摘  要 ：在氧化铝生产过程控制中，溶出闪蒸槽料位测量是氧化铝生产中料位测量的难点，核料位计的应用极大改善了这一状况。随着国内环保和安监管控力度的加大，审批难度增高及后期运维成本的提高，新建氧化铝厂企图放弃这一好的测量方式，本文通过分析两种液位测量形式，提出合理的液位测量替代方案。

    龙口东海氧化铝有限公司采用拜耳法生产砂状氧化铝，溶出是其中的一个重要环节，其作用是用苛性钠溶液把铝矾土中的氧化铝溶解出来，溶出的过程是在高温高压的保温罐中反应，溶出的矿浆要经过多级闪蒸器逐级降温降压，控制好闪蒸器的高低液位，对于安全生产有着重要的意义。我公司溶出机组自一级闪蒸器矿浆温度 ：140℃，压力 ：0.22Mpa，具有强腐蚀性，易结晶，蒸汽大的特性，闪蒸器液位测量使用的是 γ 射线核料位计，在投运以来，液位测量效果显著。因核料位计属于特殊管控危险源，射源对周边环境存在辐射污染，近几年国内环保及安监部门对其管控力度加大，在手续审批办理上难度提高，运维的成本及后期安全环保的投入相对提高，国内外新建公司都在寻求好的液位测量替代产品，企图弃用同位素仪表。

    1 γ射线料位检测装置工作原理及危害
    1.1 γ射线料位检测装置工作原理
    基本射线衰减规律遵从下式 ：I=I0e-μh 式 中 ：I0、I 是料位高度分别为 0 和 h 时探头处的射线强度 ；μ为物料对γ射线的线性吸收系数。由放射源射出的射线，经过设备和被测介质后，被探测器所接收，并把射线强度转化成电信号，经放大器放大后送入显示仪表进行显示。只要测定通过介质后的射线强度 I，就可知被测介质的厚度 H，即物位的高度。γ射线料位计是利用γ射线能够穿透物质，并在物质中减弱的特征，对物位进行检测。

    1.2 γ射线的危害
    在接触电离辐射（γ 射线）的工作中，如防护措施不当，违反操作规程，人体受照射的剂量超过一定限度，则能发生有害作用。在电辐射作用下，机体的反应程度取决于电离辐射的种类、剂量、照射条件及机体的敏感性。电离辐射可引起放射病，它是机体的全身性反应，几乎所有器官、系统均发生病理改变，但其中以神经系统、造血器官和消化系统的改变zui为明显。电离辐射对机体的损伤可分为急性放射损伤和慢性放射性损伤。短时间内接受一定剂量的照射，可引起机体的急性损伤。而较长时间内分散接受一定剂量的照射，可引起慢性放射性损伤，如皮肤损伤、造血障碍，白细胞减少、生育力受损等。另外，辐射还可以致癌和引起胎儿的死亡和畸形。因随机性效应的存在，从事伴有电离辐射的实践活动工作人员，危险性较公众要有所升高。

    2 液位测量替代方案
    2.1 核元素替代方案
    此方案采用 NA-22核素作为 CS-137 或 CO-60 的替代品，该类核素放射性活度≤ 1×106Bq，属于V类以下放射源。低于国家标准 GB18871-2002《放射性防护与辐射源安全基本标准》，相对于人体无伤害，对环境无污染，因此不受国家环保及公安，卫生等各个部门的监控。

    2.1.1 方案优点分析
    （1）许可证办理方面 ：由供货单位提供豁免手续，使用单位无需办理辐射安全许可证，这意味着使用单位无需建设专用的放射源库房，无需办理环评和验收手续。（2）安全投入方面 ：使用单位无需安装强制性的与公安监控网络联网的监控系统。（3）后续运维方面 ：使用放射源单位不需要建立放射源管理机构以及管理制度等体系，维护人员无需取得辐射从业资格证书。使用单位无需采购防护服，辐射检测仪，个人辐射剂量计等防护检测装置。（4）仪表性能方面 ：可测量连续料位、高低限位、厚度、界面和密度等过程参数，实现了传统核仪表的功能。

