氡、氡子体对聚丙烯工艺和放射性仪表的影响.pdf

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1、 行 业 应 用 与 交 流 n d u s t r ial Ap p l i c a t ion s a n d Co mm u n ic a t ion s 自动化技术与应用 2 0 1 5年第 3 4 卷第 8期 核仪表的最大特点是能进行非接触无损检测特别适 用于其他仪表难于或不能使用的高温、高压、易爆有毒 具有腐蚀性等的对象和环境的测量控制 ， 因此在特定条 件下就成了某些系统中的关键设备是国民经济现代化建 设 不可缺少 的新型检 测仪表 ， 已引起 国家有关部 门的高 度重视我国核仪表主要应用在冶金、矿山、选矿 ( 煤 ) 、 能源开发、石油化工、水泥、造纸等诸多行业。随着国 家环保

2、 对上述 行业 的要 求越来越严 以及这 些应用行 业本 身技术发展 ， 核仪表的应用已受到各个行业的重视有相 当大的潜 在市场量和发展前景 。 气相法的聚丙烯生产过程 中，反应器的料位是极为 重要的测量参数，而物料的高温、高粘度等特点使常规 的测量仪表 难 以实 现料位 的测量 ，只 能采用核辐射 式这 样非接触的料位计，因此核辐射料位计在聚丙烯生产过 程 中，具有 举足轻 重的作用 ，其工作性 能 的好 坏 ，直接 关系着 生产的正常和产 品质量 。 放射性物位测量仪表相对其它仪表来说有许多优点 和独特的地方，其它测量仪表难完成的场合 ，放射性测 量仪表发挥着它特有的功效。它可广泛应用千石

3、油、化 工、冶金、电力、煤炭矿山、医药等行业中对高温、 高压 、 高粘度，强腐蚀、多粉尘等恶劣环境下的料位 ( 液 位 ) 的重要参 数进行 非接触 式测量 。但是 这种仪表 最突 出的缺点就是核辐射对人体有害，在实际应用过程中， 要有可靠的防护措施 ， 而且要严格按照使用规程击做 。 3 聚丙烯厂辐射仪表 的失常及解决 3 1 现象 此前 ，在 大庆某 聚丙烯厂 发现反应 釜连续料 位 以及 高低物位报警仪表失常 ，该厂仪表采用的是德 国博托 LB 3 XX系列辐射 仪表 ， 自 1 9 9 7 年投 用 以来 ，以其 非接 触 测量 、连续在线 式测量带 来的反应 迅速 、维 护量低深 受

4、 厂 家好 评 。 自 2 0 1 0年 起 ，反应 釜连 续料 位 以及 高低 物位报警突然出现异常，表现为仪表显示与实际料为严 重不符 ，甚至确定反应釜内有料时料位计显示 0料位或 负料位。 3 2分析 经现场测试发现，工况条件下，打开射源 ，仓 内无 料情况下 ，料位计接收器计数率约 4 0 0 0 c p s 左右，而投 料后根据工艺人员经验判断大致满料后 ，料位计接收器 计数率仍为 4 0 0 0 c p s 左右，此时便携式 v射线检测仪 显示，反应釜表面剂量明显，达到 0 5 S v h水平 ，初 步分析，可能待测物料中含有放射性。通过对该反应釜 上下游的管线进行测量，都有 v射

5、线检出，最大处甚 至达 到了 6 0 # S v h水平 ，进 一步证 实 了待 测物料 中含 有放射性 。 3 3 现场核仪表 L B 4 4 4密度计的组成 L B 4 4 4放射性密度计是美国 B E RTHOL D公司 9 0 年代的产 品 ， 采用微机技术 ， 3 2 位微处理器 ， 参数组 态及调试采用视窗菜单结构”LCD显示器作为人机界 面 ， 组态 参数清 晰 ， 调试方便 ， 测量精度 高 ， L B 4 4 4放 射性密度计主要 由放射源、射线探测器及转换、显示 单元 组成 。 3 3 1 L B 4 4 4密度计的温度补偿功能 在对 介质 进行密度 的测量时 ， 被测 介

