陳 濤

（廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760）

經(jīng)驗(yàn)交流

在線核密度計(jì)在灰乳生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳 濤

（廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760）

對在線核密度計(jì)測量灰乳濃度的原理進(jìn)行了說明，簡要介紹了核密度計(jì)在灰乳生產(chǎn)中的使用、安全防護(hù)及故障處理情況。并結(jié)合筆者多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對該儀表用于生產(chǎn)過程自控提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

核密度計(jì)；活性石灰乳；故障處理；改進(jìn)建議

廣東南方堿業(yè)股份有限公司（以下稱“南堿”）是以生產(chǎn)純堿和芒硝為主的中型氨堿廠。從90年代初開工建設(shè)投產(chǎn)至今，已營運(yùn)近20年。其中真空蒸餾、鹽水精制、石灰消化裝置技術(shù)及部分儀表硬件是從索爾維公司引進(jìn)的。在線核密度計(jì)就是該項(xiàng)目引進(jìn)的硬件之一。在線核密度計(jì)安裝在送往真空蒸餾系統(tǒng)的石灰乳（以下稱“灰乳”）管線上，已成功、高效、安全使用了18年，為引進(jìn)的全國第二套真空蒸餾裝置順利投產(chǎn)、平穩(wěn)生產(chǎn)、節(jié)能降耗立了功?，F(xiàn)將該密度計(jì)的原理結(jié)構(gòu)及使用介紹如下。

1 灰乳濃度及其密度

在引進(jìn)裝置純堿生產(chǎn)中，對石灰乳有嚴(yán)格要求：

1）活性CaO（ACaO）盡可能提高，要求ACaO 180±5tt；以提高石灰的利用率，節(jié)約能源；

2）盡量降低雜質(zhì)的含量，以減輕設(shè)備和管線的磨損、結(jié)疤，延長蒸餾塔作業(yè)周期；

3）盡量提高灰乳的溫度（＞90℃），提高灰乳懸浮液分散度，以提高設(shè)備生產(chǎn)能力，節(jié)能降耗。

高質(zhì)量石灰所制得的石灰乳，AcaO含量可高達(dá)160～220tt。一般濃度在150～160tt。

上述要求與石灰石的質(zhì)量、石灰石煅燒溫度及石灰石消化過程的操作條件等有關(guān)?？傮w要求是必須制備出高“分散度”的石灰乳。這就要求石灰維持微生燒，這樣石灰利用率可達(dá)75%以上，石灰石和焦炭的消耗定額也可降低［1］。

灰乳中ACaO濃度可從其相應(yīng)的密度獲得。因灰乳中ACaO濃度與其密度有對應(yīng)的關(guān)系，表1為某廠實(shí)測的ACaO與其密度的相應(yīng)關(guān)系（90℃）。

表1 某廠實(shí)測ACaO濃度與密度的關(guān)系（90℃）［2］

從表中數(shù)據(jù)可以看出，ACaO濃度高，相應(yīng)其密度也高，反之亦然。在一般情況下，上述關(guān)系是成立的。然而，當(dāng)石灰石質(zhì)量不好或石灰窯煅燒不佳（生燒或過燒）以及灰乳雜質(zhì)多時(shí)，灰乳密度高，但ACaO濃度不一定高，此況每有發(fā)生。

在實(shí)際生產(chǎn)中，操作人員每半小時(shí)分析一次ACaO濃度值來調(diào)控化灰水量及石灰量。一般以調(diào)控加水量最為方便快捷；在水量調(diào)控?zé)o效時(shí)，改控石灰投入量。這樣調(diào)控麻煩，也難以平穩(wěn)操作。崗位操作要平穩(wěn)，難度很大。因它受原料、操作、設(shè)備等因素影響甚多。尤其是影響ACaO濃度因素眾多，光憑眼觀、勤分析也保證不了。因此，及時(shí)分析灰乳的密度，尤其是安裝在線的精準(zhǔn)、高效的密度計(jì)，以隨時(shí)監(jiān)測灰乳ACaO濃度勢在必行。為此，從南堿籌建伊始，在與索爾維公司技術(shù)引進(jìn)談判中，我方提出引進(jìn)灰乳在線核密度計(jì)。

