氨制冷系統(tǒng)中液氨儲(chǔ)罐的儀表閥門控制與安全措施研究

王維俊

摘要：液氨是劇毒品，一旦發(fā)生泄漏事故，后果不堪設(shè)想，輕者造成人身的傷害，同時(shí)也對(duì)工廠的設(shè)備造成化學(xué)腐蝕。重者造成人員傷亡及生產(chǎn)停車事故。因此，做好液氨儲(chǔ)罐的安全管理工作，直接關(guān)系到凈煤氣的安全、連續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高效。在化工生產(chǎn)中，某些工藝要求在低溫的條件下進(jìn)行，這就要求化工企業(yè)配備相應(yīng)的制冷系統(tǒng)以滿足工藝要求。本文以某項(xiàng)目為背景，著重分析氨制冷系統(tǒng)中液氨儲(chǔ)罐的安全措施，包括儀表與閥門的設(shè)置、溫度報(bào)警系統(tǒng)、壓力報(bào)警系統(tǒng)、液位報(bào)警系統(tǒng)及可燃和有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)等。

關(guān)鍵詞：氨制冷;DCS控制系統(tǒng);SIS安全儀表系統(tǒng);安全管理

1.引? 言

近年來，很多企業(yè)為滿足生產(chǎn)要求配備了相應(yīng)的制冷系統(tǒng)，而制冷系統(tǒng)通常采用氨作為制冷劑，氨是一種理想的自然制冷工質(zhì)，具有良好的熱力學(xué)性質(zhì)。氨屬有毒類介質(zhì)，毒性2級(jí)，對(duì)人的危害主要表現(xiàn)在對(duì)上呼吸道的刺激和腐蝕作用，直接接觸高濃度氨時(shí)，接觸部位可引起堿性化學(xué)灼傷，氨還可以引起呼吸道深部及肺部的損傷。因此化工生產(chǎn)安全性引起了人們的高度重視，人們對(duì)安全措施也提出更高的要求。

2.液氨儲(chǔ)罐的安全管理

液氨儲(chǔ)罐屬于Ⅲ類壓力容器。氣化廠對(duì)液氨儲(chǔ)罐的管理采用了系列化的三級(jí)管理方法：總廠級(jí)主管部門（機(jī)動(dòng)處）—分廠級(jí)管理—車間級(jí)管理。實(shí)行分級(jí)負(fù)責(zé)，層層落實(shí)包保責(zé)任制。有專業(yè)部門對(duì)全廠氨吸收制冷系統(tǒng)的液氨儲(chǔ)罐實(shí)行定期的檢驗(yàn)，并將大容量的液氨儲(chǔ)罐列為了重大危險(xiǎn)源的安全管理，做為工廠安全監(jiān)察的重點(diǎn)工作。液氨儲(chǔ)罐的液氨貯存量一般留有10%-20%的空間，這樣可有效保證液氨儲(chǔ)罐安全使用。十多年來，氣化廠始終將液氨儲(chǔ)罐的安全列為生產(chǎn)中的頭等大事，尤其在夏季高溫時(shí)，采用有效的降溫，在儲(chǔ)罐上設(shè)置了水幕噴淋的辦法，從而確保了液氨儲(chǔ)罐的安全使用。每年專業(yè)部門都對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的液氨儲(chǔ)罐實(shí)行安全技術(shù)檢驗(yàn)及安全評(píng)價(jià)，使液氨儲(chǔ)罐的使用始終處于受控狀態(tài)。

3.液氨儲(chǔ)罐的壓力表

壓力表是液氨儲(chǔ)罐的主要安全附件之一。由于液氨化學(xué)性質(zhì)的特殊性，壓力表的選擇至關(guān)重要，根據(jù)實(shí)際情況選擇耐腐蝕及相應(yīng)級(jí)別的雙金屬壓力表。壓力表需要每3個(gè)月進(jìn)行校驗(yàn)，確保壓力表使用靈敏可靠。為了確保更換壓力表的安全，須在壓力表下面裝設(shè)截止閥，在生產(chǎn)中對(duì)液氨儲(chǔ)罐的壓力表顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行每1小時(shí)作跟蹤記錄，以便更好地掌握液氨儲(chǔ)罐的壓力變化情況。

