針狀焦是制備煉鋼用超高功率電極的優(yōu)質(zhì)原料。煤系針狀焦工藝是以高溫煤焦油中的軟瀝青為原料，經(jīng)瀝青原料預(yù)處理、延遲焦化及回轉(zhuǎn)窯煅燒等工序得到非常終產(chǎn)品針狀焦的過(guò)程。在針狀焦工藝中，延遲焦化工序是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而在延遲焦化工序中，非常核心的設(shè)備是焦化加熱爐和焦化塔。焦化塔的料位檢測(cè)在指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證設(shè)備安全運(yùn)行及降低能耗等方面都起著重要的作用。

 

1、延遲焦化工藝流程

       延遲焦化工序一般按“1爐2塔”配置，即1臺(tái)焦化加熱爐對(duì)應(yīng)2臺(tái)焦化塔，工藝流程見(jiàn)圖1。原料精制瀝青經(jīng)原料預(yù)處理后，在分餾塔內(nèi)與焦化塔頂來(lái)的高溫油汽進(jìn)行熱交換，閃蒸、凝縮后形成的混合油從分餾塔底排出，混合油經(jīng)焦化加熱爐裝料泵送至焦化加熱爐加熱后，通過(guò)四通閥從塔底進(jìn)入焦化塔。進(jìn)入焦化塔內(nèi)的高溫混合油在塔內(nèi)分解、縮聚，生成延遲焦和油汽。

       焦化塔設(shè)計(jì)為2臺(tái)，一般擬定48h或72h為1個(gè)生產(chǎn)周期，兩塔每隔24h或36h交換1次。當(dāng)A塔在進(jìn)料及成焦時(shí)，B塔在進(jìn)行吹蒸汽、水冷及水力除焦等操作。

 

2焦化塔的料位檢測(cè)

2．1焦化塔的工作條件

       正常生產(chǎn)時(shí)，焦化塔的操作溫度和壓力呈循環(huán)周期性變化。在每個(gè)操作周期內(nèi)，溫度由常溫變化到非常高工作溫度(約490℃)，壓力由常壓到非常高工作壓力(約0．6MPa)。此外，在水力除焦期間，塔內(nèi)壁還要承受幾十兆帕的高壓水沖擊。焦化塔除了操作條件呈循環(huán)周期性變化以外，在不同的操作周期內(nèi)，塔內(nèi)的物料形態(tài)、種類(lèi)和特性均有不同的變化。在進(jìn)料成焦階段，塔內(nèi)自下而上，介質(zhì)依次為混合油(焦炭)、濃泡沫、稀泡沫、油汽;而在水冷除焦階段，塔內(nèi)介質(zhì)自下而上依次為焦炭、水、水汽等。

 

2．2、焦化塔的料位測(cè)量方式

       根據(jù)生產(chǎn)需要，在焦化塔上設(shè)置溫度、壓力、料位等儀表測(cè)量項(xiàng)目，都是為了更直觀地反映焦化塔的生產(chǎn)狀況，其中以料位測(cè)量非常為重要，設(shè)置料位測(cè)量的主要目的如下。

       (1)在進(jìn)料成焦過(guò)程中，觀察焦化塔內(nèi)油層、泡沫層和焦層所處的位置，以指導(dǎo)焦化工藝操作，有助于及時(shí)注入消泡劑和停止工藝進(jìn)料，對(duì)提高焦化塔的利用率、節(jié)約能耗和消泡劑的用量非常有利。

       (2)在水冷除焦過(guò)程中，觀察水位高度，有助于指導(dǎo)送水冷焦操作。因?yàn)榻够�塔�?nèi)復(fù)雜的操作環(huán)境及物料特性，要判斷塔內(nèi)各物料所處位置，使用傳統(tǒng)的非接觸式料位儀表(如雷達(dá)、超聲波料位計(jì)等)均不能滿(mǎn)足要求。截至目前，國(guó)內(nèi)外此處采用的測(cè)量方式有溫度測(cè)量方式及放射性料位儀表測(cè)量方式。

 

       其中溫度測(cè)量方式是在焦化塔外壁多處埋置熱電偶，根據(jù)塔內(nèi)的反應(yīng)模式，泡沫層溫度非常高，焦層由于焦炭的隔熱作用，塔壁溫度比進(jìn)料溫度低，氣相層由于氣體的溫度低且傳熱效果較差，導(dǎo)致塔壁溫度比反應(yīng)區(qū)溫度低。根據(jù)不同的塔壁溫度判斷出各物料所處的位置［1］。但溫度測(cè)量方式得到的結(jié)果誤差較大、信號(hào)滯后，作為參與控制塔進(jìn)料、連鎖切換等操作的指標(biāo)不夠準(zhǔn)確。而采用放射性料位儀表測(cè)量能直接反映實(shí)際物料的位置且響應(yīng)速度快，可以更好地實(shí)現(xiàn)安全操作，并參與控制以提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。目前，測(cè)量焦化塔料位的常用儀表有γ射線(xiàn)料位計(jì)和中子料位計(jì)。