在線核密度計(jì)于南堿開工后即成功運(yùn)行?；也僮魅藛T通過長期的分析和操作的對比，積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)，灰乳密度控制在1.19～1.24g／cm3之間的范圍內(nèi)，灰乳溫度控制在85～95℃，灰乳ACaO濃度控制在150～160tt范圍內(nèi)，為化灰生產(chǎn)帶來諸多方便。

2 核密度計(jì)簡介

核密度計(jì)屬同位素儀表中的強(qiáng)度測量儀表，用于測量流體、懸浮液、污泥（堿渣等）及疏松物料的密度。它不需要與被測介質(zhì)接觸，可在線測量，不受壓力、粘度及流速等因素的影響。

我公司石灰乳在線核密度計(jì)是堿廠開工時(shí)（1993年）先后從德國Berthold公司引進(jìn)的LB386－1C型及LB444型核密度計(jì)（放射源為銫－137）。兩者結(jié)構(gòu)及性能基本一致，后者較為先進(jìn)?，F(xiàn)以LB444型為例，將核密度計(jì)的測量原理、結(jié)構(gòu)、自控系統(tǒng)及防護(hù)措施分述如下。

2.1 測量原理

LB444型核密度計(jì)測量原理是γ射線穿過灰乳時(shí)會發(fā)生衰減的物理規(guī)律。γ射線由137Cs放射源產(chǎn)生，射線穿過灰乳后由探測器（閃爍計(jì)數(shù)器）接收，探測器輸出的信號由微處理器處理。

可用圖1及下述數(shù)學(xué)公式描述其測量原理：

圖1 測量原理圖

式中I0為探測器接收到石灰乳的射線強(qiáng)度；I為穿過密度為ρ（g／cm3），管內(nèi)徑為d（cm）所剩余的輻射強(qiáng)度；μ為吸收系數(shù)。對本灰乳核裝置而言，I0、μ、d均為定值，為一常數(shù)，所以接收到的射線強(qiáng)度I只與灰乳的密度有關(guān)。即通過連續(xù)在線測量I的值，就可測出相應(yīng)的灰乳密度ρ值。

2.2 核密度計(jì)測量系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

核密度計(jì)測量裝置系統(tǒng)如圖2所示，由137Cs放射源a及其鉛屏蔽罐b、探測器c、計(jì)算單元d（主機(jī)）、裝置托架e、探測器與主機(jī)接線f及溫度補(bǔ)償器g（可選擇安裝，本裝置未選用）組成。此套裝置可通過托架e的長螺栓固定在被測立式管線上。

圖2 核密度計(jì)測量裝置系統(tǒng)圖

2.2.1 放射源及屏蔽裝置

核放射源（銫－137）被嚴(yán)密的封閉在焊接的不銹鋼容器中。放射性137Cs不會泄漏出來污染灰乳。而密閉的放射源放在帶有手動鎖定的頂蓋及導(dǎo)管的圓柱型鉛罐內(nèi)，放射源就裝在導(dǎo)管內(nèi)。

鉛罐外殼是鑄鐵或不銹鋼，內(nèi)部充滿鉛，前端是一塊金屬板，后面有把手。用此把手可轉(zhuǎn)動內(nèi)部的一個(gè)圓柱形裝置，用來打開或關(guān)閉輻射道。輻射道是一準(zhǔn)直孔，打開后，射線就會從準(zhǔn)直孔射向照射物，把手旋轉(zhuǎn)180°輻射道關(guān)閉。把手的開或關(guān)用鎖鎖住，以防誤操作。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 核密度計(jì)放射源及屏蔽裝置結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 探測器

探測器為核輻射探測器的簡稱，是指在射線作用下能產(chǎn)生次級效應(yīng)的器件，而且這種次級效應(yīng)應(yīng)能被電子儀器所檢測。多數(shù)探測器是根據(jù)射線使物質(zhì)的原子或分子電離或激發(fā)的原理制成的。它們可以把射線的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?、電壓信號以供電子儀器記錄。

常用的輻射探測器有閃爍探測器（利用射線在閃爍物質(zhì)中產(chǎn)生的發(fā)光效應(yīng)）、氣體電離探測器和半導(dǎo)體探測器3類。本裝置用的是閃爍探測器。