4.液氨儲(chǔ)罐的作用

以某項(xiàng)目的氨制冷系統(tǒng)為例，經(jīng)制冷壓縮機(jī)至蒸發(fā)式冷凝器冷凝下來的低溫液氨流入液氨儲(chǔ)罐，由液氨儲(chǔ)罐向生產(chǎn)裝置提供低溫冷源，以滿足化學(xué)反應(yīng)所要求的環(huán)境溫度，因此在氨制冷系統(tǒng)中液氨儲(chǔ)罐起著中間緩存的作用，是一個(gè)中間緩沖罐。

5.液氨儲(chǔ)罐上儀表及控制閥門的設(shè)置

5.1溫度儀表的設(shè)置

如圖1液氨儲(chǔ)罐的工藝儀表流程圖所示，在液氨儲(chǔ)罐上設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)溫度儀表TG0031，以就地顯示液氨儲(chǔ)罐上部的溫度值，供現(xiàn)場(chǎng)巡視人員進(jìn)行溫度的記錄以及和控制系統(tǒng)溫度值的比較;設(shè)置溫度傳感器TE0001，以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的超高溫度監(jiān)測(cè)，具有超高溫報(bào)警及連鎖控制功能，用于SIS安全儀表系統(tǒng);設(shè)置溫度傳感器TE0005，以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的下部溫度監(jiān)測(cè);設(shè)置溫度傳感器TE0006，以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的高溫監(jiān)測(cè)，具有溫度指示、高溫報(bào)警及連鎖控制功能，用于DCS控制系統(tǒng)。

5.2壓力儀表的設(shè)置

如圖1液氨儲(chǔ)罐的工藝儀表流程圖所示，在液氨儲(chǔ)罐上設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)壓力儀表PG0035，以就地顯示液氨儲(chǔ)罐的壓力值，供現(xiàn)場(chǎng)巡視人員進(jìn)行壓力的記錄以及和控制系統(tǒng)壓力值的比較;設(shè)置壓力傳感器PT0001，以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的高壓監(jiān)測(cè)，具有壓力指示、高壓報(bào)警及連鎖控制功能，用于DCS系統(tǒng);設(shè)置壓力傳感器PT0002和PT0003（一用一備），以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的超高壓力監(jiān)測(cè)具有超高壓報(bào)警及連鎖控制功能，用于SIS安全儀表系統(tǒng)。

5.3液位儀表的設(shè)置

如圖1液氨儲(chǔ)罐的工藝儀表流程圖所示，在液氨儲(chǔ)罐上設(shè)置液位傳感器LT0001，以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的高、低液位的監(jiān)測(cè)，具有液位指示及報(bào)警功能，用于DCS系統(tǒng);設(shè)置液位傳感器LT0002，以進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的超高液位的監(jiān)測(cè)，具有超高液位報(bào)警及連鎖控制功能，用于SIS安全儀表系統(tǒng);設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)LG，以就地顯示液氨儲(chǔ)罐的液位高低，供現(xiàn)場(chǎng)巡視人員進(jìn)行液位的記錄以及和系統(tǒng)的比較。

5.4控制閥門的設(shè)置

如圖1液氨儲(chǔ)罐的工藝儀表流程圖所示，在所有進(jìn)出液氨儲(chǔ)罐的氣氨或者液氨管道上均設(shè)置兩級(jí)閥門，一級(jí)手動(dòng)控制閥門和一級(jí)氣動(dòng)控制閥門，為提高其安全性，同時(shí)還應(yīng)配套設(shè)置緊急泄氨器。眾所周知，液氨儲(chǔ)罐屬于壓力容器，為保護(hù)液氨儲(chǔ)罐一級(jí)為提高其安全性還應(yīng)設(shè)置安全閥，安全閥的設(shè)計(jì)及選型請(qǐng)讀者參考其相關(guān)規(guī)范及要求。

6.DCS控制系統(tǒng)和SlS安全儀表系統(tǒng)

