2025年合成氨工艺操作证理论考试练习题含答案

2025年合成氨工艺操作证理论考试练习题含答案一、单项选择题（每题1分，共30分。每题只有一个正确答案，错选、多选、不选均不得分）1.合成氨装置中，一段转化炉辐射段炉管常用材质为A.20GB.15CrMoC.HPNbD.0Cr18Ni9答案：C解析：HPNb（25Cr35NiNb）具有优异的抗渗碳及高温蠕变性能，可在950℃左右长期运行，是大型氨厂转化炉管的标准选材；15CrMo仅用于对流段，20G耐温不足，0Cr18Ni9易σ相脆化。2.铁基催化剂还原时，水汽浓度突然升高最可能预示A.还原度不足B.催化剂中毒C.床层“飞温”D.还原主期结束答案：C解析：水汽是还原产物，若升温速率过快或循环氢突降，反应热无法及时带走，导致局部超温，催化剂烧结，水汽浓度曲线出现尖峰，俗称“飞温”。3.氨合成塔出口气氨含量（体积分数）设计值一般控制在A.8–10%B.12–15%C.18–22%D.25–30%答案：B解析：受平衡与动力学双重限制，15MPa、450℃工况下平衡NH₃约18%，工业塔为兼顾转化率与循环功耗，出口氨含量取12–15%，再经冷凝分离后循环。4.低温甲醇洗H₂S吸收塔液位骤降，首先应A.关小富液出口阀B.降塔压C.停循环气D.开塔底氮气充压答案：A解析：液位骤降多因富液泵抽空或出口阀突开，关阀可迅速建立液封，防止高压串低压；降塔压会加剧闪蒸，停循环气与充压均非首选。5.合成回路惰性气（CH₄+Ar）累积会导致A.压缩机喘振B.合成塔压降增大C.氨净值下降D.催化剂层温差缩小答案：C解析：惰性气分压升高降低H₂、N₂有效分压，使平衡左移，氨净值下降；压缩机喘振与转速/管网特性相关，催化剂层温差反而因反应量减小而缩小，但非主要危害。6.氨冰机螺杆压缩机振动高的最常见原因是A.滑阀卡滞B.吸气带液C.油压过高D.电机反转答案：B解析：氨液进入压缩腔产生液击，振动突升；滑阀卡滞表现为负荷调节失灵，油压高使功耗上升但不致振动，电机反转会立即跳车。7.下列关于转化炉水碳比（H₂O/C）说法正确的是A.水碳比越高，甲烷转化率一定越高B.水碳比降低可减少一段炉燃料气C.水碳比低于2.5易析碳D.水碳比与二段炉出口甲烷无关答案：C解析：热力学上提高水碳比抑制析碳，但受炉管材质与能耗限制，工业装置通常控制在2.8–3.2；低于2.5时，Ni催化剂上CH₄裂解反应加速，生成丝状碳堵塞活性中心。8.氨合成催化剂永久中毒的毒物是A.COB.CO₂C.H₂SD.O₂答案：C解析：H₂S与Fe活性中心生成FeS，反应不可逆；CO、CO₂、O₂属暂时中毒，经净化、还原可恢复活性。9.高压氨分离器液位三取二联锁动作不包括A.关高压氨泵出口切断阀B.开低压放空阀C.停合成气压缩机D.关氨受槽入口阀答案：C解析：液位高联锁仅涉及高压系统隔离与泄压，合成气压缩机属于循环回路，独立设置喘振与轴位移联锁，不参与液位联锁。10.二段转化炉加入工艺空气量的控制依据是A.一段炉出口甲烷含量B.二段炉出口温度C.合成气H/N比D.二段炉出口甲烷含量答案：D解析：二段炉主要完成甲烷深度转化，加入空气量按出口甲烷≤0.3%设定，同时引入N₂调节H/N≈3；一段炉出口甲烷高仅说明一段转化不足。11.合成塔内件采用三层冷激式的主要目的是A.降低循环功耗B.提高催化剂装填量C.抑制热点温度D.简化制造答案：C解析：层间通入冷循环气，可稀释反应热，使床层温度分布接近最佳活性曲线，防止局部超温；冷激气量增大反而略增循环功耗。