6、质 的温度 变化 对介质的密度有直接的影响 ， 即使所测介质的浓度保持 不变 ， 其 密度也将 随温度的变化 而变化 ， 采用 温度 补偿 即可以解决这一问题。在 L B 4 4 4密度计的测量系统中 ， 考虑了温度补偿 ， 使问题得到了较好的解决。 L B 4 4 4密度计 测量 时 ， 介质的温度信号 可以有 以下 两种类型 ， 即通过 P t l 0 0热电阻测量直接取得温度信号 ， 或将介质的温度转变为电流信号 ， 在对 L B 4 4 4密度计进 行的仪表组态时 ， 可对这两种信号类型进行选择 ， 并进 行 温度补偿 系数的计算 。介 质的温度 补偿系数在 温度 变化范围较大时不是常

7、数 ， 但通常是随温度的增加而增 加的 ， L B 4 4 4密度计的温度补偿系数的计算可按如下公 式 求出 ： p R e F =P M + ( P 一 Re F )T C1 + ( P Re F ) 2 TC2 式 中 ： p R e F ： 经温度补偿后的密度值 ； TC 1： 线性温度系数 ； TC 2 ： 方根温度系数 ； P M ： 测量密度值 ； P ： 所 测介质温度 ； ( R e F ： 参考温度 。 温度补偿系数进行计算时 ， 应考虑介质的温度变化 范 围 ， 一般来说 ， 当温度变化的范围在 2 0 内变化 时 ， 只需计算线性补偿系数 T C1 ， 当温度变化的范围在

8、 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 5 年 第3 4 卷 第8 期 行 业 应 用 与 交 流 n d u s t r ia l Ap p l i c a t ion s a n d CO mm u n ic a t i O n s ( 1 0 )风速、风向和旋流对土壤气体的作用导致氛迁 移，有人也称为搬运作用 综上所述可看出 ， 上述的十几种作用 ， 如果对非放 射性气体 ， 那肯定是它们作长距离迁移的机制 ， 但氡是 放射性气体 ， 有其短的半衰期上述作用不可能使它作长 距离 ( 数 十米 到数百 米 以及更 远 ) 的迁移 。因此研 究 氡 的长距离迁移问题 ， 必须走另外的途

9、径 ， 即借助于其它 因素。 “ 接力传递”作用就是在这种情况下提出来的。 氧迁移的接力传递作用 用于解释氧长距离迁移机制的 “ 接力传递”作用 ， 是 1 9 7 6年庐 山 核工 业系 统 物化探 会 议上 ， 宣布 径迹 蚀 刻找矿方法研 究成功时提 出来 的 ， 但 当时只是一 种雏形 。 十几年后 的 9 O年代初 的三年 ( 1 9 9 1 1 9 9 3 ) 项 目研究 ， 是在调研国内外大量文献资料的基础上 ， 经过 自行设计 的模 型试验和 不 同深度 的多种铀 矿体的地表 氛气测量 研 究 ， 我们完善和发展了这个接力传递”观点 ， 这个观点 虽然是针对铀矿勘查 中氡的迁移

10、问题的 ， 但它的基本点 仍可用于解释诸如地震预报中的氡迁移和油气勘查 中氧 气的迁移等 问题 氡 迁移的接力 传递作 用的提 出是基于 如下五个基 本 点 的 ， 即 ： ( 1 ) 氡的半衰期只有 3 2 5 d， 因而氡本身不可能作 长距离 的迁移 ； ( 2 ) 氡的迁移距离在不少情况下是取决于铀矿体周 围 ， 由于地质作用而发育起来的原生晕和次生晕 ( 或分 散流 ) 的发育程度 ； ( 3 ) 氡的母体铀和镭 ， 特别是后者的运移距离 ， 在 很大程度上决定了氡的迁移距离 ； ( 4 ) 氧的迁移是多种效应 ( 如扩散搬运、抽吸等 ) 的综合作用 ， 特别是有次序传递的综合作用的结

11、果 ； ( 5 ) 氡的迁移模式 ， 对不同的情况而有所不同 ， 传 递形式也 不完全一样 。 氡衰变链中的 射线射程很短，穿透能力很弱，对 探 测器 的影响可 以不予考 虑 ； p射 线 由于处于低 原子 序 数的丙烯及聚丙烯中，主要为待测物质 自身屏蔽掉 ，只 需考虑反应釜边界出的次级辐射 ；Y射线分别为 2 1 4 Pb 衰变的 2 9 5 k e y 、3 5 2 k e y以及 2 1 4 Bi 衰变的 6 1 0 ke y射 线。而放射源铯 一1 3 7衰变 Y射线能量为 6 6 1 k e v 。 所 以应尽可 能的屏 蔽 2 1 4 Pb衰变 的 2 9 5 k e v 、3