    2.1.2 方案缺点分析
    （1）NA-22 的配套核仪表生产厂家数量极少，整套的仪表较传统核仪表价格昂贵。（2）NA-22 的活度低，对于管径大、壁厚大、介质密度大测量灵敏度相对较低，测量的准确性相对较差。（3）氧化铝行业暂时没有大规模使用业绩，对于仪表的耐用性及适用性无法系统评估与考量。（4）NA-22 的半衰期为 2。6年，每三年需要更换一次射源，更换一次射源费用在几万左右，后期运行费用高。此方案中 NA-22 核仪表的局限性和不确定性，会随着行业应用逐渐明朗，据了解目前国内已有新建的氧化铝公司采用了这一方案，已运行的氧化铝厂也有在试用该类仪表，这说明行业内对于危险源的替代已经开始在进行尝试，寻求更安全、环保的核素替代势在必行。

    2.2 雷达液位计替代方案
    此方案采用超高频雷达料位计作为核仪表的替代品，根据连通管的测量原理 ：在管路中为同一种液体的前提下，在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上 ；在罐体的一侧安装一根连通管路，通过雷达料位计测量外部连通管内的料位高度，从而实现罐内的料位的检测。

    2.2.1 方案实施
    （1）设备要求 ：1台德国VEGA，VEGAPLUS 64 高频雷达，检测波束角（发射角）3°，频率为80MHz（频率越高穿透力越强），DN200 PN16 法兰连接，该雷达出厂参数 ：工艺温度范围：-196~200 ℃，过程压力范围 ：-1~25bar，测量范围 ：0~30m，满足溶出低压闪蒸罐对于压力和温度的要求。（2）材料准备 ：3 片 DN200 PN16 的焊接法兰，相配套的强度 8。8 级的螺栓若些根，长度 3000mm 的 DN200 碳钢圆管一根。

    2.2.2  设计安装要求
    （1）设计要求 ：要求闪蒸罐生产制造厂家预留有高度相差 2米的盲板法兰，下法兰要求在闪蒸罐锥帽上部，确保zui低料位要淹没锥帽，防止对锥帽造成异常磨损。

    （2）安装细则 ：如图 1 所示，具有相关作业资质的焊接人员提前焊接连通管路，下部连通管焊接过程中要有上傾角度，这种设计能有效的延缓积料的出现 ；连通横管段和竖管段采用法兰对接式，方便在管路出现堵料的情况下拆卸清理。雷达液位计的安装要水平置于管路的中心位置，确保雷达波能无遮挡的发射到竖管段底部，必要可以加装垫片进行微调。

    （3）参数设置 ：现场雷达料位计接入信号电缆和供电电缆后，通过调试电脑对雷达料位计基本参数进行设置，量程值设置为 2 米，盲区暂设为 0.2 米，其余参数依据需求进行选择配置。

    （4）调试 ：常压下向罐内开始进水，持续观察料位计的指示值。通过对其进行空罐、满罐等不同位置的各个测量值的对照，不断调整雷达料位计的安装角度和相关参数值的设定，zui终满足生产控制的要求为止。

    （5）投运评测 ：溶出机组开车，闪蒸罐进料，要在后台依据罐内的压力、温度参数，结合日常操作经验，对照料位计的反馈值，对此次改造做一个周期性的评测。

    2.2.3 方案优点分析
    （1）雷达料位计测量对环境不污染，更加绿色环保，且不需要进行环境评估。

    （2）采用连通管测量，使得管内的液面更加平稳，测量工况的改良更有助于雷达料位计测量的稳定与准确性。

    （3）周期性维护清理便捷，法兰式的连接方式更易于定期对积料进行清理 ；DN200 的大口径管路设计亦能有效的避免周期内出现管路完全堵塞的现象。

    （4）设备调试方便，通过设备自带的调试软件，可在线做回波曲线抑制、阻尼时间设置等。

    2.2.4 方案缺点分析
    （1）受限于雷达料位计的测量技术，安装不当或参数设置不当时，雷达料位计波易出现杂波的干扰，液位的测量易出现波动。

    （2）长时间的运行周期或周期性的不对其拆卸清理，易出现连通管堵料情况，影响雷达料位计的测量。

    此方案依赖于连通管径的选择和下连通管的上傾角度，这个要依据现场介质工况综合考虑 ；对于雷达料位计要选择超高工作频率，波束角会越小，产生的杂波干扰越少 ；以上几点注意到了，在实际应用中的稳定性会提高很多。

    3 结语
    现阶段国产铝土矿品味的下降，国外矿石限制出口等因素的影响 ；借着国家“一带一路”战略的实施，国内的几大氧化铝公司陆续考虑或已在国外建厂。因国外的环保、安全等政策的不明朗，传统核料位计的应用受到很大制约，本文探索的替代方案或许能很好的解决这一难题。

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