施建清(1975-)男，學士學位，儀表工程師，現就職于湛江東興石油企業有限公司儀表車間，主要從事儀表的設計、施工與維護。

　　湛江東興石油企業有限公司于2005年3月投產一套50萬噸/年連續重整反再系統，所用6臺料位儀均為核料位儀。料位儀的好壞決定裝置的運行的好與壞、開與停，所以料位儀的標定在此顯得至關重要，因此為了提高裝置的安全長周期運行，料位儀的在線標定具有十分重要的意義。

　　



   1 核料位儀的測量原理和核料位儀的組成

　　1.1 測量原理

　　核物位計的測量原理是基于當射線穿過物質時，射線被物料吸收，從而強度減弱，這個過程遵循一個物理規律。一束初始強度為I0的窄束射線穿過厚度為d，密度為ρ的物質后，射線強度I為：

　　I = I0×e-μ×ρ×d

　　其中I0為穿過物質前的射線強度，I為穿過密度為ρ、路徑為d的物料后的射線強度，μ為吸收系數，當放射源的類型和被測物料確定后，μ可以認為是常數，在所測物質密度不變的情況下，剩余射線強度只和d有關，這樣，當物料物位上升時，探頭探測到射線就會減少;而當料位下降時，探頭探測到的射線就會增加。根據探測到射線的強弱，反推出物位的高度，這個過程就是對核料位儀的標定。圖1為測量原理圖。

　　
圖1 測量原理

　　1.2 LB440主機

　　主機CPU使用32位處理器，運算性能高、精度高，照明LCD顯示屏，可顯示4行字符數字，通過6個薄膜鍵完成全部操作，多種語言和指導性對話“軟鍵”，電路連續自檢，標定數據存儲于閃存中，無需備用電池保護標定數據。功能是把探測器的輸出信號轉換成與物位對應的標定信號。

　　1.3 屏蔽放射源

　　放射源封裝于不銹鋼套中，并置于屏蔽鉛罐中，放射性物質與被測物之間無接觸。根據測量任務，可選用點源或棒源(Co-60/Cs-137)，對于較復雜的測量幾何來說，使用Co-60棒源可得到更好的線性。Co-60具有相對高的能量，主要的能量有兩種，分別為1.17MeV和1.33MeV。它用于設備壁厚較大的情形。半衰期大約為5.27年。Cs-137其主要的能量為0.660MeV。用于設備壁厚較小的情形。由于它具有較低的能量，并且屏蔽容易。其半衰期大約為30年。屏蔽用罐是根據具體的放射源及其強度專門設計的，保證操作人員不會受到超過輻射防護規定的照射。鉛罐豎直安裝在托架上，無需考慮角度問題，不影響測量精度。

　　1.4 探測器

　　連續料位測量通常使用點狀或棒狀閃爍探測器，探測器材料通常為NaI(T1)[注：NaI(T1)即碘化鈉(鉈)]晶體或塑料閃爍體(棒探險測器)和光電倍增管組成。閃爍探測器對γ射線具有較高的靈敏度，而且在正常使用下，使用壽命較長，探測器至主機的信號通過有FSK調制技術的二芯電纜傳輸，抗干擾性能非常強。

　　2 系統配置

　　對于不同的測量任務，需要不同的系統配置。選擇最佳配置就是選擇最合適的放射源以及最合適的探測器。選擇系統配置的主要依據是測量范圍、測量部位的幾何形狀等。該廠采用以下兩種配置。

　　2.1 點源/點探測器配置

　　在測量范圍很小的情況下，可以選擇點源/點探測器配置,如圖2所示。

　　此時測量的非線性由指數規律引起，通過主機內的軟件就能得到修正。

　　
圖2 點源/點探測器示意圖

　　2.2 棒探測器/點源配置

　　圖3是棒探測器/點源的基本配置圖。棒探測器的長度根據所需的測量范圍而定。如果所需的測量范圍太大，則需要兩個以上的棒探測器。如果一個點源不適宜就用兩個或多個點源。測量的非線性由主機內的電子線路補償。對于某個特定的測量系統的線性修正數據由EG&G Berthold 提供。

