濃硫酸儲(chǔ)罐伴熱設(shè)計(jì)的探討

葉 屹

(重慶化工設(shè)計(jì)研究院有限公司 重慶 400039)

濃硫酸儲(chǔ)罐伴熱設(shè)計(jì)的探討

葉 屹

(重慶化工設(shè)計(jì)研究院有限公司 重慶 400039)

介紹了濃硫酸儲(chǔ)罐的選材、設(shè)計(jì)規(guī)范以及基本的結(jié)構(gòu)形式；分析了采用碳鋼作為濃硫酸儲(chǔ)罐的本體材質(zhì)的可行性，探討了多種濃硫酸儲(chǔ)罐的伴熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)和相應(yīng)的安全措施，提出了較為合理的伴熱結(jié)構(gòu)，為在低溫區(qū)域使用的濃硫酸儲(chǔ)罐的保溫設(shè)計(jì)提供參考。

濃硫酸; 儲(chǔ)罐; 保溫 ;設(shè)計(jì)

硫酸，化學(xué)分子式H2SO4，在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用十分的廣泛，被稱(chēng)為化學(xué)工業(yè)之母。當(dāng)硫酸溶液中的硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于70%，就被稱(chēng)作濃硫酸，它是一種具有高腐蝕性和強(qiáng)氧化性的強(qiáng)礦物酸，同時(shí)它還具有脫水性，酸性，難揮發(fā)性，吸水性等特點(diǎn)。因此濃硫酸的儲(chǔ)存設(shè)施就更加需要重視，既要考慮其安全性，同時(shí)又要考慮使用中的可行性。所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要從選材和結(jié)構(gòu)選型方面進(jìn)行綜合考慮。為此，本文對(duì)濃硫酸儲(chǔ)罐的材料的選擇和伴熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 濃硫酸儲(chǔ)罐的選材

1.1 濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)

濃硫酸是具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，當(dāng)性質(zhì)活潑的金屬材料與濃硫酸接觸便發(fā)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，也就是說(shuō)金屬在濃硫酸中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。下面以碳鋼為例，其與硫酸的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Fe+H2SO4=H2+FeSO4

本文分別測(cè)試了CLIQUE算法、文獻(xiàn)[10]中的GP-CLIQUE算法和本文算法對(duì)不同大小、不同形狀的二維數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)的聚類(lèi)效果。使用二維數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以更直觀的看到聚類(lèi)結(jié)果，也便于比較不同算法的聚類(lèi)效果。圖4為使用三種算法對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類(lèi)的效果對(duì)比圖。

碳鋼是我們?cè)诨ぴO(shè)備中的常用材料，根據(jù)腐蝕數(shù)據(jù)資料表明，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%濃硫酸與碳鋼會(huì)發(fā)生鈍化現(xiàn)象，金屬表面會(huì)被氧化，形成一層致密的氧化膜，由于濃硫酸含水量非常小，所形成的氧化層就沒(méi)有了再次被氧化腐蝕的可能性。但是如果溫度在60℃以上，或者濃硫酸的流速過(guò)快，則也會(huì)加速腐蝕，需要考慮使用更高級(jí)的316L或者非金屬如四氟乙烯等。因此，常溫儲(chǔ)存的濃硫酸儲(chǔ)罐選擇碳鋼作為本體材料是可行的，而且儲(chǔ)罐內(nèi)表面無(wú)需再做其他防腐處理，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮足夠的腐蝕余量。常溫下硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕速率見(jiàn)表1。

1.2 濃硫酸儲(chǔ)罐的選材

在已經(jīng)規(guī)定的國(guó)家和國(guó)際層面，以及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，要采取針對(duì)性的措施。為達(dá)到水利信息化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行有效的針對(duì)性管理。

2Fe+6H2SO4(濃)=加熱=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O

表1 硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕速率

2 濃硫酸儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)