閃爍探測器具有分辨率時(shí)間短、γ射線探測率高和能測量射線能量等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣的核輻射探測器。它是利用閃爍器（如NaI晶體）在射線作用下產(chǎn)生微弱的熒光并經(jīng)光電管轉(zhuǎn)換為脈沖放大的脈沖電信號，本裝置探測器型號為SZ5－D1 40／35閃爍計(jì)數(shù)器［5］。

2.2.3 主機(jī)

主機(jī)型號為LB444，置于框架內(nèi)，由微機(jī)控制，所有功能由軟件實(shí)現(xiàn)。微機(jī)處理器是32位。有6個(gè)觸摸式鍵盤，其中3個(gè)是操作鍵，用于設(shè)置或修改參數(shù)，另3個(gè)是功能鍵。面板上的顯示窗內(nèi)有4行顯示，另有RS232接口。

2.2.4 標(biāo)定

標(biāo)定由軟件實(shí)現(xiàn)。標(biāo)定點(diǎn)可以達(dá)到10個(gè)。在量程范圍（1.10～1.40g／cm3）內(nèi)選取10組數(shù)據(jù)，存入相應(yīng)的編號（編碼1110－1119存入密度的實(shí)際值，1100－1109內(nèi)存入各對應(yīng)的計(jì)數(shù)率）。待全部的參數(shù)設(shè)置完畢后，按下“compute”鍵，微計(jì)算機(jī)自動地完成標(biāo)定。此時(shí)，儀表即可進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.5 LB386－1C技術(shù)參數(shù)

主機(jī)：LB386－1C，微機(jī)控制，所有功能由軟件實(shí)現(xiàn)。

探測器：SZ5－D1 40／35閃爍計(jì)數(shù)器，防爆型。

放射源：銫－137。

活度：1110MBq（30mCi）

使用年限：正常情況下，12～15年。

屏蔽鉛罐：LB7440型。

測量參數(shù)要求：

所測量介質(zhì)：石灰乳；

測量范圍：1.10～1.40g／cm3；

安裝管道尺寸：φ159×6

安裝采用垂直安裝法：即帶屏蔽鉛罐的放射源及探測器組成的測量頭安裝于垂直管道上，以避免由于物料的沉淀或分流等造成測量誤差。測量頭離地面的垂直距離為2.5m。

2.2.6 防護(hù)與安全

人們談“核”色變，所以對核密度計(jì)安全防護(hù)極為關(guān)切。這里，筆者經(jīng)多年的體驗(yàn)鄭重的告示，核密度計(jì)有嚴(yán)密的防護(hù)措施，并有嚴(yán)格的管理規(guī)范，安全使用是沒有問題的。

1）嚴(yán)密的防護(hù)措施

本核密度計(jì)使用的放射源為銫－137（137Cs），屬中等輻射強(qiáng)度的放射源。其放射性活度為1110MBq（兆貝可，相當(dāng)于30毫居里）。銫－137放射源焊封于密閉的不銹鋼容器中，并將其放入鉛罐（31kg）中，使其放射性削弱700倍。這時(shí)測鉛罐表面的劑量當(dāng)量率為18μSv／h（微西弗特／小時(shí)），相當(dāng)于1.8mrem／h（毫雷姆／小時(shí)）；距鉛罐1m處劑量當(dāng)量率2.5μSv／h（0.25mrem／h），相當(dāng)于2.2 rem／a。離鉛罐表面214mm以外為非放射性區(qū)域。

國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）以及我國《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871－2002）規(guī)定［4］：輻射人員年有效劑量當(dāng)量限值＜50mSv（5rem）；公眾中個(gè)人年有效劑量當(dāng)量限值為＜5 mSv（0.5rem）。

從以上規(guī)定可看出，即使人連續(xù)一年站在本裝置1m處，其所受的核輻射量（2.2rem）比國標(biāo)（GB18871－2002）值（＜5rem）還少；甚至該輻射量遠(yuǎn)小于做一次X光胸片所受核輻射量（0.045mSv／s），足見本核密度計(jì)絕對安全，可放心使用。

