某廠區生產系統卸氨池處理能力分析

趙寶劍王寶記唐紅飛

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司， 上海 200030；2.中國地質大學（武漢）工程學院， 湖北 武漢 430074）

某廠區生產系統卸氨池處理能力分析

趙寶劍1王寶記1唐紅飛2

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司， 上海 200030；2.中國地質大學（武漢）工程學院， 湖北 武漢 430074）

液氨作為一種對大氣危害較小的制冷劑，已逐步取代氟利昂被廣泛用于各制冷行業。本文通過分析氨氣在水中的溶解特性，在理論假設的前提下，以某廠區生產系統為研究對象，分析生產系統安全運行情況下卸氨池的處理能力。

卸氨池；溶解性；生產系統；氨氣

0 引言

本文結合理論計算與實際生產的需要，計算卸氨池的最佳注水量以及理論上安全的一次最大注氨量，為整個廠區安全生產提供理論指導。

1 氨的溶解性

氨氣在常溫常壓下為無色有毒的氣體，具有特殊的惡臭氣味，比空氣輕。氨氣極易溶于水，該溶解過程是一個化學變化的過程，在溶解過程中生成氨水，同時放出熱量。雖然氨水的密度隨濃度的變化而變化，但飽和濃度下氨水的密度波動較小，在一個標準大氣壓、溫度為20℃時，飽和氨水的密度約為0.9g/cm3。

2 卸氨池的處理能力分析

2.1 判別標準

氨具有毒性，當泄漏的氨的量達到一定濃度，會對周圍人員造成嚴重傷害。因此，有必要對卸氨池的處理能力進行分析。主要考慮以下兩個方面的問題：

（1）在某種特定情況下，氨系統注入的氨完全泄漏時，卸氨池內的水能否將泄漏的氨完全吸收；

（2）卸氨池內的水將氨氣吸收后，質量增大，形成的氨水溶液密度比水小，因而體積變大，需比較吸收后氨水溶液的體積與卸氨池的容積，判斷氨水是否會從卸氨池溢出。

2.2 假設條件

考慮到水吸收氨氣的過程復雜，受多種因素的影響，在對卸氨池的處理能力進行分析時，針對各因素對吸收過程的影響程度作如下假設：

（1）某生產系統或者某一設備注入的氨發生完全泄漏；

（2）通過卸氨管道進入卸氨池內的氨氣在氨水未達到飽和濃度時能夠及時被吸收（即只要卸氨池內的氨水沒有達到飽和濃度，氨氣就能及時被吸收不會跑掉）；

（3）氨水屬于弱電解質，而電離本身是一個相當微弱的過程，因此，計算過程中不考慮氨水的電離；

（4）雖然氨氣溶于水的過程會放出熱量，但考慮到卸氨池易與外界發生熱交換，傳熱過程遠比化學反應需要的時間長，因此，卸氨池內的氨水實際溫度變化不會太大，且選取的計算溫度20℃高于當地的平均氣溫17.9℃，因此不考慮卸氨池內溫度變化的影響；

（5）假設當地的氣壓為一個標準大氣壓；

（6）假設當地的氣溫為20℃。

3 實例分析

某廠區生產系統一次注氨量為22.22t，為保證整個系統安全運行，當系統中的氨發生泄漏時，氨氣通過卸氨管道流向卸氨池，被卸氨池內的水吸收。卸氨池是邊長為4m的正方體，容積為64m3，一次注水量一般為整個卸氨池總容積的70%，注水體積約是45m3，卸氨池內水面高度約為2.8m。氨氣經一個6寸（即直徑為150mm）地下管道到達卸氨池內被水吸收，管道在水面以下，距卸氨池底部2m。卸氨池用邊長約為0.8m的正方形井蓋封蓋，與大氣連通。

（1）卸氨池內的水能否將生產系統中注入的氨氣全部吸收

在常溫20℃、一個標準大氣壓下，質量為1000g水能溶解約535g氨氣。整個生產系統運行的氨m0=22.22t＜mNH3=24.07t，即卸氨池內的水理論上吸收氨氣的質量大于整個生產系統內運行的氨量，所以，卸氨池能將極端情況下泄漏的氨完全吸收。

（2）氨水溶液是否會從卸氨池內溢出

卸氨池內的水將氨氣吸收后，卸氨池內溶液質量增大，密度變小，導致卸氨池內溶液的體積變大。計算將氨氣完全吸收后卸氨池內溶液的體積時，為排除溶液密度變化的影響，提高計算的準確性，把溶液看成兩部分，一部分是飽和氨水溶液，體積記為V1；另一部分是水，體積記為V2。

要將22.22t的氨氣完全吸收，需消耗純水的質量為m1。

即飽和氨水的質量為mNH3·H2O。

剩余純水的質量為m2。

即剩余純水的體積為V2。

可得卸氨池內溶液中飽和氨水的體積為V1。

完全吸收后，卸氨池內飽和氨水和純水混合液的總體積為V總。

卸氨池溢出溶液的體積為ΔV。

即卸氨池內的水將整個生產系統運行的氨氣全部吸收后，會有10.30m3的氨水從卸氨池內溢出。

綜合上述計算結果，卸氨池能夠將極端情況下泄漏的氨全部吸收，但吸收后氨水溶液的體積增大，會有10.30m3的氨水從卸氨池內溢出。

（3）改進措施

在卸氨池尺寸大小不變的情況下，考慮改變卸氨池內的注水量，使卸氨池吸收氨氣的量達到最大，又不會有氨水從卸氨池溢出。

4 結語

綜上，建議將卸氨池的最佳注水量設定為37.5m3，一次注氨量設定為20.08t，此時卸氨池吸收氨的能力達到最大，并且卸氨池內的飽和氨水溶液不會從卸氨池內溢出。

［1］邱忠岳.世界制冷史［M］.北京:中國制冷學會，2001:9-34.

［2］HG20660，壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類［S］.

［3］趙明.氨的安全使用［J］.安全，2013，9:26-28.

趙寶劍（1979-），大學本科，工程師，長期從事海洋石油開發過程中的安全管理工作，具有豐富的安全生產組織、現場安全管理經驗。