焦化中子料位计使用说明书.doc

RAMONSHLW-ZZ01型中子料位计说明书目 录1、焦化塔中子料位测量21.1检测原理21.2系统组成31.3技术特点51.3.2高度预测技术51.4技术指标71.5输出信号说明81.7使用说明91.8放射性安全知识111.9、远程监控功能121.10、权限设置121.11、应用软件的功能121、焦化塔中子料位测量 1.1 检测原理本系统是利用2050mCi的241Am-9Be（或Pu238-Be）中子源，1Ci的241Am-9Be（或Pu238-Be）中子源的中子产额为2.2106中子/秒，沿4方向均布；241Am-9Be（或Pu238-Be）中子源产生的中子平均能量为5.49MeV，这种快中子与原子序数较小的原子，特别是氢原子极易发生弹性碰撞，将能量转移给氢原子，经多次碰撞后被“慢化”为低能量的“慢中子”；中子源辐射的快中子穿过焦化塔壁，与塔内介质中的氢原子核发生弹性碰撞。快中子因其能量通过弹性碰撞传递给了氢原子核，而变成慢中子，慢中子反射到塔壁外的慢中子探测器中。接受器采用了进口高效慢中子探测器（He正比计数管），慢中子与探测器内的氦原子碰撞，产生带电的粒子，带电粒子在电场运动产生电脉冲，形成脉冲计数；接受器检测到的脉冲计数与接受器处的慢中子通量（单位时间内通过单位面积的数量）成正比关系，塔内物质所含氢原子的密度与慢中子通量成一定比例关系。由于注入塔内的渣油主要由碳、氢元素组成，因此可由慢中子通量得到塔内物质的密度。塔上的下、中、上各料位检测点的接受器将测得的信号放大成形后通过单芯双屏蔽电缆传给二次仪表进行处理，二次仪表根据测得脉冲计数转化成相应的百分比密度信号（420mA对应密度0100%），并传给工控机，工控机根据下、中、上各料位检测点密度信号改变趋势来推算焦炭塔内气体、泡沫、焦炭和水的高度，确定各分界面的具体位置，给出塔上的下、中、上各料位检测点百分密度及塔内各界面的位置指示，并将相关数据传给客户端。塔内物料密度范围如下：物料名称油气稀泡沫浓泡沫焦炭或水密度范围10%10%30%31%60%60%系统功能： 本系统采用三点中子检测法检测1000万吨/年炼油系统改造工程延迟焦化装置2座焦化塔中的物料料位。系统在16.5米的检测区的上、中、下部，各设一个检测点，通过检测、计算和显示测量点处塔中介质（焦炭、稀泡、浓泡、油气、水）的密度、种类和料位，实现检测焦化塔内料位、指导加消泡剂、及决定是否切塔等功能。1.2系统组成 RAMONSHLW-ZZ01型中子料位计本系统由中子源（镅241+铍）（或Pu238-Be）、接受器（3He正比计数管探测器）、信号处理单元、工控机等组成，两塔六点中子料位检测系统一套主要含以下设备。机柜、主机、显示器、I/O板卡及软件六个检测点配六台中子料位计，每台含Am-Be中子源、中子接受器、二次仪表各1套；配双屏蔽同轴电缆，主机到塔上每检测点各一根，每个接受器配一个连线盒，共六个。方框图如下：现场布置图如下：安装说明：第一个中子源和中子探测器安装在塔高13.5米处，离地高度约15米，第二个中子源和中子探测器安装在塔高20米处，离地高度约21.5米，第三个中子源和中子探测器安装在塔高25.1米处，离地高度约26.6米。1.3技术特点1.3.1智能平滑技术：由于中子反射法测量属于核辐射测量，测量值有一定的统计涨落，一般采用加大采样时间的办法来克服统计误差。公司独有智能平滑技术，可以大大地缩小采样时间，提高测量灵敏度。如燕化所用公司料位计比燕化所用国外料位计采样时间缩小了20倍。公司国外设备采样时间0.5s10s灵敏度2%5%1.3.2高度预测技术塔内介质分为油气、泡沫、焦和水。