2）防護(hù)措施（或要點(diǎn)）

核密度計(jì)的進(jìn)出境、使用、運(yùn)輸、貯存、檢修更換處理等環(huán)節(jié)要符合國家有關(guān)規(guī)定，如符合《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871－2002）［4］等。

銫－137放射源半衰期雖為30年，但為安全起見，核密度計(jì)（放射源為銫）規(guī)定在正常情況下，使用壽命為12～15年，到期聯(lián)系生產(chǎn)廠家進(jìn)行更換。更換程序要求應(yīng)符合上述規(guī)定。

核密度計(jì)的安裝地點(diǎn)、要求應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，并對其進(jìn)行環(huán)境核輻射測量，并在安全范圍處懸掛警示牌。

核輻射指定專職人員應(yīng)持證上崗，并負(fù)責(zé)核輻射有關(guān)的技術(shù)及管理事項(xiàng)，并進(jìn)行例行的身體檢查。

核密度計(jì)在運(yùn)輸、安裝、檢修、更換等操作中，一定要先關(guān)閉放射源并上鎖，才能進(jìn)行作業(yè)。

根據(jù)輻射防護(hù)規(guī)則，在劑量率＞3000μSv／h（300mrem／h）的區(qū)域（所謂嚴(yán)格控制區(qū)域），嚴(yán)禁人員進(jìn)入。

3 南堿核密度計(jì)的使用及故障處理

3.1 使用情況

南堿自94年2月投產(chǎn)以來一直使用LB386－1C型核密度計(jì)，設(shè)置的石灰乳密度測量上下限為1.10～1.30g／cm3。采用第一通道測量（不作溫度補(bǔ)償），密度顯示值在1.18～1.22g／cm3之間，除2004年出現(xiàn)故障外（見下文），該密度計(jì)運(yùn)行一直十分正常，平時(shí)無需特殊維護(hù)，充分體現(xiàn)了同位素儀表的優(yōu)點(diǎn)。

然而，從2007年3月起，密度計(jì)時(shí)常出現(xiàn)顯示不穩(wěn)定或波動較大的情況，對石灰車間的化灰生產(chǎn)產(chǎn)生了不利的影響，增加了工藝操作人員的勞動強(qiáng)度。經(jīng)與廠家多次協(xié)商，送回廠家返修，效果不佳，證明主機(jī)元件老化所致。為此，經(jīng)廠家推薦，我們只更換了性能更為可靠的主機(jī)單元（LB444）。LB444密度計(jì)硬件和軟件設(shè)計(jì)保證了使用的靈活性，使之能用于不同的測量條件，完成不同的測量任務(wù)。為了保證測量的可靠性，參數(shù)不能任意修改。LB444密度計(jì)可測量液體、懸浮液、漿液、固體物料的密度，壓力、粘滯性、物料的流動速率等因素都不影響測量。密度測量無溫度補(bǔ)償。自2008年4月中旬投運(yùn)以來性能良好，未出現(xiàn)大的故障。以下是2011年4月及8月的石灰乳密度值與工藝分析的濃度值的部分?jǐn)?shù)據(jù)的對照表。

從表2可看出，隨著密度值的增加，石灰乳的濃度也在增加。根據(jù)工藝人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在大部分情況下，可根據(jù)密度值來判斷石灰乳的濃度值，從而對化灰生產(chǎn)起到較好的指導(dǎo)作用。

3.2 密度計(jì)故障分類及處理實(shí)例

3.2.1 主機(jī)電源所引發(fā)的故障

1）2004年3月24日，石灰乳密度顯示值突變，由正常的1.25g／cm3突降至0.8g／cm3。現(xiàn)場檢查，工藝生產(chǎn)正常、石灰乳管道是滿管狀態(tài)，筆者將主機(jī)關(guān)機(jī)后重新啟動，顯示仍為0.8g／cm3左右。從主機(jī)上的板卡、電纜接線、閃爍計(jì)數(shù)器直至放射源逐一檢查，未發(fā)現(xiàn)故障，又用示波器對現(xiàn)場傳感器來的脈沖信號進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)異常，故決定進(jìn)行標(biāo)定。

