1、浅述核元素仪表在工矿中的安全应用【摘要】本文针对核元素仪表做了简要的介绍，描述了其在工矿冶炼行业中的具体应用，着重阐明了其在施工及应用中的安全注意事项。 【关键字】核元素仪表 核 安全 中图分类号：P634.3+6 文献标识码：A 1.前言 本世纪五十年代以来,随着核物理、核反应堆工程及核武器工业发展起来的放射性同位素与核辐射检测技术大量应用于工业，发展成为经济效益显著的工业技术领域工业核辐射检测、分析与控制仪表,简称“工业核仪表”(也叫“同位素仪表”)。 2.核仪表简介 工业核仪表不同于其它工业仪表,它是利用辐射与物质相互作用时发生的吸收、散射、电离、激发等效应取得有关物质的微观、宏观信息的
2、,因而具备一些突出的优点: (1)不接触被测对象,是一种非破坏性的检测工具。(2)检测灵敏度高、响应速度快、性能稳定可靠。(3)可在一些恶劣的现场条件下,如高温、高压、腐蚀或毒性等情况下对物料进行检测、分析与控制。 核仪表采用核元素做测量仪表,通过探测有、无待测物时粒子注量的变化或探测粒子与物质相互作用所产生的次级粒子的注量来检测有关量。分为透射式仪表、反散射式仪表。一般用于石油化工装置的核料位计和核密度计多为透射式仪表,由放置有密封放射源的容器(简称“源容器”)和检测仪表(简称“检测器”)两部分组成,其中检测器内置传感元件,接收射线强度信号并转换为电信号,电信号经信号处理器转换为物料料位高度
3、或核密度。源容器安装于容器或管道的一侧,检测器安装于相对的另一侧。根据其检测原理基本分为以下：(1)核密度计属于反散射式仪表,它的放射源和探测器在被测物同一测,主要用于不便于射线穿透式测量密度的场合。 (2)核料位计:也称之为核物位计、放射性料位计,它是利用核射线穿透各种物质时受到不同程度的强弱衰减的原理而制成的。根据容器内物料的装料多少不同,而对射线吸收程度的不同而确定容器中的物料,诸如液体、颗粒和碎屑等的料位高度。 由二十冶承建巴新瑞木镍钴项目冶炼厂项目，在整个工艺流程中一些如高温、高压、腐蚀严重、介质粘度过高等特殊部位，常规检测仪表不能满足生产和工艺要求。而核仪表有非接触测量、低维护、并
4、在恶劣条件下使用精确稳定可靠等特点，该项目关键部位设计采用核仪表检查和测量解决了其他仪表无法完成的测量难题。 3.工艺流程 瑞木镍钴项目冶炼厂主体工艺为矿浆中和、高压酸浸， 、CCD 逆流洗涤、高压酸浸给料矿浆浓缩、循环浸出及矿浆中和、中和除铁铝、浓密分离、除铁铝渣洗涤过滤， 、尾渣中和等，工艺流程为矿浆经远距离的输送管道进入矿浆储存处理罐，为二十冶施工起点，经高压酸浸给料矿浆浓缩，进入高压酸浸低温预热泵至中温预热泵至高温预热泵，然后进入高压釜，经高压釜送至循环浸出及矿浆中和，部分矿浆经尾渣中和送入深海填埋至大海，矿浆中和后的矿浆送入逆流洗涤，1#CCD 混合槽的矿浆自高到低溢流到 7#CCD
5、 混合槽，送入除铁铝渣洗涤过滤，后经尾渣中和送入大海深海填埋至大海，经贫液过滤后的矿浆送入氢氧化镍及氢氧化钴溶液制备站，成品即为氢氧化镍及氢氧化钴。 根据工艺特点要求，冶炼厂的设计采用核仪表的核源产生的工作射线为射线电磁射线，具有穿透性，以光速传播并传递能量，且被照射物体没有粒子残留，射线的辐射和灯泡发光类似，但它不可见，而且存在危险。自然界中放射物质很多，该厂使用的放射性仪表的射源采用Cs-137 和 Co-60。 射源是随着时间而逐渐衰减的，Cs-137 半衰期大约是 30 年；Co-60 半衰期大约是 5 年；放射源的活度是逐年减少的，就是辐射能量在减少，元素从不稳定状态向稳定状态蜕变。
