Радиоизотопные приборы в обогащении и металлургии
Радиоизотопные приборы в обогащении и металлургии.
Радиоизотопное приборы − РИП (радиоизотопные плотномеры, толщиномеры, уровнемеры, гамма весы, гамма-реле, пожарные извещатели и др.) нашли широкое применение в народном хозяйстве. В настоящее время в странах СНГ в эксплуатации находится несколько сотен тысяч таких приборов. Их основные преимущества – бесконтактность, точность и надёжность. Основной недостаток – возможные негативные последствия от неправильной эксплуатации и бесхозяйственного отношения к источнику радиоактивного излучения.
Наибольшими потребителями РИПов являются предприятия черной и цветной металлургии (до 65% ежегодных поставок РИП), химической (17,1%), стройматериалов (6,4%), бумажной (5,6%), угольной (3,4%) промышленности.
За последние 15 лет спрос на изделия радиоизотопной техники сократился более чем в десять раз. Это частично объясняется появлением новой аппаратуры, основанной на неизотопных методах контроля (вибрационные, ультразвуковые, СВЧ и пр.); усилением давления органов контроля (ГАН, Госсанэпиднадзора) на предприятия, эксплуатирующие РИП, и сложным финансовым положением в котором оказалось значительное число предприятий, потребителей РИП. Так, например, выпуск радиоизотопных плотномеров в 1990 году составил 600 шт., в то время как в последние 5 лет спрос стабилизировался на отметке 30-120 приборов.
Серийно выпускаемые в нашей стране радиоизотопные приборы и устройства удобно классифицировать по их основному назначению, т. е. по технологическим признакам. В соответствии с этим все приборы можно разделить на три группы:
1) приборы для контроля количественных характеристик материалов изделий;
2) приборы измерения и контроля качественных характеристик материалов и изделий;
3) приборы для контроля протекания технологических процессов.
Для решения технологических задач первой группы используются релейные приборы, уровнемеры, расходомеры и дозаторы, приборы учета производительности. Для решения технологических задач второй группы применяются релейные приборы, измерители объемной массы, толщины, влажности, плотности, анализаторы состава. Для решения задач третьей группы чаще всего используют цепочку разных радиоизотопных приборов в сочетании с другими контрольно — измерительными приборами.
При автоматизации производственных процессов наиболее широкое применение нашли радиоизотопные релейные приборы (РРП). Принцип действия РРП основан на скачкообразном изменении выходного состояния прибора при некотором, определенном параметрами прибора, изменении потока ионизирующего излучения на входе. РРП используют для контроля наличия или отсутствия материала на объекте, позиционного контроля уровня жидких и сыпучих материалов; счета однородных предметов; контроля раздела двух сред; бесконтактной блокировки движения и остановки механизмов; дозировки жидких и сыпучих материалов; контроля забивки течек и желобов.
Радиоизотопные плотномеры предназначены для бесконтактного непрерывного измерения плотности жидких сред и пульп, суспензий, растворов и пр. Принцип действия плотномеров основан на зависимости степени ослабления потока ионизирующего излучения от плотности или объемной массы контролируемого материала.
Рассмотрим несколько характерных примеров использования радиоизотопных приборов:
1. Контроль заполнения перегрузочных устройств и управление транспортерами.
При несоответствии загрузки подающего и отбирающего транспортеров перегрузочное (пересыпное) устройство между ними может переполняться. Значительное переполнение приводит к забивке устройства, разгрузке подаваемого материала мимо перегрузочного устройства, порыву транспортерной ленты и т. п.
С целью предупредить подобные явления, а иногда и с целью регулировать скорость движения подающего транспортера осуществляют контроль заполнения перегрузочного устройства с помощью гамма-реле.
2. Управление подачей воды в смеситель.