表2 南堿化灰崗位密度與濃度數(shù)據(jù)對照表

標(biāo)定時(shí)，將試樣（如石灰乳懸浮液）的標(biāo)準(zhǔn)密度值（可在實(shí)驗(yàn)室測得）及閃爍計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率數(shù)值輸入到主機(jī)相應(yīng)的參數(shù)中，如Code（1110）和Code（1100），由主機(jī)自動計(jì)算出相應(yīng)的標(biāo)定參數(shù)。根據(jù)實(shí)際條件，我們一般采用單點(diǎn)或兩點(diǎn)標(biāo)定法。

由于工藝對密度值精確度要求不高，所以設(shè)計(jì)時(shí)不要求進(jìn)行溫度補(bǔ)償，故筆者決定利用普通物理試驗(yàn)法確定試樣的密度。相關(guān)的兩個(gè)試樣的分析及標(biāo)定數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 核密度計(jì)兩點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)表

標(biāo)定后，按相應(yīng)的鍵恢復(fù)主機(jī)至測量狀態(tài)，密度值在1.2391～1.2496g／cm3間波動，大致與工藝經(jīng)驗(yàn)值相符，標(biāo)定成功，故障排除。

2）2004年4月中旬，密度計(jì)突然顯示密度為3.00g／cm3，隨后顯示“》.....》….》”的字樣，關(guān)主機(jī)復(fù)位后再開機(jī)，故障依舊。檢查Code 1000（探頭測的計(jì)數(shù)率值）中的值為0Hz（應(yīng)為5000～6000 Hz）左右。工藝操作人員不知道密碼不可能更改參數(shù)，這表明現(xiàn)場探頭無脈沖輸入主機(jī)，試著重新設(shè)置主機(jī)參數(shù)，故障仍未排除。

經(jīng)與工藝協(xié)商，拆開主機(jī)，用酒精、棉花清洗各電路板，投運(yùn)后故障依舊。我們于是懷疑現(xiàn)場探頭來的7芯電纜有問題。于是關(guān)閉137Cs放射源，對7芯電纜逐根檢查，未發(fā)現(xiàn)短路及絕緣不良等情況。估計(jì)放射源一般不會有問題。于是重新開啟137Cs放射源后，再重新設(shè)置主機(jī)程序參數(shù)，一度有密度值顯示，即ρ石灰乳＝1.6g／cm3左右，查看Code 1000內(nèi)容，傳感器有脈沖輸入。然而密度顯示了20s左右后再次中斷，傳感器脈沖輸入同時(shí)中斷。不久之后又顯示“》.....》….》”的字樣。此時(shí)，筆者聯(lián)想到14日顯示器出現(xiàn)過的“Power down＞1month”自診斷故障信息。此信息表明電源故障持續(xù)很長時(shí)間（掉電多于1個(gè)月），說明書上給出的處理方法是請檢查并修改日期以確定合適的衰減補(bǔ)償。于是筆者調(diào)用Code 1（輸入日期、時(shí)鐘）重新輸入日期和時(shí)間參數(shù)，輸入后參數(shù)無法保存。于是初步判斷是存貯數(shù)據(jù)電池電壓不夠，致使日期、時(shí)鐘數(shù)據(jù)不正確引發(fā)放射源衰減不正確所致。這也符合從3～4月以來密度顯示值會突變的現(xiàn)象。分析判斷出故障原因后，立即更換類似型號的新電池后，密度計(jì)工作恢復(fù)正常。

3.2.2 主機(jī)單元老化所引發(fā)的故障

自2004年4月之后，LB386－1C核密度計(jì)一直正常運(yùn)行。不過，從2007年7月起開始，化灰操作人員反映密度值顯示波動較大。經(jīng)筆者檢查，即時(shí)計(jì)數(shù)率與平均計(jì)數(shù)率每隔1～2天就有較大變化，導(dǎo)致密度計(jì)的密度顯示值也不斷變化，需要不斷人工進(jìn)行調(diào)整，給操作及維護(hù)帶來了諸多不便。我們多次進(jìn)行兩點(diǎn)和單點(diǎn)標(biāo)定，情況也不見好轉(zhuǎn)。其中，10月17日進(jìn)行的兩點(diǎn)標(biāo)定結(jié)果如表4所示。