6、 放射性仪表采用 OHMART/VEGA 和 E+H 两家公司的产品。其中 E+H高压釜给料泵进料和排料缓冲罐，每系列每罐 2 套射源 1 套接收器，用于液位测量，共 24 台放射源。 OHMART/VEGA冶炼厂除上述外的其他核仪表，用于液位测量及报警、密度测量，共 80 台放射源。 4.核源选型及分类 4.1 其中矿浆处理、循环浸出及矿浆中和 CCD 逆流洗涤、高压酸浸给料矿浆浓缩等系统采用放射性浓度计，核源类型 Cs-137。 高压酸浸系统采用放射性液位变送器，核源类型 Co-60。 4.2 核源检测的基本工作原理 放射源 Cs-137/Co-60 的放射物质呈粉状，放于双层密封的源罐中
7、，开锁后由核源产生的射线通过窗口对准器放出，由传感器&变送器检测放射剂量并转换成电信号送入控制系统。 装有放射源罐和检测器分别装在被测容器的两侧，一束射线从源罐射向检测器，容器内没有物料时，能量全部通过，检测器输出最大信号。容器内充满物料时，检测器检测到最小信号，检测器的输出和料位成反比。 4.3 仪表辐射防护概述 核辐射对人造成的伤害和以下几个方面有关： 辐射剂量、辐射时间、距离、屏蔽物体种类（如铅、钢、水泥等） ，危害程度和辐射时间、剂量成正比，和距离成反比。 由以上可以看出安装及维护核仪表及在核辐射区域内工作时，先用核剂量检测设备检测区域内的辐射剂量是否在安全许可范围，尽量缩短工作时间并
8、避免正面接触射线射出位置，在条件允许情况下尽量关闭核源。 5.施工准备及安装 5.1 安装工序 严格做好技术交底，确认顺序，先安装放射仪表支架及传感器、敷设电缆接线，核仪表安装顺序定位支架、保温层、传感器、电气线路配管配线再核源安装。 最后再根据工程进度和工艺要求安装核源。根据到货的资料和仪表安装技术要求安装仪表，现场安装定位需要设计人员定位及提供中文版的安装资料和技术要求。 在具体安装过程中，必须对核仪表的安装支架及仪表安装位置等由设计代表定位保证放射源、探头的方向及设计图纸及产品技术要求一致 5.2 安全操作要求 因为安装工人没有接触过核源及检测仪表，心里有恐慌，拒绝安装，项目部协同管理公
9、司请来专业人员讲解，对作业人员培训核仪表的专业知识，做好心理辅导及安全操作注意事项。 所有参加安装、调试人员只有经过核仪表专业人员书面培训合格的人员方可执行拆箱、安装、维护、移位、修理、测试等操作，严格按照核仪表安装和安全要求施工，开工作业前提供作业人员名单备案，严格按照技术交底及安全交底开展工作，穿好防护服，并随身佩带经过安全检测合格的辐射计数仪，每天做好安装过程中核辐射受体的计量统计并备案。 工作中，要严肃认真，一丝不苟，精益求精。 5.3 安全操作要领 依据核仪表到场技术资料要求、安装调试说明书施工。 5.3.1 开箱前首先需要用辐射计数仪对集装箱周围施工区域检测，确认是否安全。同时需要
10、对施工区域进行安全隔离，并做好安全隔离标识。5.3.2 从存放核仪表的集装箱内核对装箱单找出所需安装仪表。 选择相对干净干燥的地点，由经过培训人员开箱。核源开箱前检查完整程度、检查包装；查看包装是否有损伤；若存在包装损伤情况，须要求设备及物流方详细报告损伤情况并在 30 天内与生产厂家取得联系。 核对装箱单开箱，要求操作时要轻拿轻放，避免撞击仪表以免引起变形或者泄露等。 5.3.3 核源开箱后，首先检查每个源罐的开关手柄指向 off 位置，若发现手柄为 on 立即将其置 off。 大部分源罐是设计可以上锁的，如果发现源罐不带锁，锁不够牢固，或者锁不上等情况立即与设备厂代联系。 5.3.4 根据
11、各工艺段的调试进度和现场安全条件满足的情况在安装核源。 核仪表安装前需要对施工区域进行安全隔离，并做好安全隔离标识。5.3.5 需要用辐射计数仪对施工区域进行全程监控，核源开箱、从存放地点到安装地点的运输及安装过程中做到轻拿轻放，尽量避免震动、碰撞、击打等容易对核源造成损害泄露的情况发生，做到安全施工。 5.3.6 指定专门车辆运输，运输时要用绳子绑扎固定牢靠，随车人员监控。 5.3.7 核源安装、调试时需要厂代现场指导。 5.3.8 核源安装完毕周围应同时设立好安全警示标示、安全区域划定及防盗防丢失装置。 5.3.9 在核源开箱、运输、安装、调试及处理应急情况时必须配备防护服和辐射计数仪。
