國外某紅土鎳礦項(xiàng)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(shù)。高壓釜作為核心設(shè)備,液位是其重要參數(shù)。由于高溫、高壓、強(qiáng)酸性等特殊工況條件,以及釜內(nèi)攪拌裝置等對測量的干擾,常規(guī)測量儀表難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的液位測量,非接觸式的放射性液位計不受被測介質(zhì)的影響,安裝方便且易于維護(hù),因而在實(shí)際生產(chǎn)中被選用。

濕法冶煉高壓釜是由臥式釜體、工藝內(nèi)插管、攪拌裝置、機(jī)械密封和密封潤滑冷卻系統(tǒng)等組成,釜體內(nèi)采用隔墻分隔成7個隔室,每個隔室?guī)в歇?dú)立的攪拌裝置,攪拌裝置垂直安裝在釜體上方。礦漿經(jīng)預(yù)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(nèi)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(jìn)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(yùn)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(xué)反應(yīng),達(dá)到鎳浸出的目的。

γ射線穿過物料時被物料吸收,強(qiáng)度減弱,用數(shù)學(xué)公示表示為:

其中:I0為穿過物料前的射線強(qiáng)度,I為穿過密度為ρ、路徑為d的物料后的射線強(qiáng)度,μ為吸收系數(shù),與放射源的類型有關(guān),放射源確定后,μ為常數(shù)。

由式(1)可得:

當(dāng)被測物質(zhì)密度ρ一定時,被測物質(zhì)液位的高度即為被測物質(zhì)的厚度d。采用射線接收器檢測穿過物質(zhì)后的γ射線強(qiáng)度,將其轉(zhuǎn)換為電量,并通過電子電路的處理就可測得被測物質(zhì)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(chǎn)生任何物理和化學(xué)上的影響,從而保證了測量的高可靠性及低維護(hù)量,但對其放射線的安全防護(hù)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(chǎn)品,由放射源裝置、一體式變送器、蒸汽補(bǔ)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(zhì)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(xiàng)目運(yùn)營周期內(nèi)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(yuǎn)程開關(guān),與現(xiàn)場氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)共用氣源,技術(shù)人員可以在距離放射源足夠安全的地方進(jìn)行開關(guān)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(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號,經(jīng)變送器處理后,轉(zhuǎn)換為4~20 m A標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(shí)現(xiàn)連續(xù)液位測量,獨(dú)立報警開關(guān)的設(shè)計,保證了釜內(nèi)液位測量更加安全可靠。

針對釜內(nèi)高溫蒸汽和酸霧等特殊工況而設(shè)計的主動補(bǔ)償裝置,持續(xù)測量釜內(nèi)氣態(tài)密度的變化,與液位變送器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,從而對測量值進(jìn)行實(shí)時修正,使得液位測量更加準(zhǔn)確。

OHMART放射性液位計的安裝如圖1所示,安裝應(yīng)該遵循三點(diǎn)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(shè)備內(nèi)部無攪拌裝置等阻礙,放射源與接收器安裝在設(shè)備中線180°相對位置;3)若設(shè)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(diǎn)標(biāo)定”的準(zhǔn)確度更高,但實(shí)際上“兩點(diǎn)標(biāo)定”通常就能夠滿足設(shè)計要求,“兩點(diǎn)標(biāo)定”即零點(diǎn)標(biāo)定和滿度標(biāo)定。零點(diǎn)標(biāo)定是在高壓釜為空,或者液位在零點(diǎn)以下的情況下進(jìn)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(diǎn)以上的液位作為標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定,則必須確知該點(diǎn)液位的真實(shí)位置。滿度標(biāo)定是在物料充滿設(shè)備或者在滿度位置上進(jìn)行標(biāo)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(jǐn)慎,射線穿過物料后強(qiáng)度衰減接近于零,因此,可以采取關(guān)閉放射源的方式模擬物料充滿的情況來進(jìn)行滿度標(biāo)定。

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

校驗(yàn)工具主要包括:HART手操器/移動PC(預(yù)裝Ohmiew2000軟件)、標(biāo)準(zhǔn)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(hù)服。

,按圖2連接設(shè)備,確保線路負(fù)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(yùn)行Ohmiew2000或使用手操器,檢查各參數(shù)設(shè)置;

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

第四,關(guān)閉放射源或充滿容器,采集***高液位時的計數(shù)值;

第五,校驗(yàn)后填寫校驗(yàn)單,貼合格證。

放射性液位計的放射源氣動開關(guān)裝置的標(biāo)準(zhǔn)檢修周期為6個月,可根據(jù)整個工藝系統(tǒng)維修周期安排。檢查內(nèi)容主要包括:檢查放射源儲罐開關(guān)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(guān)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(biāo)志牌是否完好、清晰可見,內(nèi)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(chǎn)品設(shè)計的日益優(yōu)化,生產(chǎn)管理操作水平的提高,以及人員防護(hù)意識的增強(qiáng)和防護(hù)措施的完善,一定能夠在實(shí)際應(yīng)用中取得理想的效果。項(xiàng)目中的放射性液位計自投運(yùn)以來,嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)程管理和維護(hù),運(yùn)行穩(wěn)定、測量準(zhǔn)確,在有色冶煉項(xiàng)目具有廣泛的應(yīng)用前景。