國外某紅土鎳礦項目采用濕法冶煉加壓酸浸工藝,該工藝是一個全新的濕法冶煉技術。高壓釜作為核心設備,液位是其重要參數(shù)。由于高溫、高壓、強酸性等特殊工況條件,以及釜內攪拌裝置等對測量的干擾,常規(guī)測量儀表難以實現(xiàn)準確的液位測量,非接觸式的放射性液位計不受被測介質的影響,安裝方便且易于維護,因而在實際生產中被選用。

濕法冶煉高壓釜是由臥式釜體、工藝內插管、攪拌裝置、機械密封和密封潤滑冷卻系統(tǒng)等組成,釜體內采用隔墻分隔成7個隔室,每個隔室?guī)в歇毩⒌臄嚢柩b置,攪拌裝置垂直安裝在釜體上方。礦漿經預熱加壓后通過高壓隔膜泵連續(xù)送入高壓釜隔室,依次通過隔板流到下一隔室,浸出后的礦漿在第7隔室頂部排出至閃蒸槽。

釜體直段長33 000 mm、釜體筒體內徑5100 mm,采用鋼制外殼+鈦合金襯里,為滿足工藝需要,釜上開有進出料口,加熱蒸汽口,安全泄放口,壓力、溫度檢測口等。主要操作條件為溫度240~270℃,壓力4~6MPa,物料停留時間45~60 min。高壓釜采用連續(xù)運行作業(yè),礦漿在高溫高壓條件下,與酸液、蒸汽、氧氣等在攪拌作用下發(fā)生一系列的化學反應,達到鎳浸出的目的。

γ射線穿過物料時被物料吸收,強度減弱,用數(shù)學公示表示為:

其中:I0為穿過物料前的射線強度,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(shù),與放射源的類型有關,放射源確定后,μ為常數(shù)。

由式(1)可得:

當被測物質密度ρ一定時,被測物質液位的高度即為被測物質的厚度d。采用射線接收器檢測穿過物質后的γ射線強度,將其轉換為電量,并通過電子電路的處理就可測得被測物質的液位高度。由于測量系統(tǒng)與所測物料之間的非接觸性,使得物料對測量不產生任何物理和化學上的影響,從而保證了測量的高可靠性及低維護量,但對其放射線的安全防護和放射源的環(huán)境影響是需要特別注意的問題。

放射性液位計選用美國OHMART/VEGA公司的產品,由放射源裝置、一體式變送器、蒸汽補償裝置、安裝支架4部分組成。

由于被測容器直徑大、壁厚,被測介質黏度較高,選用SHRD-2系列放射源裝置,料劑為同位素Co-60,其半衰期為5.3年。為了避免在項目運營周期內頻繁更換放射源,將放射源的劑量增加1倍,即2000 m Ci,這樣以來放射源的正常服役期限為10年。放射源裝置垂直照射角度30°,釋放γ射線,鉛罐密封,殼體為316不銹鋼。

放射源裝置采用氣動式遠程開關,與現(xiàn)場氣動執(zhí)行機構共用氣源,技術人員可以在距離放射源足夠安全的地方進行開關操作,有效保證了使用者的人身安全。

一體式變送器由射線接收傳感器和變送器組合而成,傳感器在接收γ射線后將射線強度信號轉換為脈沖信號,經變送器處理后,轉換為4~20 m A標準電流信號和報警信號。變送器電源為220±10%VAC,50~60 Hz,工作環(huán)境溫度為-20~+50℃。

連續(xù)液位測量選用LSG系列一體式變送器,高低報警開關選用DSG系列一體式變送器,共用放射源,分別輸出連續(xù)液位信號和限位報警信號。為滿足高壓釜的測量高度和角度的要求,采用雙變送器串聯(lián)組合實現(xiàn)連續(xù)液位測量,獨立報警開關的設計,保證了釜內液位測量更加安全可靠。

針對釜內高溫蒸汽和酸霧等特殊工況而設計的主動補償裝置,持續(xù)測量釜內氣態(tài)密度的變化,與液位變送器進行數(shù)據通信,從而對測量值進行實時修正,使得液位測量更加準確。

OHMART放射性液位計的安裝如圖1所示,安裝應該遵循三點原則:1)放射源的中心位置與100%液位持平,變送器底端與滿液位持平;2)若設備內部無攪拌裝置等阻礙,放射源與接收器安裝在設備中線180°相對位置;3)若設備外壁有保溫層,則放射源與保溫層保持50 mm的間隔,變送器外殼與保溫層保持50 mm間隔,***大不超過100 mm。

理論上,“多點標定”的準確度更高,但實際上“兩點標定”通常就能夠滿足設計要求,“兩點標定”即零點標定和滿度標定。零點標定是在高壓釜為空,或者液位在零點以下的情況下進行,按照規(guī)定程序開啟放射源,接線圖如圖2所示。如果選取零點以上的液位作為標定點進行標定,則必須確知該點液位的真實位置。滿度標定是在物料充滿設備或者在滿度位置上進行標定,鑒于安全環(huán)保等方面的因素,放射源劑量的選定非常謹慎,射線穿過物料后強度衰減接近于零,因此,可以采取關閉放射源的方式模擬物料充滿的情況來進行滿度標定。

OHMART放射性液位計出廠的要求為每月校驗一次,在工藝及設備條件基本穩(wěn)定的情況下,頻繁校驗于生產運營無益。根據生產現(xiàn)場的停車檢修周期,每3個月校驗一次完全可以滿足工藝要求。

校驗工具主要包括:HART手操器/移動PC(預裝Ohmiew2000軟件)、標準電流表/萬用表、便攜式放射劑量檢測儀、個人劑量儀、核輻射防護服。

,按圖2連接設備,確保線路負載250~800Ω,若不滿足可臨時串接;若采用移動PC和HART通訊模塊需并聯(lián)250Ω外接電阻;

第二,運行Ohmiew2000或使用手操器,檢查各參數(shù)設置;

第三,排空容器中物料,查看電流表讀數(shù)并鍵入實測電流值,直到輸出與電流表實測值一致為止;

第四,關閉放射源或充滿容器,采集***高液位時的計數(shù)值;

第五,校驗后填寫校驗單,貼合格證。

放射性液位計的放射源氣動開關裝置的標準檢修周期為6個月,可根據整個工藝系統(tǒng)維修周期安排。檢查內容主要包括:檢查放射源儲罐開關靈活性,檢查放射源泄漏情況和劑量大小,檢查元件、電線及接線端子有無破損、漏電、松動現(xiàn)象,檢查安裝是否牢固及緊固連接部位是否潤滑,整理線路,清理灰塵污垢及無關雜物,保持工作環(huán)境衛(wèi)生,檢查儀表銘牌、合格證和放射物標志牌是否完好、清晰可見,內容完整符合規(guī)范要求等。

雖然放射源對人體健康安全具有潛在威脅,但隨著產品設計的日益優(yōu)化,生產管理操作水平的提高,以及人員防護意識的增強和防護措施的完善,一定能夠在實際應用中取得理想的效果。項目中的放射性液位計自投運以來,嚴格按照預定規(guī)程管理和維護,運行穩(wěn)定、測量準確,在有色冶煉項目具有廣泛的應用前景。