標(biāo)定后，吸收系數(shù)Code（1133）＝－0.01930。

表4 兩點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)表

從以上結(jié)果來看，當(dāng)工藝改變操作條件使密度計(jì)顯著變化時(shí)（從1.265g／cm3降至1.165g／cm3），閃爍計(jì)數(shù)器頻率變化不顯著，這說明標(biāo)定后密度計(jì)過分靈敏，從而失去了對工藝操作的指導(dǎo)意義。

當(dāng)天，我們又試著為該點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)標(biāo)定，數(shù)據(jù)如表5所示：

其中吸收系數(shù)是根據(jù)密度計(jì)原先的數(shù)值而設(shè)定的。

表5 單點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)表

標(biāo)定后，密度值顯示1.25～1.26g／cm3左右，加水后密度變化明顯，密度計(jì)運(yùn)行較為穩(wěn)定。但運(yùn)行2天之后，頻率值又顯示變化，密度值又偏離正常值。

在無法解決問題的情況下，將主機(jī)內(nèi)適配器板LB3932－1的高壓控制方式由“自動”切換至“手動”；并將HV控制電壓由2.8VDC調(diào)至3.0VDC，調(diào)整后故障現(xiàn)象依舊。

此外，筆者也發(fā)現(xiàn)在化灰機(jī)停用（即測量管道空管）時(shí)，密度計(jì)的密度顯示值為負(fù)（在－2.332～－3.160g／cm3之間波動），也明顯偏離正常值（原先空管時(shí)密度值在0.8～－1.0g／cm3之間波動）。

經(jīng)維修中心技術(shù)人員反復(fù)研究，確認(rèn)是LB386－1C主機(jī)元件老化所致，維修的費(fèi)用較高且修復(fù)的幾率不大，建議我們更換Berthold公司推出的升級版本的LB444主機(jī)。

2008年4月上旬，安裝了新購買的LB444型主機(jī)，進(jìn)行單點(diǎn)標(biāo)定后投入使用，新密度計(jì)工作正常。

3.2.3 安裝及使用環(huán)境所引發(fā)的故障

更換主機(jī)后的密度計(jì)運(yùn)行一直較為正常，但也出現(xiàn)了一些小故障，簡述如下：

1）2008年更換LB444型號主機(jī)后，根據(jù)公司生產(chǎn)部的要求，將其輸出的4～20mADC信號用電纜引至重堿蒸吸崗位。這樣石灰和重堿崗位可同時(shí)觀測到石灰乳的密度值。

2）從2009年5月開始，蒸吸崗位密度值時(shí)常無顯示或顯示不正常。尤其是2009年6月4日晚上雷雨后，蒸吸崗位密度值無顯示，經(jīng)筆者檢查，是由于使用的信號隔離器遭雷擊損壞所至。

更換新的信號隔離器；從長遠(yuǎn)計(jì)，由于各崗位DCS已具備聯(lián)網(wǎng)條件，改為在網(wǎng)絡(luò)上取數(shù)，以徹底杜絕因信號隔離器損壞而引發(fā)的故障。該建議實(shí)施后未再發(fā)生類似的故障。

3.2.4 工藝操作不當(dāng)所引發(fā)的故障

2011年7月，在一次停電后，重新啟動化灰機(jī)后，LB444主機(jī)顯示密度值為1.35g／cm3。由于工藝人員反映偏差較大，筆者調(diào)整了主機(jī)程序中的偏差系數(shù)：由“0”調(diào)整至“－0.17”。此時(shí)密度值顯示為1.21g／cm3。不過運(yùn)行一段時(shí)間后密度值又顯示偏低，約為1.02g／cm3左右。筆者又將偏差系數(shù)值調(diào)整回缺省值“0”，密度值為1.18g／cm3。

為了進(jìn)一步確認(rèn)密度計(jì)工作是否正常，我們進(jìn)行了試驗(yàn)：即短暫加大化灰機(jī)的進(jìn)水量（10min），結(jié)果石灰乳的密度顯示值逐漸降低，證明密度計(jì)的密度值顯示趨勢大體是正確的。密度值之所以顯示偏高，可能是化灰生產(chǎn)重啟初期管道內(nèi)有泥砂或灰乳不滿管所致。

