淺談氨制冷系統(tǒng)中液氨儲罐的安全措施

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司,遼寧 大連 116023)

近年來，很多企業(yè)為滿足生產要求配備了相應的制冷系統(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，具有良好的熱力學性質。氨屬有毒類介質，毒性2級，對人的危害主要表現在對上呼吸道的刺激和腐蝕作用，直接接觸高濃度氨時，接觸部位可引起堿性化學灼傷，氨還可以引起呼吸道深部及肺部的損傷。因此化工生產安全性引起了人們的高度重視，人們對安全措施也提出更高的要求。

1 液氨儲罐的作用

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

2 液氨儲罐上儀表及控制閥門的設置

2.1 溫度儀表的設置

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

2.2 壓力儀表的設置

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

2.3 液位儀表的設置

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

2.4 控制閥門的設置

如圖1液氨儲罐的工藝儀表流程圖所示，在所有進出液氨儲罐的氣氨或者液氨管道上均設置兩級閥門，一級手動控制閥門和一級氣動控制閥門，為提高其安全性，同時還應配套設置緊急泄氨器。

圖1 液氨儲罐的工藝儀表流程圖

眾所周知，液氨儲罐屬于壓力容器，為保護液氨儲罐一級為提高其安全性還應設置安全閥，安全閥的設計及選型請讀者參考其相關規(guī)范及要求。

3 DCS控制系統(tǒng)和SIS安全儀表系統(tǒng)

3.1 溫度報警系統(tǒng)

按相關要求溫度報警系統(tǒng)至少分為兩級，第一級報警閾值為正常工作溫度的上限，本項目液氨儲罐系統(tǒng)的正常工作溫度tc在30 ℃至35 ℃之間，按規(guī)范要求第一級報警閾值取t1=35 ℃，對應絕對壓力Pt1=1.38 MPa。第二級為第一級報警閾值的1.25倍至2倍，則第二級報警閾值t2=(1.25～2)t1，本項目取t2=1.25t1，即t2=43.75 ℃，對應絕對壓力Pt2=1.75 MPa，且滿足規(guī)范要求的低于介質的閃點或燃點，同時也低于容器的設計壓力。

當液氨儲罐系統(tǒng)溫度達到第一級報警閾值t1=35 ℃時，通過罐體上的溫度傳感器TE0006將檢測到的溫度信號轉化為電信號傳送至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號同時連鎖打開降溫噴淋系統(tǒng)上的氣動電磁控制閥XV0004，進行噴淋降溫；當液氨儲罐系統(tǒng)溫度達到第二級報警閾值t2=43.75 ℃時，通過罐體上的溫度傳感器TE0001將檢測到的溫度信號轉化為電信號傳送至SIS安全儀表系統(tǒng)，SIS安全儀表系統(tǒng)發(fā)出報警信號同時連鎖液氨儲罐上的氣動電磁控制閥XV0001、XV0002及XV0003關閉，即關閉所有進出液氨儲罐管道上的氣動電磁控制閥并連鎖關閉上下游工藝裝置。

3.2 壓力報警系統(tǒng)

按相關要求壓力報警系統(tǒng)至少設置兩級，第一級報警閾值為正常工作壓力的上限，本項目液氨儲罐系統(tǒng)的正常工作壓力PC在1.19 MPa至1.38 MPa之間，按規(guī)范要求第一級報警閾值為P1=1.38 MPa。第二級為容器設計壓力的80%，本項目液氨儲罐容器的設計壓力PS=2.10 MPa，則P2=80%,PS=1.68 MPa，此報警閾值低于安全閥的設定值滿足規(guī)范要求。

當液氨儲罐系統(tǒng)壓力達到第一級報警閾值P1=1.38 MPa時，通過罐體上的壓力傳感器PT0001將檢測到的壓力信號轉化為電信號傳送至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號同時連鎖打開降溫噴淋系統(tǒng)上的氣動電磁控制閥XV0004進行噴淋降溫；當液氨儲罐系統(tǒng)壓力達到第二級報警閾值P2=1.68 MPa時，通過罐體上的壓力傳感器PT0002或PT0003(一用一備)將檢測到的壓力信號轉化為電信號傳送至SIS安全儀表系統(tǒng)，SIS安全儀表系統(tǒng)發(fā)出報警信號同時連鎖液氨儲罐上的氣動電磁控制閥XV0001、XV0002及XV0003關閉，即關閉所有進出液氨儲罐管道上的氣動電磁控制閥并連鎖關閉上下游工藝裝置。

3.3 液位報警系統(tǒng)

按相關要求液位報警系統(tǒng)高、低位至少個設置一級，報警閾值分別為高位限和低位限。本項目液氨儲罐罐體直徑D=2 600 mm，規(guī)范規(guī)定儲罐最高液位時所對應的容積不超過罐體容積的80%，由此計算超高液位報警閾值為h0=1 900 mm。高液位報警閾值為h1=1 500 mm，低液位報警閾值為h2=500 mm。當液氨儲罐系統(tǒng)液位達到高液位報警閾值h1或低液位報警閾值h2時，液位傳感器LT0001將檢測到的液位信號轉化為電信號傳送至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號；當液氨儲罐系統(tǒng)液位達到超高液位報警閾值h0時，液位傳感器LT0002將檢測到的液位信號轉化為電信號傳送至SIS安全儀表系統(tǒng)，SIS安全儀表系統(tǒng)發(fā)出報警信號同時連鎖液氨儲罐上的氣動電磁控制閥XV0001、XV0002及XV0003關閉，即關閉所有進出液氨儲罐管道上的氣動電磁控制閥并連鎖關閉上下游工藝裝置。

3.4 可燃氣體報警系統(tǒng)

按相關要求可燃氣體報警至少應分為兩級，第一級報警閾值不高于25%LEL，第二級報警閾值不高于50%LEL。

3.5 有毒氣體報警系統(tǒng)

按相關要求有毒氣體報警系統(tǒng)至少應分為兩級，第一級報警閾值為最高允許濃度的75%，但當最高允許濃度較低，現有檢測報警儀器靈敏度達不到要求的情況，第一級報警閾值可適當提高，其前提是既能有檢測報警，又能避免職業(yè)中毒，故此本項目氨的有毒氣體報警的第一級報警閾值為22.5 mg/m3，符合要求；第二級報警閾值為最高允許濃度的2～3倍，故氨的有毒氣體報警的第二級報警閾值為50 mg/m3，也滿足要求。