本文重点分析了合成氨工序的危险性以及安全措施，从工艺改造、SIS功能安全评估两个方面进行安全控制，以供参考和借鉴。 标签： 合成氨；危险性；分析；安全；控制
一、前言
随着化工装置的规模和水平的不断提升，化工安全受到人们高度重视。做好合成氨工序的安全控制非常重要。 二、合成氨工序的危险性分析
1、介质
NH3本身有刺激性气味，使人窒息。同时NH3还与空气会发生催化氧化反应，典型反应为：4NH3+5O2→4NO+6H2O；液氨由于气化成氨气时会吸收大量的热量，所以液氨与人的皮肤接触时会冻伤皮肤。
2、工艺
工艺上合成氨采用高温、高压工艺技术，工艺指标控制不好，同样会发生危险。比如对合成塔而言，工艺控制指标主要有：温度、压力、空速、气体组成等。这些工艺指标都需要控制在一定的范围，超过极限就会使运行不正常。
样本容量3、设备
氨合成工序使用的设备主要有合成塔、氨分离器、冷凝器、氨蒸发器、预热器、循环压缩机等。这些装备在选材、制造过程、操作都要符合相应的设计标准规范。否则也容易出现安全问题。如对氨合成塔而言，合成塔由外筒（筒体）和内件两部分组成。内件置于外筒之内，包括催化剂筐、热交换器和电加热器。大型合成塔的内件一般不设电加热器，而由塔外加热炉供热。下面以合成塔的外筒和内件的选材为例，来分析装备不当引发的危险性。
对于外筒而言，它位于合成塔的外面，选材时需要先分析塔内的工艺条件，主要分析外筒所需要承受的压力和温度。入塔混合气体先经过内件与外筒之间的环隙，因此外筒承受的
压力就是操作压力与大气压之差，对于中压合成氨而言，操作压力在30MPa左右，因此外筒所需承受的压力在30MPa左右。由于在内件的外面设有保温层，以减少向外筒的散热，所以外筒不需承受高温。综合考虑起来，外筒可用普通低合金钢或优质碳钢制成，寿命在四五十年以上。对于内件，它虽然需要在500℃左右的高温下操作，但只承受环隙气流与内件气流的压差，该压差一般仅1.0～2.0MPa，因此可以降低材質要求，一般内件可用合金钢制作，寿命6～10年。
4、控制债权人权益
对合成氨过程而言，基本上都是采取自动化控制。自动化控制大大节省了劳动力和减轻了劳动强度，有利于过程装置的安全运行。但是，如果操作失误、或者控制仪表损坏、线路出问题等有可能会造成更大的危险。下面主要从两个方面来分析安全控制问题：一个是控制系统的安全设计问题；另一个是在某个点没有监控所造成的安全问题。
（1）控制系统的安全设计
如果对工艺过程认识不足或者其他原因导致自动化控制安全设计没有充分考虑可能发生的
危险，就会由于安全设计不好而发生危险。对液氨蒸发器来说，有以下两套安全设计方案，如图1所示。
（2）增加控制点
ABOVING如果在某个设备或某个工段的某一点没有设置监测点，结果这个位置发生了异常，操作人员无法发现，同样会造成事故。曾经发生过一起压缩机第三段内气体温度意外升高引起事故。该段内气体温度的升高使得整个设备发生剧烈喘振，造成第三段气缸的浮动环密封遭到破坏，泄漏出来的气体使压缩机的主轴，叶轮严重变形。如果在该压缩机上设计安装若干个与信号系统和联锁装置相连接的各种信号发送器。一旦发生异常，信号就会传输到控制中心的大屏幕上，操作人员就可以及时发现并处理。如果操作人员来不及处理，可以通过联锁装置发出设备停车动作，这样就可以防止整个装置遭到破坏，从而减少事故损失。
三、合成氨工序安全工艺改造