12、使用辐射计数仪测量时施工区域应满足下列标准： 检测仪表的使用场所 距边界外下列距离处的剂量 当量率 H 控制值,Sv/h 5cm 100cm 对人员的活动范围不限制 H2.5 H0.25 在距源容器的 1m 区域内很少有人停留 2.5H25 0.25H2.5 在距源容器外表面 3m 的区域内不可能有人进人，或放射工作场所划出了监督区和非限制区 25H250 2.5H25 只能在特定的放射工作场所使用，并按控制区、监督区、非限制区分区管理 250H1000 25H100 6.定位安装 6.1 核仪表安装的安全要求。 超过两米以上高空作业时，作业人员要戴好安全带，使用梯子时要有专人把扶，核源安装需
13、有牢固措施，区域周围设立警戒标示，无关人员禁止入内，用吊链作业吊装时要根据核源的重量选用合适的吊具及绳索。如有需要做移动安全平台。 用吊车高空安装核源吊装作业时，区域周围设立警戒标示，无关人员禁止入内，吊装时要根据核源的重量选用合适的吊具及绳索。 6.1 核仪表的安装方法 料位计的安装请遵循以下三点原则： 料位位计安装示意图 6.1.1 在侧视图上，放射源的中心位置与 100%料位持平，接收器蓝色外壳部分的底端与 100%料位持平。 6.1.2 在俯视图上，若设备内无搅拌器等阻碍，则放射源与接收器安装在设备中线 180 度相对位置。 6.1.3 若设备外壁有保温层，则放射源与保温层保持 50m
14、m 的间隔，接收器的蓝色外壳部分同样与保温层保持 50mm 间隔，最大不超过100mm。(如设备无保温层，则与设备外壁保持同样要求的距离) 6.2 液位开关的安装方法。 液位开关安装示意图 6.2.1 在侧视图上，放射源与接收器需安装在同一水平线上（即报警位置） 。但需要注意的是，对于 SR2 型号的放射源，接收器需向下移动51mm，如下图所示。 6.2.2 在俯视图上，若设备内无搅拌器等阻碍，则放射源与接收器安装在设备中线 180 度相对位置。 6.2.3 若设备外壁有保温层，则放射源与接收器都需要与保温层保持50mm 间隔，最大不超过 100mm。 6.3 密度计的安装原则 密度计采用管卡
15、式的安装，但安装位置要求安装在竖管上，且管道中物料的流动方向是由下至上的。 6.4 放射源及仪表的安装 设备主体就位，保温层完成后， 根据既定原则准备安装支架，将放射源及仪表螺栓固定在安装支架上（安装螺栓已提供，核源安装委托厂家专业技术人员安装） 。 6.5 仪表标定条件 6.5.1 要求所有设备空罐，用于标定零点。 ； 6.5.2 高压釜的液位计，要求设备可进水用于量程标定。 6.5.3 密度计所有管道可充满水或被测介质的密度已知，用于量程标定。 标定完成后，所有设备可加温加压至正常工作状态。 6.5.5 核源安装好后要及时做好“三叶”辐射警示标示及文字标示和安全距离等表示。禁止无关人员靠近
16、。 6.5.6 核源设备工作状态时需检修或者处理问题时，应先关掉放射源并派专人看管。 无关人员严禁进入施工现场，严禁触摸和核源有关的一切按钮、开关等。 7. 安全应急 整个施工过程需建立完善的应急领导小组，并设专人负责。要求在运输或者安装过程中轻拿轻放，严禁击打碰撞核源以免发生变形或者造成泄露。若发生放射源泄露，作业人员应立即撤离到安全地带，用警戒标示做好隔离并专人看管，同时报告安全主管及上级主管部门。立即拨打电话向当地急救中心取得联系，应详细说明事故地点、伤害种类和程度及本部门的联系电话，并派人到路口接应。同时立即向应急抢险领导小组汇报事故发生情况并寻求支持。 综上所述只要认真掌握核元素的安全知识，依据核仪表的操作安装规程施工，施工中切忌麻痹大意，做好安全防护措施，就会让核元素这个“洪水猛兽”在工业企业中得到最大的、最安全的应用。 参考文献 国标含密封源仪表的卫生防护标准