6.1溫度報(bào)警系統(tǒng)

按相關(guān)要求溫度報(bào)警系統(tǒng)至少分為兩級(jí)，第一級(jí)報(bào)警閾值為正常工作溫度的上限，本項(xiàng)目液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)的正常工作溫度 在30℃至35℃之間，按規(guī)范要求第一級(jí)報(bào)警閾值取 =35℃，對(duì)應(yīng)絕對(duì)壓力 =1.38MPa。第二級(jí)為第一級(jí)報(bào)警閾值的1.25倍至2倍，則第二級(jí)報(bào)警閾值 =（1.25～2） ，本項(xiàng)目取 =1.25 ，即 =43.75℃，對(duì)應(yīng)絕對(duì)壓力 =1.7MPa，且滿足規(guī)范要求的低于介質(zhì)的閃點(diǎn)或燃點(diǎn)，同時(shí)也低于容器的設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)溫度達(dá)到第一級(jí)報(bào)警閾值t1=35℃時(shí)，通過罐體上的溫度傳感器TE0006將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)連鎖打開降溫噴淋系統(tǒng)上的氣動(dòng)電磁控制閥XV0004，進(jìn)行噴淋降溫;當(dāng)液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)溫度達(dá)到第二級(jí)報(bào)警閾值 =43.75℃時(shí)，通過罐體上的溫度傳感器TE0001將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至SIS安全儀表系統(tǒng)，SIS安全儀表系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)連鎖液氨儲(chǔ)罐上的氣動(dòng)電磁控制閥XV0001、XV0002及XV0003關(guān)閉，即關(guān)閉所有進(jìn)出液氨儲(chǔ)罐管道上的氣動(dòng)電磁控制閥并連鎖關(guān)閉上下游工藝裝置。

6.2壓力報(bào)警系統(tǒng)

按相關(guān)要求壓力報(bào)警系統(tǒng)至少設(shè)置兩級(jí)，第一級(jí)報(bào)警閾值為正常工作壓力的上限，本項(xiàng)目液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)的正常工作壓力 在1.19MPa至1.38MPa之間，按規(guī)范要求第一級(jí)報(bào)警閾值為 =1.38Mpa。第二級(jí)為容器設(shè)計(jì)壓力的80%，本項(xiàng)目液氨儲(chǔ)罐容器的設(shè)計(jì)壓力 =2.10MPa，則 =80%， =1.68MPa，此報(bào)警閾值低于安全閥的設(shè)定值滿足規(guī)范要求。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)壓力達(dá)到第一級(jí)報(bào)警閾值 =1.38MPa時(shí)，通過罐體上的壓力傳感器PT0001將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)連鎖打開降溫噴淋系統(tǒng)上的氣動(dòng)電磁控制閥XV0004進(jìn)行噴淋降溫;當(dāng)液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)壓力達(dá)到第二級(jí)報(bào)警閾值 =1.68MPa時(shí)，通過罐體上的壓力傳感器PT0002或PT0003（一用一備）將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至SIS安全儀表系統(tǒng)，SIS安全儀表系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)連鎖液氨儲(chǔ)罐上的氣動(dòng)電磁控制閥XV0001、XV0002及XV0003關(guān)閉，即關(guān)閉所有進(jìn)出液氨儲(chǔ)罐管道上的氣動(dòng)電磁控制閥并連鎖關(guān)閉上下游工藝裝置。

6.3液位報(bào)警系統(tǒng)

按相關(guān)要求液位報(bào)警系統(tǒng)高、低位至少個(gè)設(shè)置一級(jí)，報(bào)警閾值分別為高位限和低位限。本項(xiàng)目液氨儲(chǔ)罐罐體直徑 =2600mm，規(guī)范規(guī)定儲(chǔ)罐最高液位時(shí)所對(duì)應(yīng)的容積不超過罐體容積的80%，由此計(jì)算超高液位報(bào)警閾值為 =1900mm。高液位報(bào)警閾值為 =1500mm，低液位報(bào)警閾值為 =500mm。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)液位達(dá)到高液位報(bào)警閾值 或低液位報(bào)警閾值 時(shí)，液位傳感器LT0001將檢測(cè)到的液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào);當(dāng)液氨儲(chǔ)罐系統(tǒng)液位達(dá)到超高液位報(bào)警閾值 時(shí)，液位傳感器LT0002將檢測(cè)到的液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至SIS安全儀表系統(tǒng)，SIS安全儀表系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)連鎖液氨儲(chǔ)罐上的氣動(dòng)電磁控制閥XV0001、XV0002及XV0003關(guān)閉，即關(guān)閉所有進(jìn)出液氨儲(chǔ)罐管道上的氣動(dòng)電磁控制閥并連鎖關(guān)閉上下游工藝裝置。

