化工高级工化工总控工考试题库及答案

化工高级工化工总控工考试题库及答案1.单选题1.1在DCS系统冗余配置中，CPU冗余切换时间一般要求不大于（）。A.50ms  B.100ms  C.200ms  D.500ms答案：B解析：根据HG/T20559-2014《分散型控制系统工程设计规范》，主从CPU切换时间≤100ms可保证过程无扰动，避免联锁误动作。1.2某精馏塔进料为泡点液体，当进料热状况q=1时，提馏段液相流量L′与精馏段液相流量L的关系为（）。A.L′=L  B.L′=L+F  C.L′=L−F  D.L′=F−L答案：B解析：q=1表示泡点进料，全部进料转化为提馏段液体，故L′=L+F。1.3下列关于离心泵汽蚀余量NPSHr的说法正确的是（）。A.与泵安装高度无关  B.随流量增大而减小  C.由泵制造厂通过试验确定  D.与介质温度无关答案：C解析：NPSHr是泵本身特性，由厂方在20℃清水试验得出，与管路系统无关，随流量增加而增大。1.4在CO变换反应CO+H₂O⇌CO₂+H₂中，采用铁铬催化剂时，一般控制汽气比（H₂O/CO）为（）。A.1∶1  B.2∶1  C.3∶1  D.5∶1答案：C解析：铁铬催化剂活性温度320～450℃，汽气比3∶1可抑制析碳，同时保证CO转化率>90%。1.5某反应釜采用串级控制，主被控变量为釜温T，副被控变量为夹套水温Tj。当冷却水压力突然下降时，最先响应的回路是（）。A.主调节器输出变化  B.副调节器输出变化  C.釜温测量值变化  D.夹套水温测量值变化答案：B解析：副回路为随动系统，对冷却水压力扰动响应最快，先改变副调节器输出以维持Tj。1.6依据GB50160-2008，甲B类可燃液体储罐与明火地点防火间距不应小于（）。A.20m  B.25m  C.30m  D.40m答案：C解析：规范表5.1.3规定甲B类液体固定顶罐与明火间距30m，浮顶罐可减少25%。1.7某装置采用三取二ESD联锁，对输入信号进行“2003”表决，其拒动概率PFD与单通道相比（）。A.增大  B.减小  C.相等  D.无法确定答案：B解析：三取二冗余使危险失效概率降至单通道的约1/3，满足SIL2级要求（PFD≈10⁻³）。1.8在PID整定中，若采用λ整定法，当λ取过程时间常数T的1/3时，系统闭环响应呈现（）。A.1/4衰减振荡  B.无超调  C.临界振荡  D.大幅超调答案：A解析：λ=T/3对应1/4衰减比，兼顾快速性与稳定性，适用于多数温度、液位回路。1.9某硫酸装置吸收塔采用98%酸喷淋，循环酸浓度下降最快的原因是（）。A.进气SO₃浓度升高  B.进气水分增加  C.酸温升高  D.喷淋量增大答案：B解析：水分进入吸收塔与SO₃生成H₂SO₄，导致循环酸被稀释，浓度下降。1.10关于透平压缩机防喘振阀，下列说法错误的是（）。A.阀体宜选快开特性  B.电磁阀宜选用失电开型  C.阀位回讯器可不用  D.阀门口径按最大喘振流量计算答案：C解析：防喘振阀需回讯器确认阀位，防止阀芯卡涩造成机组损坏，C错误。2.多选题2.1下列属于本质安全仪表回路的有（）。A.4-20mA+HART  B.ExiaIICT4  C.ExdIIBT6  D.NamurNE43  E.齐纳安全栅答案：B、E解析：Exia为本质安全型，齐纳栅限制能量，均属本安回路；Exd为隔爆，不属本安。2.2造成精馏塔液泛的常见原因有（）。A.塔釜加热过猛  B.回流量过大  C.塔压突降  D.进料量骤减  E.塔板堵塞答案：A、B、C、E解析：加热过猛、回流量大、塔压突降使气相负荷骤增；塔板堵塞使液相下降受阻，均导致液泛。2.3下列属于HAZOP分析引导词的有（）。A.无  B.多  C.少  D.反向  E.部分答案：A、B、C、D、E解析：HAZOP五大引导词为无、多、少、反向、部分，外加“其他”“早”“晚”等扩展词。