點, 尿素甲銨分離器的液位檢測儀表選用放射性液位計 (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的問題。射源類型采用Cs137 點源, 射源活度18 500 MBq (500mi) 。Cs137主要能量0.660 Me V, 用于設備壁厚較小的場合, 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, 每年強度衰減3.7%, 儀表使用壽命長, 能夠滿足長周期生產的需要。

  現場安裝Cs137 點源及棒形探測器, 通過專用電纜將信號送到主控室二次表, 輸出4~20 m A, 經DCS進行液位顯示。儀表外部安裝, 檢修設備時不需人工拆卸, 只需關閉屏蔽就可進入設備檢修。

  儀表投用指示正常, 解決了困擾尿素工藝優化操作的難題, 為裝置長周期、穩定運行打下堅實基礎。

  為了保護放射性工作人員和公眾免受過量輻射危害, 相關部門頒布各類規定和標準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 點源, 射源活度18 500 MBq (500 mi) 為Ⅳ類放射源, 是低危險源, 基本不會對人造成損傷, 但對長時間近距離接觸這些放射源的可能造成可恢復的臨時性損傷[2];且點狀放射源置于防護鉛罐內, 防護達到國標GBZ 125—2009《含密封源儀表放射衛生防護要求》二級標準[3], 故無須采用額外的防護措施。

  放射源在鉛罐安裝期間進行劑量的簡單計算, 即根據鉛罐標牌上標出的5 cm處的劑量率來推算。鉛罐通常是根據這些指標設計的, 除了放射源的類型 (點源或棒源) 和活度, 距鉛罐表面5 m處的劑量率必須控制在25μSv / h, 如果在這地方進行安裝鉛罐或開關源鎖等工作, 在一切都準備就緒情況下, 則工作時間不會超過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個人可以在1 a中進行500次[4]。

國內外大量資料表明, 只要所受照射劑量低于國標規定劑量當量限值以下, 就不會影響健康所以, 只要嚴格執行標準和安全操作規程, 加強放射性監測, 嚴格管理。那么, 應用放射性液位計的安全性是有足夠保障的。