12、5 2 k e v以 及 2 1 4 Bi 衰变的 6 1 0 k e v Y射线，同时，还要尽可能的 降低成本，因此，经过论证，参考厂家具体情况，我们 1 04l T e c h n iq u e so f A u t o ma t i o nAp p l ic a t io n s 提 出了 ，采用 厂家 闲置 的 6 m C i 铯 一1 3 7 放 射源 更换原 来使 用的 l mC i 铯 -1 3 7 放射 源 ， 同时加厚反应釜 的屏 蔽 ， 降低检测器 接收到的氡及 氡子体所放出的 v射 线比例 ， 来达到满足 L B 3 X X系列辐射料位计测量条件。 在更换放射源后，L B

13、 3 XX系列辐射料位计空罐计 数 率 达 到 2 4 x xx， 在增 加 反 应 釜屏 蔽 后 ， 计 数 率 降到 4 x x x，其后 ， 在该化工厂投产后 ，辐射料位计 已能根据 进料 、出料情况反映出料位变化，初步解决了，物料含 有放射性对辐射料位计的影响。 3 6 解决方案 该厂聚丙烯反应釜连续料位计采用 l mCi 铯 一1 3 7 放 射源 ，LB 3 XX 塑料 晶体探测器 。反应 釜 内为 液态 丙 烯及聚丙烯粉末。最简单的解决方案为符合测量，针对 铯 一1 3 7的 pv级联衰变采用 pY符合测量可以完 全消除材料的放射性影响，但是，该聚丙烯厂采用的辐 射料位计引进较早

14、， L B 3 X X系列目前已不在生产 ， 同时， 该方案成本也较高。 参考文献 ： 1 】 张力 核安全 回顾与展 望 J 】 中国安全科学学 报 ， 2 0 0 0 ， 1 0 ( 2 ) ： 3 - 4 2 杨湘山等 新形势下的核安全与辐射安全对策 J 中 国安全科学学报 ， 2 0 0 5 ， 1 5 ( 7 ) ： 1 1 3 】罗向东 ， 赵孝文等 基于 C 8 0 5 1 F 4 1 0的自调整现场感 知料位计的研制 J 新技术新产品 ， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： 3 3 3 4 4 4 垄光华 脉冲辐射场实时连续检测系统研究 D】 北 京 ： 清华大学工程物理系 ，

15、 2 0 1 3 ： 1 2 -1 5 5 侯跃新 ，肖丹 ， 李岩等 G M计数管在放射源监管中 的应用 J 自动 化技术与应用 ， 2 0 1 0 ， ( 1 1 ) ： 9 8 -1 0 0 6 6 刘舒 ， 金华 x射线安全检查技术 J 】 中国人民公安 大学学报 ， 2 0 0 1 ， 5 4 ( 3 ) ： 7 3 9 -7 4 7 【 7 】 杨斌 通用型 安检设 备物质重叠识 别及 RL物质 分 类算法研究 D】 东北大学硕士论文 ， 2 0 0 2 ， 5 ( 3 ) ： 2 5 0 8 王琪 ， 陈志强 ， 邬小平 X射线安全检查技术综述 J C T 理论与应用研究 ， 2

16、 0 0 8 ， 1 6 ( 2 9 ) ： 3 2 9 5 【 9 孙丽娜 ， 原培新 X射线安检设备中探测技术研究 J 中国测试技术 ， 2 0 0 2 ， 5 5 ( 1 ) ： 3 9 4 1 1 0 】原子核物理实验方法 M】 复旦大学、清华大学、北 京大学合编 北京 ： 原子能出版社 ， 2 0 0 3 ， 6 8 0 ( 1 ) ： 4 0 0 1 1 】魏熙晔 ， 李泉凤 高能电子束韧致辐射特性的理论 研究 J 物理学报 ， 2 0 0 2 ， ( 6 ) ： 2 7 作者简介 ： 庞杨 ( 1 9 8 4 - ) ，男， 助理研究员 ， 主要从事辐射防护 检 测和评价 ，环评验 收评价和化 工厂核仪表 的技术服务 工作 。