6.4可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)

按相關(guān)要求可燃?xì)怏w報(bào)警至少應(yīng)分為兩級(jí)，第一級(jí)報(bào)警閾值不高于25%LEL，第二級(jí)報(bào)警閾值不高于50%LEL。

6.5有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)

按相關(guān)要求有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)至少應(yīng)分為兩級(jí)，第一級(jí)報(bào)警閾值為最高允許濃度的5%，但當(dāng)最高允許濃度較低，現(xiàn)有檢測(cè)報(bào)警儀器靈敏度達(dá)不到要求的情況，第一級(jí)報(bào)警閾值可適當(dāng)提高，其前提是既能有檢測(cè)報(bào)警，又能避免職業(yè)中毒，故此本項(xiàng)目氨的有毒氣體報(bào)警的第一級(jí)報(bào)警閾值為22.5mg/m3，符合要求;第二級(jí)報(bào)警閾值為最高允許濃度的2～3倍，故氨的有毒氣體報(bào)警的第二級(jí)報(bào)警閾值為50mg/m3，也滿足要求。

7.結(jié)束語

基于液氨儲(chǔ)罐的特殊危險(xiǎn)性，在生產(chǎn)中應(yīng)有緊急事故預(yù)防及處理預(yù)案，并且每年應(yīng)最少進(jìn)行1次防止突

發(fā)事故處理演習(xí)，以便增強(qiáng)緊急事故處理隊(duì)伍的應(yīng)急能力，時(shí)時(shí)備全事故處理所用的工具，裝設(shè)在專用的事故柜里，并有專人負(fù)責(zé)保管，要經(jīng)常維護(hù)、保養(yǎng)及檢查，使之保持良好的使用狀態(tài)。液氨儲(chǔ)罐的安全管理涉及到很多方面，各相關(guān)部門都應(yīng)高度重視它的危險(xiǎn)性，只有全面系統(tǒng)地對(duì)液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行安全管理，不放過任何與其相關(guān)聯(lián)的工藝、設(shè)備、儀表等諸多環(huán)節(jié)，把液氨儲(chǔ)罐作為重大危險(xiǎn)源管理，使之處于受控狀態(tài)，才能有效地防止事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]竇鑫祿. 淺談氨制冷系統(tǒng)中液氨儲(chǔ)罐的安全措施[J]. 純堿工業(yè)， 2019， 247（1）：39-41.

[2]高夢(mèng)非. 氨分解裝置中液氨儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析[J]. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)， 2014（8）：150-155.

[3]熊從貴. 氨制冷劑冷庫重大危險(xiǎn)源辨識(shí)實(shí)踐[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2018， 18（06）：236-239.

[4]張智超. 液氨儲(chǔ)罐連續(xù)泄漏事故后果的影響因素分析[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保， 2017， 43（3）：38-42.

[5]潘東. 液氨儲(chǔ)罐事故后果模型分析及技術(shù)改造思路[J]. 過程工程學(xué)報(bào)， 2018， 18（S1）：67-71.

[6]戚懷松. 氨制冷壓力容器相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于氨液成分要求的探討[J]. 中國(guó)特種設(shè)備安全， 2016（1）：17-18.

[7]楊俊通. 氨制冷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展研究[J]. 宿州教育學(xué)院學(xué)報(bào)， 2017， 20（1）：114-115.

[8]杜荒. 液氨制冷系統(tǒng)特定空間氨氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究[D]. 天津大學(xué)， 2017.