2.4关于催化剂失活，下列说法正确的有（）。A.烧结属于物理失活  B.中毒属于化学失活  C.积碳可通过烧焦再生  D.水热失活不可逆  E.钒催化剂SO₂中毒为可逆答案：B、C、D解析：烧结为结构变化，属物理失活；SO₂与V₂O₅生成VOSO₄为可逆，水热破坏晶格不可逆。2.5锅炉给水除氧方法包括（）。A.热力除氧  B.化学除氧  C.真空除氧  D.超声除氧  E.电化学除氧答案：A、B、C解析：工业锅炉常用热力、化学、真空除氧；超声与电化学尚处试验阶段。3.判断题3.1离心泵关闭出口阀启动电流最小。  答案：√解析：关阀启动功率最小，电流≈空载电流，保护电机。3.2反应器空速越大，停留时间越短，转化率一定下降。  答案：×解析：对一级反应，空速↑停留时间↓，但若提高温度或催化剂活性，转化率仍可保持。3.3爆炸下限LEL越低，火灾危险性越小。  答案：×解析：LEL越低，空气中可燃物易达到爆炸浓度，危险性越大。3.4采用变频调速的离心泵，其效率随转速下降而线性下降。  答案：×解析：根据相似定律，效率在小范围内几乎不变，仅当转速低于50%后效率才明显降低。3.5在DCS冗余I/O卡件中，主备卡件可同时在线读写同一通道。  答案：×解析：主备卡件采用“热备”方式，仅主卡输出，备卡实时镜像，防止双主冲突。4.填空题4.1某装置反应速率常数k=0.05s⁻¹，反应物初始浓度C₀=2mol·L⁻¹，若转化率达90%，所需连续搅拌釜式反应器CSTR体积为________m³（进料流量Q=0.1m³·s⁻¹）。答案：18解析：CSTR设计方程V=Q·X/[k(1−X)]=0.1×0.9/(0.05×0.1)=18m³。4.2GB31570-2015规定，石油炼制企业加热炉NOx排放限值为________mg·m⁻³（以NO₂计，基准氧含量3%）。答案：1004.3某浮筒液位计原测量范围0-2m，介质密度ρ=800kg·m⁻³，若改测密度1200kg·m⁻³液体，则新量程为________m。答案：1.33解析：浮筒力平衡h₁ρ₁=h₂ρ₂，h₂=2×800/1200=1.33m。4.4依据GB50058-2014，爆炸危险区域2区范围内使用Exe增安型电机，其最高表面温度组别为T3，则允许最高表面温度为________℃。答案：2004.5某换热器用饱和蒸汽加热工艺液体，蒸汽侧传热系数h₀=10000W·m⁻²·K⁻¹，液体侧h₁=800W·m⁻²·K⁻¹，忽略管壁热阻，总传热系数K≈________W·m⁻²·K⁻¹。答案：741解析：1/K=1/h₀+1/h₁，K=1/(0.0001+0.00125)=741W·m⁻²·K⁻¹。5.计算题5.1某甲醇合成回路进料气组成：CO15%，CO₂5%，H₂70%，惰性气10%（mol），流量100kmol·h⁻¹。反应器出口甲醇摩尔流量为12kmol·h⁻¹，求CO单程转化率。解：CO进口=100×0.15=15kmol·h⁻¹设CO反应量为x，CO₂反应量为y，依据反应：CO+2H₂⇌CH₃OH  CO₂+3H₂⇌CH₃OH+H₂O生成CH₃OH总量=x+y=12CO₂惰性大，可假设y≈0，则x=12CO转化率=12/15=80%答案：80%5.2某离心泵输送清水，额定流量Q=200m³·h⁻¹，扬程H=50m，效率η=75%，现改用变频调速至Q₁=160m³·h⁻¹，求轴功率P₁。解：相似工况点H₁=H×(Q₁/Q)²=50×(160/200)²=32mP₁=ρgQ₁H₁/(3600η)=1000×9.81×160×32/(3600×0.75)=18.6kW答案：18.6kW5.3某装置反应放热速率Q=1.2MW，采用循环水冷却，水温升ΔT=8℃，求冷却水流量m（Cp=4.18kJ·kg⁻¹·K⁻¹）。