　
　圖3 棒探測器/點源配置示意圖

　　3 料位開關的標定

　　由于精確得到容器中的物位比較困難，所以采用鉛板來仿真理想催化劑料位，由于鉛板密度遠大于催化劑的厚度，所以可以用幾塊鉛板來仿真實際催化劑的料位，催化劑密度和鉛板的密度比率如下：

　　重整催化劑的密度為:0.5609g/ml

　　鉛板的密度為:11.34g/ml

　　計算步驟如下:

　　1) 將催化劑的厚度轉換為鉛板厚度，由密度比率0.0495乘以指定催化劑厚度。

　　2) 計算鉛板的數量：用計算得到的鉛板的厚度除以單片鉛板厚度(3mm)。

　　3) 對外部標定確定：標定料位開關依靠料位上升或下降，例如還原段料位開關就是在料位減少時標定，因為開關點在6塊到5塊鉛板間，當料位下降時，6塊板應該仍為高料位，5塊應指示為低料位，開關點允許設定一定的死區，這樣也有利于標定。

　　計算標定的鉛板：以LSLL-3502(還原段的料位開關)為例，見表1。

　　表1

　　標定數據見表2。

　　表2

　　4 連續料位儀的標定

　　連續料位儀可以通過添加一個固定量的催化劑后測量其料位的高度并在LB-440設定相應的百分數高度來標定。在添加催化劑的時候。現場用鉛錘測量料位的高度。相對應的標定數如下。以閉鎖料斗緩沖區料位儀LT-3507為例， 測量目標見表3。

　　表3

　　
    廠家的設計數據見表4及曲線如圖4所示.

　　表4

　　

圖4 設計曲線

　　實際現場標定數據見表5，曲線如圖5所示。

　　表5

　　

圖5 現場標定曲線

　　5 檢驗測定結果

　　若標定后實際標定曲線和廠家的設計曲線出入較大時則說明肯定存在問題，可以從以下方面考慮：

　　① 放射源的強度和位置是否正確;

　　② 放射源是否被打開;

　　③ 添加催化劑時是否確實已添加(通過現場鉛錘測量確認);

　　④ 放射源外是否有別的設計外的金屬體;

　　⑤ 支架是否安裝正確(是否擋住放射源);

　　⑥ 儀表絕緣是否良好;

　　⑦ 若低料位時輸出計數率較少時可通過轉動放射源來確認;

　　⑧ 若轉動時計數率充分上升則說明放射源安裝沒有正對接收器，依據設計標定曲線和脈沖計數率的多少重新調整實際標定曲線。

　　6 結束語

　　本文針對核料位儀的在線標定列舉了兩種標定方法并附帶了標定現場標定數據和相應的標定曲線，分析了幾種標定過程中可能遇到的問題。通過我廠一次性開車成功和兩年多料位儀的精準度證明開工前的在線標定是理想的，保證了裝置的長周期運行。

　　參考文獻：

　　[1] 張秉海,王智. 核料位計的工作原理及相關知識[J]. 石油化工自動化,2007,(5):84-85.

　　[2] 樂嘉謙. 化學工業出版社[J],2004.259-260.

　　[3] 邰秀鳳. 放射性物位計在物位測量中的應用[J]. 石油化工自動化,2007,(6):66-68.

　　[4] Moe H J. 輻射安全教程[J], 北京:原子能出版社,1976.

　　[5] 蘭秀英. 同位素儀表使用中的防護問題[J]. 石油化工自動化,1999,(5):75-76.

　　[6] 董建軍. 同位素料位計在高壓容器上的應用. 石油化工自動化,2002,(6):86-87.