При производстве агломерата и кокса огнеупоров к шихте предъявляются особые требования по влажности. Как сухая, так и чрезмерно влажная шихта ведет к браку и нарушению технологического процесса. Чтобы исключить возможность появления брака, необходимо строгое согласование подачи воды с поступлением шихты в смеситель. Система управления подачи воды в смеситель содержит гамма-реле, установленное на транспортере вблизи от места разгрузки шихты в приемную воронку смесителя.
3. Управление заполнением баков технической водой на углеобогатительных фабриках.
Использование гамма-реле в качестве позиционных индикаторов уровня технической воды широко распространено на ряде углеобогатительных фабрик. Циркуляционная вода накачивается в баки насосом. Перед каждым из четырех баков на трубопроводе устанавливается задвижка с электроприводом. Датчиками сигналов уровня наполнения баков служат приемники излучения гама-реле, установленные на трех заданных уровнях: верхнем и нижнем рабочих уровнях и нижнем аварийном.
4. Автоматическое регулирование плотности пульпы на сливе мельницы и классификатора.
В процессе обогащения руд способом флотации необходимо поддерживать постоянной плотность пульпы. В системе мельница – классификатор контроль плотности пульпы производится обычно с целью поддержания ее постоянства. Радиоизотопные плотномеры наиболее полно удовлетворяют не только требованиям производственного контроля, но и требованиям автоматики. В схемах контроля и регулирования плотности пульпы радиоизотопные плотномеры могут работать совместно с электрическими, пневматическими или гидравлическими системами.
5. Регулирование плотности пульпы, подаваемой на флотацию.
Радиоизотопные плотномеры используются на обогатительных фабриках медной руды в системе регулирования плотности пульпы, подаваемой на флотацию. Источник и приемник излучения плотномера устанавливаются на вертикальном участке трубопровода перед диафрагменным насосом, перекачивающим пульпу из аэратора в мельницу вторичного измельчения. Система регулирования поддерживает постоянной плотность пульпы, идущей на флотацию.
6. Контроль уровня и регулирование расхода дутья в шахтной печи.
Контроль и регулирование уровня загрузки шахтных печей – одна из наиболее часто встречающихся задач автоматизации. Контроль уровня с помощью радиоизотопных приборов осуществляется без непосредственного контакта с горячим контролируемым материалом, что является основным преимуществом. Позиционный контроль производится с помощью одного или нескольких приемников излучения, расположенных на заданных горизонтах печи.
7. Управление выдачей горячего возврата.
В агломерационных цехах часть некондиционной продукции в виде мелкого горячего (до 600оС) агломерата после выдачи с агломашины и рассева возвращается на повторную переработку. Такой возврат складируется в специальных бункерах, откуда небольшим потоком выдается в основной поток шихты. Возврат из бункера ссыпается питателем на расположенный под бункером транспортер. Чтобы не прожечь резиновую ленту, горячий возврат должен обязательно насыпаться сверху на транспортируемый и разравненный слой сырой шихты. Для контроля наличия сырой шихты на транспортере используется гамма-реле, приемник которого воспринимает излучение, проходящее через слой шихты. Электродные и другие контактные датчики уровня горячего возврата часто выходят из строя, истираются и дают ложные срабатывания. Применение РИП позволяет устранить указанные недостатки и автоматизировать выдачу возврата.
8. Автоблокировка и радиоизотопные выключатели.
Радиоизотопные релейные приборы находят широкое применение в различных системах автоблокировки, точной установки деталей и механизмов, счета предметов, различения пустой и заполненной тары или транспортных устройств. Как конечные выключатели гамма-реле используются для точной установки вагонеток и скипов под загрузку. На ряде шахт внедрены схемы блокировки, запрещающие спуск не полностью опорожненных скипов. Контроль наличия оставшегося угля в скипах производится «просвечиванием» нижней части скипа и регистрацией излучения с помощью гамма-реле.
9. Автоматизация дробления.