由于油气、泡沫、焦的密度介于空气和水之间，因此，当塔内充满空气时的中子通量可视为0%，塔内充满水时的中子通量可视为100%。中子通量与料位高度的关系如下图所示（以下料位泡沫为例）。当塔内泡沫上升至中子源附近时，开始有慢中子反射回来，即开始有一定的慢中子通量，当泡沫逐渐上升时，中子通量逐渐增加，当泡沫上升至一定高度时，中子通量不再增加。可将中子通量达泡沫中子通量的75%时视为泡沫已达指定高度。根据不同测量点的介质到达时间及这两个测量点的距离可推算出介质的上升速度和上升到的实际位置；上升速度计算公式：V = (H2-H1) / (T2-T1)；其中：H1：低料位点高度； H2：高料位点的高度； T1：介质到达低料位点的时间； T2：介质到达高料位点的时间；下料位检测点的可能趋势曲线如下，实际曲线以检测为准，中间下降位置为加入消泡剂后，泡沫的位置下降。1.4技术指标1.4.1塔内物料的密度分辨率2%，能有效分辨出塔内物料的密度变化并给出不同物料（油气、泡沫、焦炭、水）的状态指示，液位测量精度为2%；1.4.2仪器对塔内物料密度突变(油气、泡沫、焦炭、水)四种物质临界点的响应时间小于5秒；1.4.3二次仪表技术指标 响应速度快，信号处理速度达到5S； 最早采用数字化技术，智能化PID运算，检测精度为0.5mm； 大屏幕液晶数字/模拟显示，直观； 16键触摸式操作按钮，操作简单方便，更适合于国内环境使用； 操作权限设置，防止他人越权操作； 每流一台独立的二次仪表，检修非常方便，且互不影响； 通过欧洲CE认证，质量非常可靠。1.4.4根据塔内四种不同物料（油气、泡沫、焦炭、水）间的变化趋势，给出塔内焦炭和泡沫的实时高度值；1.4.5 Am-Be（或Pu238-Be）中子源的放射防护标准：GB16368-1996级，距中子料位计1米处，总剂量当量小于2.5mSv/h，适用环境要求：距放射源1米内很少有人停留；1.4.6接受器的防爆等级：EXdCT4；防护等级IP65；1.4.7主机系统供电电源：220VAC，UPS供电，容量不小于1kVA；1.4.8中子料位检测系统可分为两种情况向DCS输出1.4.8.1给出对应各检测点百分密度值(4-20mA)信号，每塔3路，共6路百分密度值，每塔内焦炭和泡沫的实时高度值各一路(4-20mA)，共四路料位高度信号，这些模拟量都经信号隔离器输出给DCS。1.4.8.2中子料位检测系统与DCS直接进行光纤通讯，将上述各种信号由光纤进行传输。1.5输出信号说明1.5.1 输出百分密度值(4-20mA)信号量程意义：当塔内物料相对百分密度为0%时，系统输出电流为4mA，当相对百分密度为100%时，系统输出电流为20 mA；系统以空塔状态和注水状态为焦炭塔的两个基准状态，用于系统的校验和标定。为区分故障及观测方便，当测量点塔内为气体时系统设定显示相对百分密度为（61）%，塔内为水时，显示相对百分密度为（802）%。1.5.2泡沫上沿在下料位检测点，高度为13500mm，输出电流为4 mA，泡沫上沿在塔体上弦处，高度为30000mm，输出电流为20 mA。或按用户要求设定对应范围。1.5.3焦炭上沿在下料位检测点，高度为13500mm，输出电流为4 mA，焦炭上沿在中料位检测点，为20000mm，输出电流为20 mA。或按用户要求设定对应范围。1.5.4参数定义及取值范围相对百分密度油气/稀泡分界值（8-10）；相对百分密度稀泡/浓泡分界值（30）；相对百分密度浓泡/焦炭分界值（55）；相对百分密度焦炭/水分界值（70）；上料位相对百分密度超限报警限值（6-10）；空气标定点计数率均值（实测确定）；水标定点计数率均值（实测确定）。1.6界面说明1.6.1在软件界面中显示对塔1和塔2 的实时数据与历史趋势图，是各检测点处对塔内物料相应百分密度的实时监测记录，可以实时对塔内状况进行监控，做出相应判断；1.6.2泡沫、焦炭、水到达时间测定。