12.氨冷凝器采用卧式壳程设计，壳程走A.循环水B.液氨C.气氨D.合成气答案：C解析：气氨在壳程被管程冷却水冷凝，利于液位控制与重力回流；若管程走气氨，需高压封头，制造费用高。13.转化炉管出现“花斑”时，首先应A.提高炉膛负压B.降低入口温度C.调整烧嘴火焰D.增大水碳比答案：C解析：花斑多因烧嘴雾化不良或火焰舔管，局部过热；调整烧嘴使火焰均匀贴壁，可消除热斑；盲目降负荷或提水碳比将恶化系统能耗。14.合成气中CO₂含量升高对氨合成的影响，下列排序正确的是A.暂时中毒＞平衡左移＞压缩机功耗↑B.平衡左移＞暂时中毒＞压缩机功耗↑C.压缩机功耗↑＞暂时中毒＞平衡左移D.暂时中毒＝平衡左移＞压缩机功耗↑答案：A解析：CO₂在铁催化剂上吸附竞争最强，先表现为活性下降（暂时中毒），其次与NH₃生成氨基甲酸铵结晶堵塞换热器，系统压降升高，循环机功耗增加；对平衡影响最小。15.氨合成回路排放气位置通常设在A.合成塔入口B.高压分离器气相C.冰机入口D.氨受槽气相答案：B解析：高压分离器气相惰性气浓度最高，排放损失有效气最少；塔入口排放会带走大量H₂、N₂，冰机入口压力低，排放量受限。16.低温甲醇洗再生塔顶温度控制过低会导致A.H₂S解吸不完全B.甲醇损失增大C.腐蚀加剧D.热再生负荷高答案：A解析：再生塔顶温度决定H₂S解吸深度，过低则富液中H₂S残留高，吸收能力下降；温度高才加剧甲醇蒸发损失。17.合成氨装置中，确定转化炉管设计寿命的核心指标是A.渗碳层厚度B.蠕变断裂强度C.氧化速率D.疲劳裂纹扩展速率答案：B解析：炉管承受内压与高温，按LarsonMiller参数计算10⁵h蠕变断裂强度，确定壁厚；渗碳、氧化为表面退化，疲劳裂纹多出现在焊缝区，但非设计主控。18.氨合成催化剂还原后期，循环气氢氮比应控制在A.1B.2C.3D.4答案：C解析：还原气H₂/N₂≈3可抑制氨合成反应，减少放热，利于深度还原；纯H₂虽还原快，但放热量大，温控困难。19.高压蒸汽过热炉管破裂，最先触发的联锁是A.燃料气切断B.汽包紧急放水C.转化炉停料D.主蒸汽隔离答案：A解析：炉管破裂导致炉膛负压骤降，火焰外喷，燃料气快速切断阀≤2s动作，防止二次爆炸；汽包放水、主蒸汽隔离为后续步骤。20.氨冰机采用变频调速后，下列说法错误的是A.启动电流降低B.部分负荷效率提高C.喘振线右移D.滑阀可取消答案：D解析：变频+滑阀双调节可扩宽10–100%负荷，取消滑阀将丧失高压差下卸载能力，喘振线左移，易喘振。21.二段炉出口甲烷含量升高，合成气压缩机耗功A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：A解析：甲烷为惰性气，分子量大，压缩因子高，相同质量流量下功耗上升；且甲烷高说明有效气产率下降，单位氨功耗增加。22.合成塔催化剂装填时，要求“同层同高”主要防止A.气体偏流B.床层下沉C.热膨胀不均D.装填密度过大答案：A解析：床层高度差造成阻力不均，气流短路，局部空速高，温度梯度恶化；热膨胀由弹簧补偿，与装填高度无关。23.氨合成回路引氮气置换，合格指标为O₂＜A.0.5%B.0.2%C.0.1%D.0.05%答案：D解析：氨合成系统对氧含量极敏感，置换合格O₂＜0.05%，防止还原态催化剂氧化；0.1%为动火标准，不足以防氧化。24.转化炉烧嘴回火，现场首先听到A.爆鸣声B.哨叫声C.沉闷声D.