В большинстве случаев исходные сырьевые материалы подвергаются дроблению в несколько стадий. В автоматизации процесса дробления радиоизотопные приборы находят широкое применение. Например, в схеме автоматизации двухстадийного дробления используют гамма-реле, осуществляющие контроль:
− забивки материалом воронки подпора дробилок корпуса крупного дробления (ККД);
− уровня постели материалов на пластинчатых питателях под дробилками ККД;
− забивки течек после питателей;
− забивки течек после конвейера;
− забивки материалом воронки подпора дробилок корпуса среднего дробления (КСД);
− уровня постели материалов на пластинчатых питателях под дробилками КСД.
10. Автоматическое регулирование измельчения руды при обогащении.
Измельчение кусковых материалов – один из наиболее широко распространенных процессов обработки сыпучих веществ. Измельчению в различной степени подвергаются руды цветных и черных металлов, уголь, сырьё для огнеупорных изделий, строительных материалов, камень, агломераты, кокс и многие другие материалы. Измельчение может быть мокрое, сухое и смешанное. Кроме контроля уровня и других параметров материалов и процессов, автоматическое регулирование осуществляется и по плотности пульпы при мокром измельчении. В процессе измельчения успешно применяются радиоизотопные измерители загрузки шаровых мельниц.
11. Автоматизация выпарных отделений гидрометаллургических производств.
Гидрометаллургическое производство характеризуется большим количеством различных рабочих и промежуточных емкостей, смесителей, центрифуг, фильтров, выпарных устройств, трубопроводов и т. п. Основными материалами гидрометаллургического производства, используемыми в большей части технологических процессов, являются пульпы, растворы другие жидкости. Как правило, всё технологическое оборудование и резервуары герметически закрытые, процессы часто идут при повышенных температурах, нередко используются агрессивные среды. В таких условиях наиболее подходящими средствами контроля параметров материалов и процессов являются бесконтактные радиоизотопные плотномеры и гамма-реле.
Совокупное использование различных свойств излучений и их взаимодействий веществом позволяет осуществить контроль многих параметров материалов, состояния технологических процессов и оборудования. Применимость изделий радиоизотопной техники в горно-обогатительной промышленности и металлургии приведена в табл. 1.
Уровень угля, руды, известняка и других сыпучих материалов в бункерах, скипах, вагонетках; уровень воды, шлама, пульпы на обогатительных фабриках; уровень загрузки дробилок, мельниц, грохотов, перегрузочных устройств
Плотность угольных и рудных пульп и суспензий при мокром обогащении
Влажность угля, кокса, руды, концентратов в бункерах и на транспортерных лентах
Расход дробленого угля, руды и других сыпучих материалов на транспортерных лентах, в перегрузочных устройствах, в падающем потоке; расход пульпы по твердому, в трубопроводе
Концентрация цинка, свинца, бария и ниобия в шламах, концентрация цинка в руде, окиси кальция в сыром магнезите. Зольность угля, метана в воздухе; угля в пульпе гидротранспорта
Толщина слоя угля для управления движением комбайна. Контроль износа транспортеров. Толщина слоя материалов на транспортере, грохоте, в отсадочной машине
Содержание основного элемента в рудах, серы в угле и руде. Содержание примесей в концентратах
Крупность после дробилок и грохотов. Содержание мелкой фракции
Положение вагонеток, скипов, задвижек, затворов. Счет вагонеток. Забивка течек материалов
структурный, фазовый анализ железа в рудах, минералогический анализ сырьевых материалов
Уровень руды, кокса, известняка и других сыпучих материалов в бункерах, вагонетках, силосах, дробилках, перегрузочных устройствах. Уровень шлама в скрубберах, жидкостей в емкостях, жидкой стали в кристаллизаторах. Уровень шихты на козырьке спекательных машин. Пыль в пылесборниках. Шихта в доменных и шахтных печах и т. д.
Плотность известкового молока, суспензии, огнеупорных материалов, коксовальной и агломерационной шихты, кокса. Слитков и проката для нахождения положения усадочной раковины. Зоны жидкой фазы в слитках. Обожженных материалов и т. д.
