Page 127 - 电力与能源2021年第一期

柳鹏飞, 等: 无源核子料位计在火电厂应用中关键问题的研究 1 1
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150℃ 左右; 绝对没有放射源。不存在放射源衰减 会显著改变辐射能量。当季节或者昼夜的转换,
的问题, 也不存在放射源保管、 回收、 许可证、 监管 宇宙环境的背景辐射也会发生变化。特别是一些
等问题; 免维护, 使用过程中无损耗件, 无参数条 极端的天文事件, 如空间伽马射线爆等, 都显著改
件漂移, 不需要做任何维护工作; 料位趋势可见, 变宇宙环境的辐射能量。大气环境的辐射能量由
传感器带高亮度数码显示器, 物料量以数值显示, 于大气环境中空气成分的改变, 也显著改变其辐
可见物位变化过程与趋势。抗粉尘、 飞灰, 测量的 射能量。研究表明: 由于降水过程中, 空气中放射

是以安装位置为圆心, 半径 3 m 左右的空间内, 性物质氡及其子体等放射性核素与气溶胶、 固体
灰等介质的整体总量。容器内飞灰的情况与料满 颗粒物以及水滴结合, 降水过程通过冲洗或者清
状态有很大差异, 所以能够准确分辨出容器内是 除作用, 带到地面引起地表的 Y 辐射剂量数据增

飞灰还是料满。 加。对于测试的地区( 我国东部地区), 最大升幅
通过实际使用与观察, 并且收集同行业其他 可达 38.1% 。
用户的实际使用情况, 发现现有的无源核子料位 3.2 被测量对象料种变化问题

计存在以下几个比较关键的问题。 无源核子料位计测量主要是物料中放射性核
( 1 ) 在仓泵上使用时出现报警值无法准确设 素释放的辐射能量。以煤炭为例, 煤炭中放射核
定情况。对于同样的空仓状况, 同样的无源核子 素主要包括 232 Th 、 U 、 Ra 和 K 等。一 般 认
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料位计测量的数据有差异。如果发现个别灰斗泄 为, 煤炭来自古代植物, 而植物生长过程中会吸收
灰, 原有仓泵料位计设置的料位数据可能会出现 富集重金属, 包括具有放射性的重金属, 从而使煤
空仓触发料位的情况。 炭中的放射性物质含量大于土壤本底浓度。煤炭
( 2 ) 从仓泵数据可以发现, 满泵状态下, 无源 燃烧后, 这些放射性物质都遗留在不多的煤灰中,
核子料位计测量不同煤种得出的数据差异大。不 使放射性物质又富集 3~5 倍以上, 从而成为含高
同煤种含有的放射性含量物质成分差异, 导致同 放射性物质的废弃物。
样体积下无源核子料位计测量数据有差异。 因此, 若无源核子料位计测量过程中忽略被
( 3 ) 灰斗是封闭容器, 内部灰量无法知晓, 难 测量对象, 如煤炭或者粉煤灰中放射性含量的差
以准确获知无源核子料位计实际测量范围, 给判 异, 不对其进行识别与修正, 其料位测量准确性在
断和监控实际料位留下较大的隐患。 理论上就无法保证。
3.3 无源核子料位计量程问题
3 对于无源核子料位计几个关键问题的
无源核子料位计测量范围问题, 因国内缺乏
分析与研究
相应的设备检测要求以及缺乏第三方检测机构公
3.1 测量环境背景辐射问题 正检测数据, 成为一个极其模糊的问题。目前国
无源核子料位计测量的是空 间 内 总 辐 射 信 内厂家的无源核子料位计产品都采用相同规格的
息, 因此其测量的辐射值不仅包括容器内物料的 传感器晶体, 前几代无源核子料位计由于需要通
辐射数据, 还包括宇宙环境的背景辐射。通过无 过硬件结构屏蔽周围环境背景辐射噪声的影响,
源核子料位计对空间环境测量, 往往其测量数据 利用铅材料做定向屏蔽, 产品实际检测范围受到
远远大于物料从容器内释放的放射数据。即使测 进一步限制。上海沃纳的第 3 代无源核子料位计
量空的容器, 虽然容器对于空间背景辐射具有较 中, 改进了分析技术, 提升了算法, 无需设置定向
强的屏蔽作用, 其剩余的背景数据量也非常大。 铅材料进行背景噪声的抑制, 测量范围较前几代
当被测量容器为小尺寸容器时, 其背景辐射占比 产品有显著提升。
更加显著( 实际测量运用中称之为背景噪声)。环 为验证无源核子料位计实际测量范围, 进行
境背景辐射包括测量 环境中硬件设备的辐射能 了现场试验。通过在除尘器灰斗高度 1.5 m 低
量、 宇宙背景辐射能量、 大气环境内物质的辐射能 位测量点, 4.5m 高位测量点以及对应的仓泵分

量等因素。环境中硬件的辐射能量产生于地面、 别安装一台上海沃纳第 3 代无源核子料位计进行
墙体和其他硬件设备。地面材料的改变, 如增加 测量范围的试验。试验结果如图 2 所示。
水泥地面、 换地砖, 或者增加新的墙体材料等, 都 试验开始后, 关闭仓泵进料阀, 对灰斗进行憋