无声音答案：B解析：回火初期火焰在喷嘴内燃烧，气流通过狭窄通道产生高频振动，发出尖锐哨叫；爆鸣为爆燃，沉闷声为闪爆后。25.高压氨泵出口缓冲罐气囊充装气体为A.氮气B.氨气C.氢气D.空气答案：A解析：氮气惰性，不与氨反应，且易获取；氨气易溶，气囊会塌陷，氢气渗透强，空气含氧易腐蚀。26.合成塔出口温度升高，而氨含量下降，最可能A.催化剂活性衰减B.空速降低C.循环量增大D.入口氨含量升高答案：A解析：活性下降需提高温度维持转化率，但受平衡限制，氨含量仍降；空速降低应使氨含量升高，循环量增大使出口氨降但温度降。27.低温甲醇洗H₂S吸收塔液泛先兆为A.塔压差突升B.富液泵电流下降C.贫液温度升高D.尾气量锐减答案：A解析：液泛时塔板持液量剧增，压差先升；泵电流因液位低而下降为泵抽空，尾气量锐减为液泛后气相通道堵塞的滞后表现。28.氨合成催化剂还原时，水汽浓度控制≤A.1000ppmB.3000ppmC.5000ppmD.1%答案：B解析：水汽≥3000ppm将造成催化剂反复氧化还原，晶粒长大，比表面积下降；1000ppm为理想值，但工业上允许≤3000ppm。29.二段炉出口温度超指标，不宜采取A.减空气量B.增水碳比C.降一段炉出口温度D.开二段炉蒸汽旁路答案：A解析：减空气量使甲烷转化放热量减少，但H/N比失衡，且二段炉温度主要靠甲烷部分燃烧提供，减空气反而使出口温度降得过快，系统波动大；优先微调水碳比或一段炉出口温度。30.合成氨装置中，CO变换反应通常采用A.高温变换低温变换串联B.等温变换C.中温变换单段D.低温变换单段答案：A解析：高变FeCr催化剂耐硫，将CO降至3%，低变CuZn催化剂进一步降至0.3%，满足甲烷化要求；等温变换为新型工艺，但传统装置仍用高低变串联。二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）31.下列属于合成氨装置重大危险源的有A.液氨储罐B.二段转化炉C.合成气压缩机D.液氮储罐E.甲醇储罐答案：A、C解析：液氨≥10t、合成气（H₂）≥5t构成重大危险源；二段炉为高温设备，不储存可燃物；液氮、甲醇量通常未达临界量。32.造成合成塔催化剂层同平面温差大的原因有A.气体分布器堵塞B.热电偶套管弯曲C.催化剂装填密度不均D.冷激阀内漏E.弹簧支架失效答案：A、C、D解析：分布器堵塞、密度不均、冷激阀内漏均导致偏流；热电偶弯曲仅影响指示，弹簧失效引起轴向位移，对径向温差影响小。33.氨合成回路设置开工加热炉的目的有A.催化剂升温还原B.系统气密C.补偿热损失D.防止水合物生成E.缩短开车时间答案：A、C、E解析：开工炉提供热源，用于还原、升温及补偿热损失；气密用氮气，水合物在甲醇洗系统，与合成回路无关。34.关于液氨储罐降温措施，正确的有A.水喷淋B.泄压放空C.循环压缩机回流D.液氨倒罐E.氮气鼓泡答案：A、B、D解析：水喷淋蒸发潜热大，泄压降低饱和温度，倒罐减少单罐存量；循环压缩机用于BOG回收，氮气鼓泡无降温效果。35.转化炉管出现“热管”现象，可判断依据有A.管壁温度>980℃B.炉管颜色暗红C.出口甲烷突升D.负压波动E.燃料气量自动下降答案：A、B、C解析：热管因催化剂失活或积碳，管壁超温，颜色暗红，出口甲烷升高；负压波动为烧嘴问题，燃料气量由PID控制，不会自动下降。36.氨合成催化剂暂时中毒后，可采取的措施有A.降低毒物浓度B.提高床层温度C.增加空速D.