解：m=Q/(CpΔT)=1200/(4.18×8)=35.9kg·s⁻¹=129m³·h⁻¹答案：129m³·h⁻¹5.4某精馏塔顶冷凝器用冷却水从32℃升至42℃，冷凝负荷2.5MW，传热系数K=1200W·m⁻²·K⁻¹，对数平均温差ΔTlm=15℃，求所需面积A。解：A=Q/(KΔTlm)=2500000/(1200×15)=138.9m²答案：139m²5.5某储罐呼吸阀设定压力+1.8kPa，真空−0.5kPa，储罐最大进出液流量均为500m³·h⁻¹，油品闪点42℃，按API2000求最小呼吸口径D（取K=1）。解：闪点<60℃，需考虑热呼吸与进出液。热呼吸量Qₜ=0.17×V⁰·⁹=0.17×(5000)⁰·⁹=425m³·h⁻¹总呼吸量Q=500+425=925m³·h⁻¹Q=0.00023×D²√(ΔP/ρ)，取ΔP=1.8kPa，ρ=3kg·m⁻³D=√[Q/(0.00023√(ΔP/ρ))]=√[925/(0.00023×√600)]=385mm答案：DN4006.简答题6.1简述紧急停车系统ESD与过程控制系统DCS在可用性设计上的差异。答案：1.结构差异：ESD采用冗余+表决架构（如2oo3、2oo4），DCS多为双冗余；2.响应时间：ESD要求≤500ms，DCS允许1-2s；3.软件差异：ESD程序固化，禁止在线修改；DCS支持在线下载；4.故障模式：ESD故障安全，失电、断信均导向安全；DCS保持最后位置；5.认证要求：ESD需SIL认证，DCS仅需通用CE/FCC。6.2阐述催化剂“蛋壳”失活现象及其对固定床反应器的影响。答案：“蛋壳”失活指毒物或积碳优先沉积在催化剂颗粒外层，形成惰性壳，阻碍反应物内扩散。后果：1.表观活性下降，需提高温度维持转化率，增加副反应；2.有效因子降低，内扩散阻力占主导；3.热点下移，轴向温度梯度变大，可能飞温；4.压降升高，壳层堵塞床层空隙；5.再生周期缩短，运行成本增加。6.3列举三种常见工业换热网络节能技术并给出适用场景。答案：1.夹点技术：用于新旧装置能量回收优化，可节能10-25%；2.热泵精馏：适用于塔顶塔釜温差<20℃、无合适热源的低温精馏；3.多效蒸发：用于大规模溶液浓缩，如烧碱、制盐，蒸汽耗量降50%；4.有机朗肯循环（ORC）：回收80-200℃低温余热发电；5.螺旋折流板换热器：适用于高粘度、易结焦介质，提高传热系数30%。6.4说明离心压缩机喘振的机理及防喘振控制策略。答案：机理：当流量低于喘振点，气流在叶轮与扩压器内分离，形成周期性回流，导致压力、流量剧烈振荡，伴随噪声、振动、温升。控制策略：1.固定极限流量法：设定最小流量，低于则开防喘振阀；2.可变极限法：根据转速、入口温度修正喘振线；3.双参数法：同时监测流量与压比，提高精度；4.热力学法：用多变指数实时计算喘振裕度；5.阀门特性：快开、失电开，响应<1s，阀口径按120%喘振流量设计。6.5解释为何高压法聚乙烯装置采用脉冲阀卸料，并给出阀芯材质选择依据。答案：高压聚乙烯反应压力150-300MPa，聚合物易粘壁，需周期性脉冲吹扫。脉冲阀在50ms内快速全开，产生冲击波，剥离粘附树脂。阀芯材质选钴基合金Stellite6，硬度HRC45-50，耐颗粒冲刷、抗应力腐蚀，满足300MPa压差下可靠密封。7.案例分析题7.1某厂甲醇合成塔出口温度近期由255℃升至270℃，合成气组成、流量未变，副产蒸汽量下降，分析可能原因并给出处理措施。答案：原因：1.催化剂活性下降，需更高温度维持转化率；2.催化剂结蜡或积碳，传热系数降低，热点上移；3.换热器管内结垢，副产蒸汽移热减少；4.汽包压力控制阀故障，蒸汽压力升高，温差减小。处理：1.分析催化剂运行时间，若>2年，计划更换；2.提高循环量，降低空速，抑制热点；3.停车清洗蒸汽发生器管程；4.检查并校验汽包压力控制阀；5.临时降低入口温度5℃，观察趋势。7.2某硫磺回