某厂计划搬迁，搬迁改造后装置设计生产能力为330t/d（13.75t/h），仍以天然气为原料，采用干法脱硫、3.0MPa压力下蒸汽转化、中低温变换、MDEA脱碳、甲烷化、往复式压缩
机压缩、14.0MPa氨合成等工艺，合成氨弛放气经膜分离回收氢，其尾气作为一段炉的燃料。
1、原料天然气脱硫及压缩流程改造
搬迁前，原料天然气设置有天然气压缩机2台（1开1备，电机功率为450kW）和钴钼脱硫槽1台（脱硫剂6.75m3），在正常生产中均为必备设备。搬迁改造时，根据新疆当地天然气供气压力为6.9MPa（绝压）和天然气含硫量低（总硫含量<5mg/m3，几乎无有机硫）的特点，取消了钴钼脱硫槽，只安装了1台天然气压缩机作长停后脱硫循环升温用，正常生产不用，如进厂天然气压力不能满足生产需要，可运行天然气压缩机补足负荷。此项改造，吨氨节约电耗（450×0.9）÷13.75=29.45kW·h，节省钴钼脱硫剂费用40万元以上。
2、设置一段炉烟道气烧嘴，补充全厂用蒸汽
搬迁改造时，考虑到新疆冬季气温较低，管理操作及检维修人员需供暖气，装置需伴热防冻，故设置了一段炉烟道气烧嘴，这样，当供暖伴热用锅炉运行出现故障时，则由一段炉烟道气烧嘴提供合成氨装置多产蒸汽的热负荷作为供暖伴热用。
3、出压缩工序热工艺空气冷却及分离
为杜绝压缩工序来的工艺空气在管道结炭及高温时发生火灾爆炸事故，本次搬迁改造时，在空气-氮氢气联合压缩机空气末段出口新增了水冷器及分离器，保证了装置的安全稳定运行。
4、二段转化炉及转化废锅夹套脱盐水闭路循环
搬迁改造时，将原换热面积73.4m2的中变气锅炉给水预热器作为二段转化炉及转化废锅夹套热脱盐水的水冷器，实现了夹套脱盐水闭路循环，避免了原夹套脱盐水就地排放的浪费。
5、工艺冷凝液处理采用过热蒸汽汽提工艺
搬迁前，低变气工艺冷凝液采用工艺天然气汽提工艺，由于设计缺陷，在满负荷时天然气饱和塔只能处理60%低变气工艺冷凝液，余下40%则需外排，极大地增加了企业环保压力。搬迁改造时，工艺冷凝液处理采用成熟的过热蒸汽汽提工艺，既回收了工艺冷凝液又减少了酸性水的排放。改后装置投运以来，汽提后冷凝液的NH3-N含量一直稳定在5×10-6
以下，冷凝液全部得到了回收。6、注重余热回收，提高外送中压蒸汽量
搬迁前，吨氨外输2.50MPa（绝压）中压蒸汽1030kg，满负荷时外输中压蒸汽总量为1.03×13.75=14.16t/h，而配套尿素装置采用CO2汽提法工艺，吨尿素耗中压蒸汽约1000kg，满负荷时中压蒸汽最少用量为13.75×1.6×1.0=22t/h，因此尿素中压蒸汽用量差额仍有8.2t/h以上。搬迁改造时，在详细进行热量平衡核算后，对锅炉给水和中压蒸汽系统流程重新进行了设计布置。改造后，满负荷时合成氨装置外输2.30MPa（绝压）中压蒸汽24.75t/h，即吨氨外输中压蒸汽1800kg，实现了合成氨与尿素装置自身蒸汽的平衡。
7、采用更科学合理的MDEA脱碳溶液新配方
原脱碳溶液配方为：（35%～45%）MDEA+（3%～5%）双活化剂（哌嗪及氮甲基单乙醇胺）+水，并加缓蚀剂V2O5。原配方存在以下问题：①溶液不稳定，易氧化变质，溶质易降解；②系统腐蚀严重，随着溶液中铁离子含量不断上涨，当铁离子质量浓度超过300mg/L会生成钒铁沉淀，进一步加剧腐蚀并生成块状腐蚀产物，最终造成溶液报废，不得不停车处理或更换全部溶液；③开车及正常生产时均需定期添加V2O5，增加了消耗。搬迁后脱碳溶液采用更为科学合理的新配方：（45%～50%）MDEA+（3%～5%）复合强化