热氮吹扫E.降低操作压力答案：A、B、D解析：降低毒物、提温脱附、热氮吹扫可恢复活性；增加空速缩短接触时间，降低压力使平衡左移，均不利恢复。37.高压氨泵发生汽蚀的现象有A.出口压力波动B.泵体异响C.电流升高D.流量下降E.振动增大答案：A、B、D、E解析：汽蚀时气泡破裂产生异响、振动，流量与压力波动，电流因负荷减而下降，不会升高。38.低温甲醇洗系统发泡，可加入的消泡剂有A.硅油B.聚醚类C.甲醇D.直链醇E.硫醇答案：A、B解析：硅油、聚醚为常用消泡剂；甲醇为溶剂，直链醇、硫醇无消泡作用且硫醇为毒物。39.合成氨装置节能措施有A.设置废热锅炉B.采用塔前预热器C.合成气压缩机透平背压供热D.提高合成压力E.降低转化水碳比答案：A、B、C、E解析：废热锅炉回收高位热，预热器降低开工炉负荷，背压汽用于除氧器；提压使压缩功耗增大，不节能。40.下列属于合成塔内件缺陷的有A.冷激管脱落B.隔板焊缝裂纹C.催化剂筐变形D.热电偶套管腐蚀E.出口收集器堵塞答案：A、B、C、E解析：内件缺陷导致气流短路、温度失控；热电偶套管属检测元件，腐蚀影响测量但不属内件缺陷。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）41.合成氨装置中，二段炉出口甲烷含量越低越好。答案：×解析：过低需大幅提高二段炉温度，炉衬烧蚀加剧，且增加空气量使H/N比偏离3，能耗上升，通常控制0.2–0.3%。42.氨合成催化剂还原时，提温速率越快越好，可缩短开车时间。答案：×解析：提温过快导致放热量大于撤热，产生“飞温”，催化剂烧结；工业上升温速率≤5℃·h⁻¹。43.高压氨分离器液位低低联锁动作后，合成气压缩机不会跳车。答案：√解析：液位低低仅关高压氨泵出口阀，防止高压气串入低压氨受槽；压缩机独立设置喘振、轴位移联锁。44.转化炉管渗碳后，其蠕变断裂强度升高。答案：×解析：渗碳生成Cr₇C₃等碳化物，晶界脆化，蠕变强度显著下降，寿命缩短。45.氨冰机滑阀开大，制冷量一定增加。答案：×解析：滑阀开大增加吸气量，但若冷凝压力高、蒸发温度低，受压缩机功率限制，制冷量可能下降。46.低温甲醇洗中，H₂S吸收为放热反应，降低温度利于吸收。答案：√解析：H₂S与甲醇形成氢键，放热，低温提高溶解度；工业上吸收塔顶温度≤30℃。47.合成塔出口管线采用双相钢主要考虑抗氢腐蚀。答案：√解析：双相钢（2205）含高Cr、Mo、N，抗H₂S及氢脆，适用于高压、高温、富氢环境。48.氨合成催化剂还原后期，可逐步提高系统压力至操作值。答案：√解析：提压可提高氢分压，促进FeO→Fe还原，且抑制氨合成反应放热，利于温度控制。49.液氨储罐安全阀排放气可直接排入大气。答案：×解析：氨为有毒气体，需接火炬或吸收塔，防止环境污染与低温灼伤。50.合成氨装置中，废锅产汽品质与转化炉出口甲烷含量无关。答案：×解析：甲烷含量高，二段炉温升不足，废锅热负荷下降，产汽量与品质均受影响。四、填空题（每空1分，共20分）51.合成氨反应方程式为________，反应热为________kJ·mol⁻¹。答案：N₂+3H₂⇌2NH₃，92.4解析：标准状态下放热92.4kJ，温度升高平衡常数减小。52.铁基催化剂还原主反应为________，其还原度测定采用________法。答案：Fe₃O₄+4H₂→3Fe+4H₂O，水氢滴定解析：收集还原出水与耗氢量，计算还原度≥90%为合格。53.