Влажность концентратов, кокса, огнеупорного сырья и материалов, агломерационной, коксовальной, доменной и другой шихты в потоке и других материалов
Расход руды, концентратов, известняка, шамота, глины и других сыпучих шихтовых материалов при дозировании и учете в потоке, на транспортере, питателях, течках
Концентрация компонентов шихтовых материалов и рабочих смесей, пыли в отходящих газах металлургических агрегатов
Толщина катаного листа, ленты, стенок труб; слоя покрытия оловом, цинком; слоя материалов на транспортере, шихты в спекательных машинах
Рельеф поверхности материалов на рудных дворах и шихты в доменных печах
Крупность (грансостав) после мелкого дробления компонентов аглошихты, компонентов рабочих смесей для коксования, производства огнеупоров, доменного кокса
Пористость, газопроницаемость шихтовых смесей, идущих на спекание; готового агломерата, кокса, окатышей и др. в потоке
Объемная масса гранулированного шлака, окатышей, агломерата, шихтовых и огнеупорных смесей, готовых огнеупоров и т. п. в потоке
Содержание основного элемента в концентратах, компонентах шихты и рабочих смесей, шлаке, металле. Содержание кислорода в металле, вольфрама в стали, свинца и цинка во флотационных концентратах и шлаках. Определение малых количеств примесей в металлах
Минералогический состав руд и основных материалов. Содержание FeO и Fe2О3 в агломерате. Определение качества агломератов, окатышей. Качество обжига
Контроль положения слитков, сляб, кантователей, коксовыталкивателя, вагонов, задвижек, затворов, автостеллы и т. п. Контроль наличия материалов на транспортирующих устройствах, в нагревательной печи, штампе, прессе, течке и др. Контроль схода шихты с транспортеров. Различие двух-трех видов материалов, подаваемых одним транспортирующим устройством
Устройство современных радиоизотопных приборов позволяет с помощью одного и того же прибора решать несколько разнородных технологических задач.
За последние 10 лет отечественная наука сделала значительный шаг в усовершенствование радиоизотопных приборов. Примененные технические решения позволяют существенно уменьшить активность применяемых источников. Без существенного ухудшения технических характеристик приборов возможно уменьшение активности источника в десятки и сотни раз. В отдельных случаях допускается использование источников, которые в виду своей низкой активности не попадают под контроль ГАН и не требуют согласования с ГСЭН при их получении. Сервисные и функциональные возможности приборов соответствуют лучшим мировым аналогам. В связи с разработкой чувствительных и стабильных сцинтилляционных детекторов и микропроцессорных систем обработки информации, использующих специальное программно – математическое обеспечение в серийном производстве появились унифицированные приборы, в которых, выбирая программное обеспечение, имеется возможность реализовать функции радиоизотопного плотномера, уровнемера, гамма – реле, измерителя загрузки шаровых мельниц и др. Примером создания таких устройств может служить разработка радиоизотопного преобразователя РП-24. Этот прибор прошёл успешные испытания как плотномер, уровнемер и гамма-реле на СП «ЭРДЭНЭТ», горно-обогатительный комбинат», ГОК», ГОК», горно-обогатительный комбинат» («), , Николаевский глиноземный комбинат, РУП «ПО «Беларуськалий», , азот», и др.
Но, к сожалению, внедрение новейшей техники тормозится наличием непродуманной политики в области использования изотопов. Существующие нормативные документы ГАН не дают конкретных рекомендаций по организации физической защиты РИП, что приводит к необоснованному сокращению РИП. Существующие правила не делают отличий в порядке оформления разрешения на получение, и последующую эксплуатацию, например, источника Cs-137 активностью 1·105 Бк и 1·1011Бк, хотя активность последнего, и соответственно, вредное воздействие на обслуживающий персонал и окружающую среду в миллион раз меньше. Это не стимулирует предприятия к снижению радиоизотопной нагрузки и соответственно улучшению условий безопасности и охраны окружающей среды.
