浅谈氨制冷系统中液氨储罐的安全措施

(中昊(大连)化工研究设计院有限公司,辽宁 大连 116023)

近年来，很多企业为满足生产要求配备了相应的制冷系统，而制冷系统通常采用氨作为制冷剂，氨是一种理想的自然制冷工质，具有良好的热力学性质。氨属有毒类介质，毒性2级，对人的危害主要表现在对上呼吸道的刺激和腐蚀作用，直接接触高浓度氨时，接触部位可引起碱性化学灼伤，氨还可以引起呼吸道深部及肺部的损伤。因此化工生产安全性引起了人们的高度重视，人们对安全措施也提出更高的要求。

1 液氨储罐的作用

以某项目的氨制冷系统为例，经制冷压缩机至蒸发式冷凝器冷凝下来的低温液氨流入液氨储罐，由液氨储罐向生产装置提供低温冷源，以满足化学反应所要求的环境温度，因此在氨制冷系统中液氨储罐起着中间缓存的作用，是一个中间缓冲罐。

2 液氨储罐上仪表及控制阀门的设置

2.1 温度仪表的设置

如图1液氨储罐的工艺仪表流程图所示，在液氨储罐上设置现场温度仪表TG0031，以就地显示液氨储罐上部的温度值，供现场巡视人员进行温度的记录以及和控制系统温度值的比较；设置温度传感器TE0001，以进行液氨储罐的超高温度监测，具有超高温报警及连锁控制功能，用于SIS安全仪表系统；设置温度传感器TE0005，以进行液氨储罐的下部温度监测；设置温度传感器TE0006，以进行液氨储罐的高温监测，具有温度指示、高温报警及连锁控制功能，用于DCS控制系统。

2.2 压力仪表的设置

如图1液氨储罐的工艺仪表流程图所示，在液氨储罐上设置现场压力仪表PG0035，以就地显示液氨储罐的压力值，供现场巡视人员进行压力的记录以及和控制系统压力值的比较；设置压力传感器PT0001，以进行液氨储罐的高压监测，具有压力指示、高压报警及连锁控制功能，用于DCS系统；设置压力传感器PT0002和PT0003(一用一备)，以进行液氨储罐的超高压力监测具有超高压报警及连锁控制功能，用于SIS安全仪表系统。

2.3 液位仪表的设置

如图1液氨储罐的工艺仪表流程图所示，在液氨储罐上设置液位传感器LT0001，以进行液氨储罐的高、低液位的监测，具有液位指示及报警功能，用于DCS系统 ；设置液位传感器LT0002，以进行液氨储罐的超高液位的监测，具有超高液位报警及连锁控制功能，用于SIS安全仪表系统；设置现场液位计LG，以就地显示液氨储罐的液位高低，供现场巡视人员进行液位的记录以及和系统的比较。

2.4 控制阀门的设置

如图1液氨储罐的工艺仪表流程图所示，在所有进出液氨储罐的气氨或者液氨管道上均设置两级阀门，一级手动控制阀门和一级气动控制阀门，为提高其安全性，同时还应配套设置紧急泄氨器。

图1 液氨储罐的工艺仪表流程图

众所周知，液氨储罐属于压力容器，为保护液氨储罐一级为提高其安全性还应设置安全阀，安全阀的设计及选型请读者参考其相关规范及要求。

3 DCS控制系统和SIS安全仪表系统

3.1 温度报警系统

按相关要求温度报警系统至少分为两级，第一级报警阈值为正常工作温度的上限，本项目液氨储罐系统的正常工作温度tc在30 ℃至35 ℃之间，按规范要求第一级报警阈值取t1=35 ℃，对应绝对压力Pt1=1.38 MPa。第二级为第一级报警阈值的1.25倍至2倍，则第二级报警阈值t2=(1.25～2)t1，本项目取t2=1.25t1，即t2=43.75 ℃，对应绝对压力Pt2=1.75 MPa，且满足规范要求的低于介质的闪点或燃点，同时也低于容器的设计压力。

