放射性料位计的使用实例及安全防护分析

放射性料位计的使用实例及安全防护分析徐伟（中石化上海工程有限公司，上海200120）0引言γ射线辐射技术作为一门蓬勃发展的检测技术，因其非接触测量的优越性而令人关注，它通常应用于要求高安全性及高可靠性场合或极端过程条件下其它测量方法无法实现的场合，例如高压、高温、毒性、磨损性、带搅拌器等。在设计和应用中用户要重点关心的是选型及安全防护。故本文结合射线的比较与选择、探测器的选择、安全计量当量、操作人员接触放射源的时间参照标准等方面来探讨放射性料位计使用中的配置和安全，讨论如何在一些难测量的对象上在保证安全的前提下用好放射性料位计。1应用实例辽河油田2万吨/年聚丙烯装置第三反应器聚合釜料位测量就使用了放射性料位计。此反应器为卧釜，直径1600mm，长7500mm，容量14.5m3，介质为聚丙烯粉和丙烯气混合粉料，无法用常规的差压式变送器或浮筒变送器来测量。由于釜内有搅拌器，也不能选择插入式的料位测量仪表，包括射频导纳液位计和雷达液位计。最后决定选用非接触式的放射性料位计（EG&G公司产品，探测器型号Sz5-L350/50，主机型号LB323-1，放射点源Co-60，活度296MBq），经3年多运行，仪表工作稳定，测量精度符合设计要求，取得了良好的效果。2放射性料位计的辐射安全2.1各种照射情况下的安全剂量限值衡量射线对人体的危害程度，可以借用医学上的术语——剂量，在这里叫做剂量当量。它的法定单位是Sievert(Sv)，专用单位是雷姆(rem)，两者的换算关系为1Sv=100rem。为了保护放射性工作者和公众免受过量的辐射危害，我国颁布了与国际标准接轨的国家标准，给出了各种照射情况下的安全剂量限值和操作人员接触放射源的时间规定如表1、表2所示。在辐射场中某一处的射线强度I与它和放射源之间的距离R的平方成反比212221RRII=即距离放射源越远，射线强度就越小。2.2射线的比较与选择放射源有铯Cs137和钴Co60，一般在需要较大量的射源时选用铯，而钴用于容器壁较厚、需要有较高穿透能力的场合。两者的参数比较如表3所示。放射源被放在一个不锈钢焊接的双层密封的膜盒内。膜盒能确保放射源不泄漏，但对射线吸收较少。放射源装置是一个厚壁的球墨铸铁罐（也常用铅罐），用来存放装有γ射线源的膜盒，它对射线有良好的屏蔽作用。该装置上开有一个窄条缝隙，可通过一个光闸来打开或关闭放射源。当光闸打开时，放射线以一个窄的平行光束透过容器或管道，可避免其它地方受到辐射。表1各种照射情况下的安全剂量限值照射种类照射剂量或剂量当量*国家规定放射工作人员剂量当量限值50毫希/年（50mSv/y），相当于照射量20毫伦/日国家规定公众个人剂量当量限值5毫希/年（5mSv/y），相当于照射量2毫伦/日天然本底照射量0.6毫伦/24小时每日非放射性工作区照射量=2毫伦/日*本表所列出的照射剂量或剂量当量应以国家颁布的最新标准为准。表2操作人员接触放射源的时间参照标准放射源必须密封在源装置内源装置无论在开启或关闭状态下距离表面的辐射剂量距表面12”（305mm）处应小于5mrem/h(0.05mSv/h)安全操作要求非职业人员在距离放射源12”（305mm）处每年工作不得超过100小时表3铯137与钴60的射线参数比较射源Cs137Co60能量660Kev1200Kev半衰期30.18a(年)5.27a(年)半减层(水)110mm155mm*半减层指射线经过某种介质后强度衰减一半时所穿透的厚度，此处以水为例，即可以看出钴的穿透力比铯要强。2.3探测器选择放射性料位计的探测器组件安装在放射源装置的对面，主要有金属管和闪烁棒两种类型，两者的性能比较如表4所示。3放射性料位计的辐射防护在正常情况下，操作维护人员每天在巡检过程中所吸收到的剂量是很少的，只要严格执行国家标准和安全操作规程，加强放射性检测，严格管理，应用放射性仪表的安全性是有足够保障的。但是，适当的防护措施还是必需的。①凡是安装有放射性仪表的场所，要有规定醒目的禁示牌，提醒人们非工作原因不要在附近逗留。