 

3、γ射線(xiàn)/中子料位計(jì)的比較

3．1、工作原理

3．1．1、γ射線(xiàn)料位計(jì)

       γ射線(xiàn)料位計(jì)是利用放射源產(chǎn)生的γ射線(xiàn)，在穿過(guò)被測(cè)容器及容器中的介質(zhì)時(shí)，射線(xiàn)被不同高度上的介質(zhì)所吸收，測(cè)得衰減的射線(xiàn)強(qiáng)度而得到相應(yīng)的料位。γ射線(xiàn)料位計(jì)一般由放射源、檢測(cè)器和變送器3部分構(gòu)成，見(jiàn)圖2。γ射線(xiàn)料位計(jì)的放射源按照形式可分為點(diǎn)源、多點(diǎn)源或棒源;檢測(cè)器可分為點(diǎn)狀檢測(cè)器或棒狀檢測(cè)器。根據(jù)不同的組合，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量測(cè)量及連續(xù)量測(cè)量［2］。

3．1．2、中子料位計(jì)

       中子料位計(jì)的工作原理是利用中子在含氫介質(zhì)中的散射、慢化原理實(shí)現(xiàn)對(duì)物料中含氫、碳密度的測(cè)量，以此判斷全部物料的動(dòng)態(tài)分布規(guī)律，非常終反映出各物料層的高度。中子料位計(jì)一般由中子源、探測(cè)器及變送器3部分組成，見(jiàn)圖3。

       中子源發(fā)出的快中子在穿過(guò)焦化塔塔壁和塔內(nèi)介質(zhì)時(shí)，由于塔內(nèi)介質(zhì)中的氣體、泡沫層、焦炭的碳?xì)浔炔煌�，�?duì)中子的吸收慢化不同，探測(cè)器接收到的中子通量也不同。根據(jù)此處中子通量及其隨時(shí)間的變化，可以確定塔內(nèi)物料相對(duì)密度的大小及變化情況，由此判定塔內(nèi)物料狀態(tài)是油汽、泡沫、水還是焦炭。

 

3．2技術(shù)特點(diǎn)

3．2．1、γ射線(xiàn)料位計(jì)

       γ射線(xiàn)料位計(jì)可直觀、準(zhǔn)確地反映出被測(cè)介質(zhì)的料位，通常可采用多個(gè)點(diǎn)源式料位計(jì)或單個(gè)棒源式料位計(jì)測(cè)量料位。其針對(duì)單一介質(zhì)的料位測(cè)量應(yīng)用效果較好，但當(dāng)介質(zhì)成分較多，介質(zhì)特性(如密度、吸收特性等)差距很小時(shí)，可能導(dǎo)致射線(xiàn)衰減偏差引起料位判斷不準(zhǔn)。γ射線(xiàn)料位計(jì)受存儲(chǔ)設(shè)備材料、形狀、規(guī)格等影響較大，因此選型前須根據(jù)詳細(xì)設(shè)備資料進(jìn)行計(jì)算。

3．2．2、中子料位計(jì)

       中子料位計(jì)適用于含氫介質(zhì)的界面測(cè)量，每達(dá)到一種介質(zhì)界面時(shí)即有接點(diǎn)信號(hào)輸出。焦化塔的不同料位變化都能夠反映到中子料位計(jì)慢中子的數(shù)量變化上，從而能夠得到焦化塔料位的變化，但這種檢測(cè)方式是通過(guò)慢中子數(shù)量的跳變而得出的料位界面變化，其物料本身的真實(shí)高度卻無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)，所以中子料位計(jì)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)料位開(kāi)關(guān)，只能檢測(cè)中子料位計(jì)安裝點(diǎn)的料位突變情況，而無(wú)法得知焦化塔內(nèi)各個(gè)料位的真實(shí)數(shù)值，如需要檢測(cè)連續(xù)料位值則可通過(guò)密度值折算成4～20mA信號(hào)得出。

       要滿(mǎn)足焦化塔的生產(chǎn)要求，每臺(tái)焦化塔至少需 要設(shè)置 3 臺(tái)中子料位計(jì)。底部測(cè)點(diǎn)用于進(jìn)料過(guò)程中

