放射性物位计在物位测量中的应用

    由于放射性物位计可以完成其他物位计无法完成或检测效果欠佳的物位测量,在石油化工装置中经常用来测量一些特殊工况下或特殊介质的物位和密度。随着石 油化工行业的不断发展和该种仪表应用的不断完善,放射性物位计的应用场合越来越多。考虑到射线对人体的危害和对环境的污染,在设计选型、安装调试和安全使 用过程中有一些特殊要求和需要特别注意的问题。本文根据近几年在化工装置中选用放射性物位计的经验,对其进行阐述,希望能对选用该类物位计的同行有借鉴作 用。

    1　测量原理

    放射性物位计的测量原理[1]是基于当射线穿过物质时,其强度随其减弱。射线强度的减弱遵从e指数规律。一束初始强度为I0的射线,穿过厚度为d,密度为ρ的物质后,射线强度I为:

    I = I_0e^-μρd                 (1)

式中　μ———质量吸收系数,与放射源的种类有关。

    从式(1)中可以看到,I与单位面积质量(ρ_d)有关。在所测物质密度不变的情况下,剩余射线强度只和d有关。测量 位置确定后,设备的壁厚(夹套,保温层等)不变,专业生产厂商根据其检测探头的效率,计算穿透设备壁所需要的放射源活度,并保证剩余射线能够被探头探测 到。这样,当物料物位上升并遮挡住射线时,探头探测到的射线就会减小;而当料位下降时,探头探测到的射线就会增加。根据探测到射线的强弱,反推出物位的高 低,这个过程是对放射源和探头的标定。标定正确后,物位测量就实现了。

    2　放射性物位计的组成

    2.1　放射源

    放射源一般为放射性同位素钴-60或铯-137。钴-60的半衰期较短,为5.27 a;铯-137的半衰期较长,为30.17 a;钴-60的穿透能力比铯-137要强。对于大壁厚的高压设备,可以选用钴-60放射源。在密度低、量程小的现场优先采用铯-137放射源。

    2.2　探测器

    探测器是放射源的接收器,其功能是接收γ射线强度信号并将其转换成电信号。工业同位素仪表使用的探测器主要有3种:计数管、电离室和闪烁计数器。

    2.3　主机(转换器)

    主机(转换器)的功能主要有:把探测器的输出信号转换成与物位对应的4~20 mA标准信号;时间常数的设定;探测器高电压工作点的设定;进行非线性校正;对放射源的衰减进行补偿;上、下限报警、系统故障报警(继电器触点)输出。随 着HART技术的发展,很多厂商已经把探测器与主机集成为一体。