当液氨储罐系统温度达到第一级报警阈值t1=35 ℃时，通过罐体上的温度传感器TE0006将检测到的温度信号转化为电信号传送至DCS控制系统，DCS控制系统发出报警信号同时连锁打开降温喷淋系统上的气动电磁控制阀XV0004，进行喷淋降温；当液氨储罐系统温度达到第二级报警阈值t2=43.75 ℃时，通过罐体上的温度传感器TE0001将检测到的温度信号转化为电信号传送至SIS安全仪表系统，SIS安全仪表系统发出报警信号同时连锁液氨储罐上的气动电磁控制阀XV0001、XV0002及XV0003关闭，即关闭所有进出液氨储罐管道上的气动电磁控制阀并连锁关闭上下游工艺装置。

3.2 压力报警系统

按相关要求压力报警系统至少设置两级，第一级报警阈值为正常工作压力的上限，本项目液氨储罐系统的正常工作压力PC在1.19 MPa至1.38 MPa之间，按规范要求第一级报警阈值为P1=1.38 MPa。第二级为容器设计压力的80%，本项目液氨储罐容器的设计压力PS=2.10 MPa，则P2=80%,PS=1.68 MPa，此报警阈值低于安全阀的设定值满足规范要求。

当液氨储罐系统压力达到第一级报警阈值P1=1.38 MPa时，通过罐体上的压力传感器PT0001将检测到的压力信号转化为电信号传送至DCS控制系统，DCS控制系统发出报警信号同时连锁打开降温喷淋系统上的气动电磁控制阀XV0004进行喷淋降温；当液氨储罐系统压力达到第二级报警阈值P2=1.68 MPa时，通过罐体上的压力传感器PT0002或PT0003(一用一备)将检测到的压力信号转化为电信号传送至SIS安全仪表系统，SIS安全仪表系统发出报警信号同时连锁液氨储罐上的气动电磁控制阀XV0001、XV0002及XV0003关闭，即关闭所有进出液氨储罐管道上的气动电磁控制阀并连锁关闭上下游工艺装置。

3.3 液位报警系统

按相关要求液位报警系统高、低位至少个设置一级，报警阈值分别为高位限和低位限。本项目液氨储罐罐体直径D=2 600 mm，规范规定储罐最高液位时所对应的容积不超过罐体容积的80%，由此计算超高液位报警阈值为h0=1 900 mm。高液位报警阈值为h1=1 500 mm，低液位报警阈值为h2=500 mm。当液氨储罐系统液位达到高液位报警阈值h1或低液位报警阈值h2时，液位传感器LT0001将检测到的液位信号转化为电信号传送至DCS控制系统，DCS控制系统发出报警信号；当液氨储罐系统液位达到超高液位报警阈值h0时，液位传感器LT0002将检测到的液位信号转化为电信号传送至SIS安全仪表系统，SIS安全仪表系统发出报警信号同时连锁液氨储罐上的气动电磁控制阀XV0001、XV0002及XV0003关闭，即关闭所有进出液氨储罐管道上的气动电磁控制阀并连锁关闭上下游工艺装置。

3.4 可燃气体报警系统

按相关要求可燃气体报警至少应分为两级，第一级报警阈值不高于25%LEL，第二级报警阈值不高于50%LEL。

3.5 有毒气体报警系统

按相关要求有毒气体报警系统至少应分为两级，第一级报警阈值为最高允许浓度的75%，但当最高允许浓度较低，现有检测报警仪器灵敏度达不到要求的情况，第一级报警阈值可适当提高，其前提是既能有检测报警，又能避免职业中毒，故此本项目氨的有毒气体报警的第一级报警阈值为22.5 mg/m3，符合要求；第二级报警阈值为最高允许浓度的2～3倍，故氨的有毒气体报警的第二级报警阈值为50 mg/m3，也满足要求。