在注油升焦开始后，如果检测点百分密度值及曲线由8%附近出现明显的向上突变达到30%，表示泡沫层上沿到达该检测点；百分密度值及曲线由40%-50%附近第二次出现明显的向上突变达到60%-70%，表示焦炭层上沿到达该检测点。在冷焦过程中，百分密度值及曲线突然上升到80%左右时，表示冷焦水到达该检测点；1.6.3综合下料位、中料位检测到泡沫上沿、焦炭上沿到达时间，经软件处理后，可以计算出泡沫、焦炭上升速度及位置、泡沫厚度等信息；1.6.4在进行切焦时，根据测得的水的密度与焦的密度的细微差异，可以判断出水、焦炭的位置，确定最佳的切焦时间和位置；1.6.5结合以上测得的塔内物料的状态，根据工艺要求确定消泡剂注入的时间与量的大小。1.7使用说明1.7.1中子料位计能有效地反映出塔内不同物料密度的连续变化。因稀泡、浓泡、焦炭及水具有各自密度区间。故可以给出检测点处物料是稀泡、浓泡、焦炭还是水的状态提示；1.7.2下料位：通过此点密度值的变化，可首次全面了解本生产周期内物料经过此点时密度及状态的变化规律，掌握泡沫层及焦炭层的上升趋势等信息，为指导后续工艺操作提供依据，此点作为泡沫层上沿及焦炭层上沿的高度指示值更接近真实情况；1.7.3中料位：一般以中料位监测到浓泡沫（密度大于30%），开始打入消泡剂，些时可以看到中料位密度值迅速回落到5%左右，说明泡沫层被压制下去了，消泡剂起作用了。过一段时间中料位又将看到泡沫再次上到中料位。若泡沫层和焦炭层上沿都能到达下料位、中料位，综合其到达的时间可以给出泡沫层和焦炭层上沿位置的指示值，也可以推算出泡沫层的厚度及变化；此点作为泡沫层上沿及焦炭层上沿高度预报的二次校正点，利用中料位指导加入消泡剂的时机，既能确保生产的安全性又能节省消泡剂的使用量1.7.4上料位：当加入消泡剂而泡沫层再次到达中料位后，应重点观察上料位密度值的变化，辅以泡沫层上沿及焦炭层上沿的高度指示值，谨慎地控制处理量。若上料位未见到泡沫层，则可正常生产直至切塔，若上料位见到泡沫层，刚应根据距离切塔时间的长短及泡沫层上沿及焦炭层上沿的上升速度作出判断，决定是正常生产直至切塔、增加消泡剂、减量到切塔还是准备提前切塔；1.7.5切塔后，利用上料位对物料密度值的监测，可以了解到是否会有因工艺参数控制不合理而引起的泡沫上冲现象；1.7.6冷焦时，三点中子料位计可以监测到水位上升和下降的全过程，从而指导后续生产工艺操作。1.8放射性安全知识1.8.1剂量当量的计算，对于50mCi的241Am-9Be（或Pu238-Be）中子源H=QD。Q值为品质因素，中子为10，D为吸收剂量。H=10*4.39E-15/4/3.14*1.1E+5*3600 Gy(Sv)/hH=1.38E-6 Sv/h=1.38mSv/h1.8.2含密封源仪表的放射卫生防护标准：GB16368-1996中规定，在距源容器的1米区域内很少有人停留，在距中子源容器边界外100cm处的剂量当量率H控制值小于2.5mSv/h；1.8.3中子源的运输一般采用石蜡球屏蔽，中子源生产厂家会严格按照国家标准包装和运输中子源；1.8.4中子源的操作，中子源的操作必须有专用的操作工具，保证操作者离中子源的距离。因为操作剂量与距离的平方成反比。1.8.5辐射防护三原则1.8.5.1正当性伴有辐射的实践带来的纯利益必须大于代价；1.8.5.2剂量限值任何一年中每年50mSv，连续5年的年平均有效剂量为20mSv；1.8.5.3最优化考虑到社会的和经济的因素，使一切有正当理由的照射保持在可以合理达到的尽量低的水平。即利益/代价比值达最大，或采取可行的措施将剂量尽量降低；1.8.