剂（4种溶剂，包括活化剂、抗腐蚀剂、抗沉积剂、抗氧化剂）+水，不再加缓蚀剂V2O5，新配方优点：①溶液稳定，不易氧化变质，溶质不易降解；②系统腐蚀轻微，溶液中铁离子质量浓度一般稳定在20mg/L以下，不会造成环境污染；③开车及正常生产不需添加V2O5，不会增加生产费用。
四、合成氨装置的SIS功能安全评估工作
由于评估的合成氨装置是在用装置，评估过程如下：
1、收集合成氨装置资料。收集合成氨装置相关工艺、设备、操作等相关资料。
2、制订合成氨装置的风险矩阵。根据企业风险可接受程度，按照人员伤亡、经济损失和环境影响制订合成氨装置的风险矩阵。 3、装置的定量风险识别与分析计算。以国际通用的安全风险分析方法为依据，根据裝置的实际情况，进行定量风险评价。
4、识别安全联锁功能（SIF）、确定SIL。根据功能安全要求和定量风险评价结果，识别SIF并根据风险矩阵，确定相应的SIL。
5、联锁回路安全等级计算。根据IEC61511和相关数据资料，对选定联锁回路，按照合适评定计算方法，定量计算联锁回路的SIL。
6、SIS回路系统评定。根据可接受的风险概率和可接受的经济损失标准，评估合成氨装置SIS回路是否符合SIL的要求。通过对该合成氨装置的3套联锁装置、11个SIF进行SIL计算，满足风险矩阵要求的SIL要求。
五、SIL评估技术在化工行业应用的探讨
通过在用合成氨装置的SIS功能安全评估，需要对风险控制，SIF识别，DCS与SIS的共用问题等进行探讨。
榆林杀人案
北京农学院图书馆1、风险矩阵及控制
一般来说，装置进行风险评估所执行的风险矩阵依据企业的事故管理规定而制订，并参照国家法规、赔偿制度以及企业所在当地的经济水平根据ALARP原则进行编制。风险矩阵中对人员伤亡、环境污染和经济损失的风险分别进行认定。以人员伤亡控制为例，各个国家对各个行业的伤亡情况的控制是不尽相同的，如荷兰和香港的可接受风险水平存在明显的
差别，以发生事故死亡10人为例，荷兰认为10-5为其可允许的上限，而香港则是以10-4为其上限。这就说明各个国家和地区的风险控制水平是不尽相同的。而国内石化行业的人员死亡风险控制水平与香港的人员死亡风险控制水平较为接近。
2、SIF的识别
SIF是指具有特定SIL的安全功能，它既可以是一个仪表安全保护功能，也可以是一个仪表安全控制功能。根据IEC61511，SIF是为了达到功能安全所需的最少和充分的仪表，通常由传感器、逻辑求解器和最终元件（执行机构）组成。每一个SIF都有各自的SIL。因此，每一个SIF必须针对一种特定的危险情况，预防特定的危险后果。而1个SIS可由多个SIF组成，各SIF针对的危险情况不同，所执行的动作也不同。在复杂SIS中，对于SIF的识别显得更加重要。
六、结束语
综上所述，通过对合成氨工艺改造以及SIL安全评估能够有效控制合成氨的危险，为生产稳定奠定坚实基础。
辞海
参考文献：
[1]马守信.化工事故案例分析与防范[M].合肥：合肥工业大学出版社，2004.
[2]崔克清.化工安全设计[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3]汪元辉主编.安全系统工程[M].天津：天津大学出版社，2004.
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