的進(jìn)油及水冷過(guò)程中的排水時(shí)機(jī)判定; 中部測(cè)點(diǎn)用 于消泡劑注入時(shí)機(jī)判定及觀察消泡效果; 上部測(cè)點(diǎn) 用于進(jìn)料過(guò)程中防止泡沫過(guò)高而冒塔的信號(hào)判定以 及注水過(guò)程中停止進(jìn)水的時(shí)機(jī)判定。 通過(guò)中子料位計(jì)信號(hào)的輸入，在控制系統(tǒng)中可 以記錄不同階段塔內(nèi)的界面，從而生成歷史趨勢(shì)圖。 這種歷史趨勢(shì)圖不但可以檢驗(yàn)過(guò)去時(shí)間內(nèi)焦化塔的 生產(chǎn)情況，還可以估算出塔內(nèi)未來(lái)的物料變化速度 等，更加安全、準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)控制。

 

3． 3 、安裝要求

3． 3． 1、 γ 射線(xiàn)料位計(jì) 

       γ 射線(xiàn)料位計(jì)安裝時(shí)，放射源及檢測(cè)器可分別固定于支架上，位于焦化塔的兩側(cè)( 與焦化塔不直接接觸) ，不但能防止介質(zhì)溫度變化導(dǎo)致設(shè)備形變 而影響料位測(cè)量，同時(shí)也可以避免溫度過(guò)高對(duì)電纜 等材料造成影響。

3． 3． 2 、中子料位計(jì) 

       中子料位計(jì)安裝時(shí)固定于焦化塔外壁上，發(fā)射 端與接收端處于同一位置。由于焦化塔溫度變化會(huì)引起設(shè)備變形，所以對(duì)固定裝置的安裝要求比較高， 須考慮后期維護(hù)問(wèn)題。此外，對(duì)于安裝元件及電纜 材料等耐溫要求也較高。 γ 射線(xiàn)料位計(jì)與中子料位計(jì)的技術(shù)性能簡(jiǎn)要對(duì) 比見(jiàn)表 1

 

4 危害及防護(hù)措施

       γ 射線(xiàn)料位計(jì)與中子料位計(jì)的放射源對(duì)人體均 具有危害性，長(zhǎng)期工作在其附近的人員易患放射性疾病，因此使用過(guò)程中必須采取有效的防護(hù)措施。

        ( 1) 使用劑量的非常優(yōu)化。在放射源使用劑量的 計(jì)算上應(yīng)嚴(yán)格按照工藝參數(shù)詳細(xì)計(jì)，用量應(yīng)在滿(mǎn) 足工藝測(cè)量要求的前提下盡量減小劑量。

       ( 2) 實(shí)現(xiàn)多重防護(hù)，如距離防護(hù)、屏蔽防護(hù)及時(shí) 間防護(hù)等。

        ( 3) 設(shè)計(jì)、施工、檢修及運(yùn)輸?shù)缺仨殗?yán)格按照政 府的放射儀表管理規(guī)定執(zhí)行。辦理放射源的使用、 儲(chǔ)存、變更及廢棄的手續(xù)，并讓專(zhuān)門(mén)從事放射儀表工 作人員持證上崗，配發(fā)反射劑量片，建立個(gè)人劑量檔 案。對(duì)于放射料位計(jì)的安裝現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置輻射防護(hù)護(hù)欄、懸掛輻射標(biāo)志，防止人員誤入造成輻射傷害。

        ( 4) 對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，告知其危害性，并制定作業(yè)管理機(jī)制及相關(guān)應(yīng)急預(yù)案等。

 

5 結(jié)語(yǔ)

       ( 1) 焦化塔的料位測(cè)量在延遲焦化中具有重要 意義，焦化塔特有的物料及生產(chǎn)特性決定了傳統(tǒng)的 物位儀表無(wú)法勝任，須采用放射性?xún)x表才能滿(mǎn)足測(cè) 量要求。

       ( 2) 目前，儀表原理及工程項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)例表明， 選用中子料位計(jì)更適合測(cè)量要求。

        ( 3) γ 射線(xiàn)料位計(jì)和中子料位計(jì)在使用過(guò)程中都須通過(guò)有效的防護(hù)措施來(lái)提高使用安全性，并用于更廣泛的領(lǐng)域。

       ( 4) 不同的料位計(jì)在選擇時(shí)須結(jié)合工藝特性、安 全性、經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮。在延遲焦化工序焦化塔的料位測(cè)量中，使用低輻射放射性料位計(jì)及其他形 式的料位計(jì)還有待于進(jìn)一步的研究和實(shí)踐檢驗(yàn)。