转化炉水碳比由________与________流量比值确定。答案：工艺蒸汽，原料天然气（以碳摩尔计）54.氨合成塔空速定义为________，单位________。答案：单位时间通过单位体积催化剂的气体体积（标准状态），h⁻¹55.低温甲醇洗再生塔顶H₂S馏分中H₂S浓度设计值为________%，送往________单元。答案：25–35，Claus硫回收解析：富H₂S气需提浓至≥25%以保证Claus炉自热。56.合成气压缩机防喘振阀一般设在________与________之间。答案：出口，入口（或段间冷却器后）57.液氨储罐TT（tanktotank）倒罐作业前，需确认接收罐________已投用。答案：降温喷淋与气体平衡线解析：防止接收罐温升、压力剧增。58.氨合成催化剂活性中心晶面为________，其晶格常数为________nm。答案：Fe(111)，0.286解析：Fe(111)面原子密度高，对N₂解离吸附活性最佳。59.二段炉衬里由________层、________层和________层组成。答案：绝热，耐火，隔热解析：绝热层为轻质浇注料，耐火层为高纯铝铬，隔热层为硅酸铝纤维。60.高压氨泵出口缓冲罐气囊预充压力为泵额定出口压力的________%。答案：60–70解析：预充压力过高失去缓冲，过低则气囊被挤扁，工业取60–70%。五、简答题（每题6分，共30分）61.简述合成氨装置开车前系统气密试验的步骤与合格标准。答案：（1）隔离：将系统与低压部分盲板隔离，安全阀加盲板。（2）升压：用氮气分阶段升压至设计压力1.1倍，每级0.5MPa，停压10min。（3）检漏：用肥皂水检查法兰、焊缝，无气泡；对焊口≥20%射线抽检。（4）保压：设计压力下保压24h，压降≤1%·h⁻¹为合格。（5）泄压：缓慢放空至0.2MPa，引入开工氮气置换O₂＜0.05%。解析：气密是防止高压串低压、氨泄漏的关键，必须逐段、逐级进行，严禁超压。62.分析转化炉管出现“热管”后的处理措施及注意事项。答案：（1）确认：通过红外测温或在线热电偶，定位超温管。（2）降负荷：减燃料气10–20%，降低炉膛温度，防止管壁继续超温。（3）调整烧嘴：检查雾化蒸汽压，清理喷嘴，使火焰不舔管。（4）提高水碳比：由3.0提至3.2，抑制析碳，恢复催化剂活性。（5）在线监测：每2h记录管壁温度，若>980℃持续4h，准备停炉更换。注意事项：严禁突然注水或蒸汽，防止热震；降负荷速率≤5%·min⁻¹；保持炉膛负压20Pa，防止火焰外喷。63.说明氨合成催化剂还原过程“三低一高”原则的含义及作用。答案：“三低”指低温、低水、低空速，“一高”高氢。低温：初期180–200℃，防止Fe₃O₄剧烈还原放热；低水：水汽≤3000ppm，避免催化剂反复氧化还原；低空速：1000h⁻¹，延长停留时间，提高还原深度；高氢：H₂≥75%，提高还原势，缩短还原时间。作用：保证催化剂活性表面积最大，晶粒不长大，还原度≥90%，为后续高负荷运行奠定基础。64.列举氨合成回路惰性气累积的危害及排放控制策略。答案：危害：（1）降低H₂、N₂有效分压，氨净值下降；（2）增加循环量，压缩机功耗上升；（3）系统压降升高，催化剂床层温差缩小，操作弹性下降；（4）液氨中溶解惰性气，导致储罐压力升高，增加放空损失。控制策略：（1）设连续排放，位置在高压分离器气相，流量按惰性气平衡计算；（2）采用氢回收膜分离或PSA，回收排放气中H₂，返回合成回路