Вышеназванное приводит к тому, что покупателями новой техники и технологии являются зарубежные предприятия. Только за последние два года новые приборы были поставлены и успешно работают в Монголии и Узбекистане, Украине, Казахстане, Республике Беларусь. В проигрыше остаются только Российские предприятия, которым на сегодня проще избавиться от радиоизотопных приборов и вернуться к менее эффективным методам контроля, чем пробивать разрешения на их получение и узаконить их эксплуатацию. Это также сужает сферы сбыта промышленных источников излучений, что приводит к постепенному сворачиванию наукоемких технологий производства этих изделий в России.
Специалистами разработан широкий спектр радиоизотопных приборов технологического контроля и автоматизации горно-обогатительных и металлургических производств, разработаны конкретные рекомендации и мероприятия по обеспечению физической защиты источников, поставляемых в комплекте с приборами. Использование новейших радиоизотопных приборов позволяет существенно снизить вредное влияние радиоизотопных приборов на обслуживающий персонал и окружающую среду
Наши радиоизотопные приборы в комплексе со стендами поверки и другими датчиками могут быть объединены в систему технологического контроля СТИК-1 (до 250 датчиков), позволяющую облегчить обслуживание и снизить стоимость оборудования.
Завершены сертификационные испытания РП-24 с целью утверждения типа средства измерения плотности. В настоящее время производится работа по созданию взрывозащищенного варианта радиоизотопного преобразователя РП-24.
Разработана измерительная приставка к радиоизотопному плотномеру ПР-1027М, которая представляет собой участок трубы диаметром мм с блоком источника с изотопом Na-22 активностью 5х105 Бк или с изотопом Cs-137 активностью 6х106 Бк, который врезан в основной трубопровод. Диапазон измерения кг/м3 в интервале плотности кг/м3 , относительная погрешность 0,25-1,0%.
Для облегчения монтажа, настройки, градуировки и проведения периодической поверки нами разработаны комплект мер поверхностной плотности и стенд установочный и поверочный.
Завершается разработка радиоизотопного плотномера ПР-1028.
Основные особенности и преимущества нового прибора:
· Высоконадежная импортная элементная база.
· Точностные характеристики на уровне лучших мировых образцов приборов аналогичного типа Berthold (Германия) и K-RAY (США).
· Автоматический учёт скорости распада изотопа.
· Встроенная термокомпенсация, а также возможность температурной коррекции плотности измеряемых жидкостей.
· Специальные алгоритмы обработки сигнала, сочетающие высокую точность измерений и быстродействие.
· Встроенный цифровой и графический самописец на 10000 измерений, позволяющий отказаться от использования вторичных приборов.
· Пылевлагазащита датчика до IP66.
Предлагаем самую широкую номенклатуру изделий радиоизотопных приборов технологического контроля:
— Гамма-реле: РРП-1Т, РРП-3, РРПВЗ-1, РП-24 (с программой РРП-3Ф);
— Плотномеры: ПР-1026, ПР-1027М, РП-24 (с программой РРП-3П);
— Блоки гамма источников: БГИ-30А, БГИ-45А, БГИ-60А, БГИ-75А, БГИ-90А;
— Блок источника Na-22 для плотномеров и гамма-реле (вместо БГИ);
— Индикаторы уровня РП-24 (с программой РРП-3У);
— Измерители загрузки мельниц РП-24 (с программой РИЗМ-М).
С целью снижения активности используемых источников излучений проводим комплексное обследование предприятий с разработкой программ замены приборного парка на новую продукцию.
В связи с тем, что мы являемся производителями приборов, наша организация проводит гибкую ценовую политику. С более подробной информацией о номенклатуре выпускаемой продукции можно ознакомится на нашем сайте в Интернет: www. *****.
Источник