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合成氨工艺中的温度联锁保护系统如何设计才能有效预防失控反应?

来源:233网校 2025-11-18 12:08:45
导读:温度失控是合成氨工艺最危险的工况之一,本文结合《第二批重点监管危险化工工艺安全控制基本要求》,详解温度联锁系统的设计标准、关键参数阈值设定及典型故障案例分析。

合成氨工艺中的温度联锁保护系统如何设计才能有效预防失控反应?

在合成氨生产中,温度联锁保护系统是防止反应失控的核心屏障。根据《第二批重点监管危险化工工艺重点监控参数、安全控制基本要求》,其设计必须满足以下要求:

1. 多级温度监测设计(1)在反应器不同高度布置至少3个测温点(顶部、中部、底部),采用冗余的铂电阻和热电偶双系统监测 (2)测温系统需符合《GB/T 21613》的精度要求,误差不超过±1.5℃

2. 联锁逻辑设置(1)一级报警:当任一测温点超过480℃时,自动调节冷却水流量 (2)二级联锁:两个及以上测温点超过500℃时,启动以下动作序列: • 0.5秒内切断氢氮混合气供应 • 2秒内开启紧急冷却系统 • 5秒内注入反应终止剂(如液氨)

3. 故障安全设计(1)采用《AQ 3035-2010》规定的三重化(2oo3)表决系统 (2)电源故障时自动触发联锁动作 (3)每月进行联锁测试,测试记录保存3年以上

案例警示2023年某企业因联锁系统存在设计缺陷(仅单点测温),在热电偶故障时未能触发联锁,导致反应器超温爆炸。事后调查发现,如果采用标准的三点测温设计,事故完全可以避免。

最新规范要求《AQ3062-2025精细化工企业安全管理规范》B.4条款特别强调:新建合成氨装置必须配置独立的安全仪表系统(SIL2级以上),联锁响应时间不得超过3秒。企业应定期进行HAZOP分析,每三年至少开展一次联锁系统有效性验证。

科目:化工安全

考点:合成氨工艺

1、某化工企业同时运营合成氨装置和硝化工艺装置,安全部门对两套装置的安全控制系统进分析,发现以下问题,其中描述正确的是()。

A.合成氨工艺特有的安全控制要求是压缩机入口分离器液位联锁,而硝化工艺特有的是釜塔杂质监控

B.硝化工艺不需要物料比例控制,而合成氨工艺必须进行物料比例控制和联锁

C.合成氨工艺的温度压力联锁仅针对合成塔,而硝化工艺还需要控制分离系统温度

D.两种工艺的紧急冷却系统要求相同,但硝化工艺不需要设置紧急切断系统

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参考答案:A
参考解析:A 选项分析:合成氨工艺特有要求:压缩机入口分离器液位联锁、可燃、有毒气体检测报警、硝化工艺特有要求:釜塔杂质监控系统、分离系统温度控制。 B 选项分析:硝化工艺:要求自动进料控制和联锁、成氨工艺:要求物料比例控制,两者都需要物料控制。 C 选项分析:合成氨:合成塔和压缩机都需要联锁控制 硝化工艺:反应釜和分离系统都需控制 D 选项分析:两种工艺都需要紧急冷却系统:合成氨明确要求紧急切断系统;硝化工艺也需要紧急控制措施。

2、氮氢气压缩机是合成氨生产装置重要的机械设备,设置安全联锁可以确保氮氢气压缩机安全平稳运行。关于氮氢气压缩机安全联锁设置的说法,正确的是(  )

A.应设置压缩机入口压力高限报警

B.应设置压缩机出口压力低低联锁

C.应设置压缩机的温度、入口分离器液位、压力报警联锁

D.应设置压缩机入口分离器高高液位、低低温度报警联锁

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参考答案:C
参考解析:(1)合成氨装置温度、压力报警和联锁;(2)物料比例控制和联锁;(3)压缩机的温度、入口分离器液位、压力报警联锁;(4)紧急冷却系统;(5)紧急切断系统;(6)安全泄放系统;(7)可燃、有毒气体检测报警装置。

3、氮和氢两种组分按一定比例(1 :3)组成的气体(合成气)送入氨合成塔内。在高温、高压下经催化反应生成氨,氨合成塔是典型的化工反应设备。关于氨合成塔危险性的说法。错误的是()。

A.高温、高压气体物料从设备管线泄漏时会迅速膨胀与空气混合形成爆炸性混合物,易发生爆炸

B.高温、高压使可燃气体爆炸极限变窄,气体物料即使过氧(亦称透氧)也不能在设备和管道内发生爆炸

C.高温、高压可加速设备金属材料发生蠕变、改变金相组织,使其机械强度减弱,引发物理爆炸

D.高温、高压可加剧氢气对钢材的氢腐蚀,加强设备的疲劳腐蚀,使其机械强度减弱,引发物理爆炸

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参考答案:B
参考解析:高温、高压使可燃气体爆炸极限扩宽,气体物料一旦过氧(亦称透氧) ,极易在设备和管道内发生爆炸。故本题B选项说法错误。
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