為了保證密度顯示值的準(zhǔn)確，筆者還是進(jìn)行了一次單點(diǎn)標(biāo)定。標(biāo)定后的相關(guān)參數(shù)如表6。單點(diǎn)標(biāo)定投運(yùn)后密度計(jì)顯示值為1.22g／cm3，工作正常。

表6 單點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)表

4 完善及改進(jìn)方案

4.1 用于生產(chǎn)過程的自控方案

本在線核密度計(jì)雖已安全、正常運(yùn)行了18年，但目前僅用于監(jiān)測石灰乳濃度的功能，應(yīng)擴(kuò)大運(yùn)用到生產(chǎn)過程自控調(diào)節(jié)上，為此本人提出如下的方案：

4.1.1 用于化灰水的自控上

將在線密度計(jì)信號引入到灰乳濃度自控中，根據(jù)在線密度計(jì)的數(shù)值，自動控制加水量，大幅度減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，降低灰乳濃度波動。

4.1.2 用于灰乳濃度的自控系統(tǒng)中

目前，灰乳密度ρ，化灰水量G以及變頻振蕩給料機(jī)生石灰量W 均為單獨(dú)調(diào)節(jié)，各自為政，影響調(diào)節(jié)效果。為此，下一步打算將上述三變量G、W 及ρ三參數(shù)組成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以化灰水量G為主參數(shù)，W為副參數(shù)。根據(jù)灰乳密度值ρ調(diào)節(jié)G，再用W補(bǔ)調(diào)，這樣實(shí)現(xiàn)灰乳濃度ACaO的自動調(diào)節(jié)。提高ACaO濃度的穩(wěn)定性，為真空預(yù)灰桶的灰乳—預(yù)熱母液自控系統(tǒng)操作以及真空蒸餾廢液含氨、過?；疫_(dá)標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

4.1.3 進(jìn)一步完善灰乳濃度與相應(yīng)密度關(guān)系表

在絕大多數(shù)（占七成）正常操作情況下，灰乳濃度和其密度對應(yīng)關(guān)系基本不變，也可從相應(yīng)表中查出；但在不正常情況下（占三成），因原料（石灰石）、操作（石灰窯生燒或過燒）及設(shè)備（如化灰機(jī)網(wǎng)破）等因素，ACaO濃度與其密度有誤差，無表可查。所以今后應(yīng)作細(xì)致的工作，在DCS上建成灰乳濃度與相應(yīng)密度關(guān)系數(shù)據(jù)庫，一旦出現(xiàn)上述不正常情況，密度波動，由DCS系統(tǒng)自動判斷，提示操作人員采取相應(yīng)的解決措施。

4.1.4 用于真空預(yù)灰桶的灰乳流量自控系統(tǒng)中

灰乳流量的控制目的是使從真空蒸餾塔出來的廢液中的CaO含量低（＜2tt），使石灰單耗減少到能使氨的回達(dá)到滿意（＜0.15tt），達(dá)到降低石灰、氨、蒸汽成本及節(jié)能保護(hù)環(huán)境的目的。

E1輸入1＝預(yù)熱母液FT（流量計(jì)）的輸出；E2輸入2＝石灰乳FT的輸出；E3輸入3＝AIC（pH值指示調(diào)節(jié)器）的輸出；E4輸入4＝DT（密度計(jì)）的輸出；A1輸出1＝控制器的連續(xù)輸出

如圖4所示，首先要把灰乳流量和預(yù)熱母液流量之比控制在一個(gè)比值上（比值按現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)定，一般定為3）。而此比值與兩種母液的因素有關(guān)，如石灰乳的密度值，它可提供判斷灰乳中CaO濃度。為此，加入灰乳的密度值信號（本文所述的密度計(jì)數(shù)值）以及真空預(yù)灰桶中下部測得的pH值的信號，形成如圖4所示的串級復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)來修正該比值，使之測量值更為準(zhǔn)確。作為灰乳—預(yù)熱母液流量串級復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)，以此確定灰乳與預(yù)熱母液流量的比值來自動調(diào)節(jié)加灰量。如此便可控制調(diào)和液出口過量灰的含量在2～3tt，也就控制了廢液中過量灰的含量在1～2tt。灰乳密度與CaO濃度相應(yīng)關(guān)系以及調(diào)和液pH值與其出口過量灰相應(yīng)關(guān)系也在現(xiàn)場試驗(yàn)作出。