②凡属放射源装置部分的，必须由职业人员来完成安装、拆卸、移位、修理和维护工作。工作人员必须经过培训，做到熟悉操作，减少操作时间，没有操作任务时应尽量远离放射源。③每隔三年必须对放射源装置的放射泄漏情况进行一次测定，由职业人员按照仪器说明书中规定的程序操作。④装置停工检修时，务必将放射源装置关闭后才能进入安装有放射性仪表的容器内部作业，如连续作业时间较长可由职业人员将其拆卸，暂时保存起来，等容器内检修工作完成并封闭人孔后再装上。⑤如有可能，对接触到放射性仪表的相关人员进行定期检查。表4金属管与闪烁棒的性能比较金属管闪烁棒原理有两个电极的金属管内充满压缩惰性气体，当惰性气体受到辐照后发生电离产生与放射线强度成比例的10－12A数量级的电流，再转换为所需要的信号输送到DCS。闪烁棒的壳体内部是一种发光材料（碘化钠NaI(TL)闪烁晶体），当受到射线辐照后会产生光，其强度与射线的强度成正比。一个光电倍增管将检测到的光转化成电压脉冲，经放大、调整送微处理器，最后转换为可定量的信号输送到DCS。灵敏度低高放射源选择只能用Cs铯源,对于相同的设备和相同的测量范围，金属管所需的辐射量是闪烁棒的10倍Cs铯源或Co钴源对现场环境要求高一般稳定性取决于现场条件好应用场合现多用于实验室各种场合4放射源配置4.1γ射线辐射原理γ射线透过介质后的强度与该介质的密度和厚度有关，它符合Beer-Lambert定律。当初始强度I0的射线通过厚度为δ、密度为ρ的物质后，其强度减弱至I，即I=I0e-μρδ式中：I——射线透过介质后的强度；I0——在给定距离处无干扰介质时的初始射线强度；μ——吸收系数，与所测介质有关，对固定物质是常数；ρ——介质（通常指吸收物质）的密度；δ——介质的厚度。4.2放射性料位计的测量配置典型的测量装置一般由4个部分组成：安装在容器外测的放射源；探测器；主机；从探测器到主机的连接电缆。放射源和探测器之间构成一个对应测量范围的辐射区域。一般选用点源和棒探测器（图1）或棒源和点探测器（图2）。4.2.1点源与棒探测器配置棒探测器与所测料位之间不成线性分布，需要经过微处理器进行线性化处理，再加上其他处理后转换成标准信号送到DCS。点源铅罐相对较轻，安装比较方便，所以一般在现场情况比较好、设备较规则、现场有条件做线性化处理的前提下都选用这种配置方式。图1点源和棒探测器配置示意图主机图2棒源和点探测器配置示意图主机4.2.2棒源和点探测器配置棒源根据设备情况已与测量料位呈线性分布，所以主机无需作线性化处理。但棒源比较重，现场安装不方便（单根棒源最长1200mm，根据设备情况可以选用多根），只有在设备情况比较复杂、不规则、现场做线性化比较难的情况下才选用这种配置方式。4.2.3点源和点探测器配置点源和点探测器的配置其测量范围有限，一般作开关使用，而且与设备内介质密度有关，被测介质的密度越大，则可测范围越小或测量相同范围所需的源更多。4.2.4棒源和棒探测器配置在某些特殊的应用中尤其是设备壁比较厚、需要射源比较多的情况下，如尿素合成塔的料位测量，可以选用棒源和棒探测器的配置。当容器较高、所需测定的料位范围较大时，可用两个探测棒甚至多个探测棒（因为目前所使用的闪烁棒探测器每根的量程为2000mm）。无论选择以上哪种方法，其测量原理均是一样的，关键取决于测量的几何形状、测量的目的、周围条件、甚至还有空间、资金等。5结束语放射性测量方法具有很高的工作安全性，不需维护，即使在困难的操作和环境条件下也是如此。设计中应在保证测量的前提下使用最小强度的放射源和最佳的防护屏蔽。但是使用放射性测量系统必须遵循辐射防护的法规，使用放射性物质的用户要向有关部门提出申请，得到批准。设计料位测量系统时，除了考虑测量任务外，还必须考虑生产过程中的特殊性及可能发生的意外情况，这样才能使放射性测量系统得到最好的利用，保证最佳的操作安全及最小剂量的源强。参考文献1胡天明.射线探伤[M].武汉测绘科技大学出版社,1994.2蒋自力.核料位计和核密度计在石油化工装置中的应用