4.2 完善防護(hù)安全體系及設(shè)備維護(hù)措施

為了更好地發(fā)揮核密度計(jì)的功能，降低故障率及對維護(hù)人員的輻射傷害，筆者根據(jù)多年的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下完善安全防護(hù)體系及設(shè)備維護(hù)的建議：

1）為了保證正常使用，應(yīng)定期對主機(jī)單元進(jìn)行除塵處理，以保證其正常運(yùn)行，降低故障率。

2）在核密度計(jì)的安裝地點(diǎn)，目前已設(shè)立了明顯的警示裝置。建議在此基礎(chǔ)上，增加一個(gè)安全距離警示牌，以防止工藝操作及其它無關(guān)人員過分接近密度計(jì)而發(fā)生輻射事故。

3）該核密度計(jì)的放射源為銫137，屬Ⅴ類放射源，無需特別防護(hù)。南堿已制定了防止核輻射的應(yīng)急預(yù)案，增強(qiáng)員工的防護(hù)意識和能力。

4）日本“311”大地震引發(fā)核泄漏事故后，公眾普遍談“核”色變。公司今后應(yīng)加強(qiáng)對核輻射及同位素儀表知識的宣傳，消除普通員工對同位素儀表應(yīng)用的恐懼心理。

5）該在線核密度計(jì)已正常使用了近20年，雖然目前運(yùn)行正常，也從未發(fā)生過安全事故，但放射源已到使用末期，到了更換期限，面臨著放射源報(bào)廢和收貯的問題；加之目前公眾普遍談“核”色變的心理，今后也可考慮選用非核在線密度計(jì)。目前，美國SMAR公司的DT－301在線密度計(jì)正在我公司白泥系統(tǒng)中使用，效果尚可。是否可替代核密度計(jì)用于石灰乳密度的測量，正在作進(jìn)一步試驗(yàn)觀察，如能長周期穩(wěn)定運(yùn)行，可考慮替換現(xiàn)有的在線核密度計(jì)。

5 結(jié) 語

引進(jìn)在線核密度計(jì)在我公司連續(xù)、平穩(wěn)、成功使用了近20年，實(shí)踐證明它是一款安全可靠、技術(shù)先進(jìn)成熟、精度高、性價(jià)比高、易安裝少檢修、使用壽命長、便于操作自控的智能儀表。它能及時(shí)監(jiān)測灰乳濃度并加以指導(dǎo)控制，在平穩(wěn)生產(chǎn)、提高產(chǎn)量、節(jié)能（蒸汽、動力）降耗（石灰石、蒸汽、焦炭等）諸多方面發(fā)揮很大作用。但要有嚴(yán)密的管理和安全防護(hù)體系。當(dāng)前，在線核密度計(jì)在其它行業(yè)（如制糖等）有不少應(yīng)用，值得在堿行業(yè)推廣使用。

［1］ 中國純堿工業(yè)協(xié)會.純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990

［2］ 孫麗紅，張連周，易力.采用密度計(jì)監(jiān)測石灰乳流量［J］.大化科技，1995（3）：45～46

［3］ 聶永豐主編.三廢處理工程技術(shù)手冊（固體廢物卷）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

［4］ GB18871－2002，電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)［S］

［5］ 放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)培訓(xùn)講義［M］.北京：國家環(huán)境保護(hù)總局輻射環(huán)境技術(shù)中心，2006

TQ 056.16；TQ 177.2

B

1005－8370（2012）02－25－07

2012－01－20

陳 濤（1969—），1989年7月畢業(yè)于大連大學(xué)工學(xué)院計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)（大專），2006年6月畢業(yè)于中山大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)（本科）?，F(xiàn)任廣東南方堿業(yè)股份有限公司計(jì)量控制部專職工程師，化工儀表自動化工程師。