在化學(xué)工業(yè)中濃硫酸儲(chǔ)罐有兩種結(jié)構(gòu)形式：

人大代表退出機(jī)制的建立，打破了代表身份終屆制，體現(xiàn)了“人民選我當(dāng)代表，我當(dāng)代表為人民”的宗旨，辭退代表不來(lái)虛的來(lái)實(shí)的，更加激發(fā)了代表履職的責(zé)任感。本屆以來(lái)，已對(duì)15名履職不認(rèn)真、選民評(píng)價(jià)不高的市、鎮(zhèn)人大代表進(jìn)行約談，其中已有9名主動(dòng)辭去代表職務(wù)，勸辭2人，并將代表辭職情況及時(shí)向社會(huì)公開(kāi)。

(1)當(dāng)濃硫酸采用帶壓儲(chǔ)存時(shí)，則按照壓力容器規(guī)范GB150的要求，選用立式或者臥式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)形式；

(2)當(dāng)濃硫酸采用常壓或者微壓儲(chǔ)存時(shí)，由于硫酸的蒸汽壓比較微弱，因此不必考慮內(nèi)浮盤(pán)，直接采用自支撐式的固定頂儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式。其相關(guān)的規(guī)范有三個(gè)，其各自的設(shè)計(jì)范圍也有所不同，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2。

(4)在濃硫酸儲(chǔ)罐內(nèi)采用設(shè)置內(nèi)盤(pán)管，通入蒸汽或熱水對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)濃硫酸直接進(jìn)行加熱。

表2 儲(chǔ)罐規(guī)范及其設(shè)計(jì)范圍

或許，這場(chǎng)人事變動(dòng)引發(fā)的改變，不僅僅是地理上的南北協(xié)同，也不僅僅是兩位“地產(chǎn)老兵”的職業(yè)新春，華夏幸福也正在謀劃著更大的棋局，變化只是剛剛開(kāi)始。

圖1 固定頂濃硫酸儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)

以上幾種加熱方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：

3 濃硫酸儲(chǔ)罐的伴熱設(shè)計(jì)

(2)對(duì)于在濃硫酸儲(chǔ)罐側(cè)壁設(shè)置盤(pán)管，優(yōu)點(diǎn)是如果外盤(pán)管發(fā)生泄露，可以直接發(fā)現(xiàn)，并且易于修補(bǔ)，其缺點(diǎn)在于有效伴熱面積較小，不容易滿足導(dǎo)熱需求。

根據(jù)相關(guān)資料表明不同濃度的濃硫酸，其凝固點(diǎn)也存在差異，如表3。

表3 濃硫酸的凝固點(diǎn)

意味著在最低氣溫低于濃硫酸凝固點(diǎn)的地區(qū)，在常壓環(huán)境條件下，濃硫酸會(huì)存在凝固的可能。在化學(xué)工業(yè)中，為了解決儲(chǔ)存介質(zhì)在低溫工況下凝固問(wèn)題，通常采用的儲(chǔ)罐伴熱方式如下：

(1)對(duì)濃硫酸儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)進(jìn)行處理，在基礎(chǔ)施工過(guò)程中就埋入加熱盤(pán)管，通入蒸汽或熱水對(duì)罐底加熱，結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2所示。

濃硫酸儲(chǔ)罐罐體上應(yīng)該盡量減少位于儲(chǔ)罐底部的開(kāi)孔，底部只設(shè)置濃硫酸出口以及清掃孔，將濃硫酸進(jìn)口、人孔、放空口等其他開(kāi)孔設(shè)置在罐頂，通過(guò)減少濃硫酸液面下的法蘭密封面，達(dá)到減小泄漏的可能性。同時(shí)對(duì)于固定頂?shù)臐饬蛩醿?chǔ)罐，在設(shè)計(jì)中一般不考慮設(shè)置操作平臺(tái)，如果為了檢修的方便，必須要設(shè)置的情況，那么操作平臺(tái)最好單獨(dú)設(shè)置。濃硫酸儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

圖2 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)盤(pán)管加熱結(jié)構(gòu)示意圖

(2)在濃硫酸儲(chǔ)罐側(cè)壁設(shè)置外盤(pán)管，通入蒸汽或熱水對(duì)罐壁進(jìn)行加熱；

他的手機(jī)還裝了定制的“糧圈兒”APP，實(shí)時(shí)查看糧價(jià)和存糧價(jià)值?！皩ふ液线m的機(jī)會(huì)，可以賣(mài)更好的價(jià)錢(qián)?！眲f(shuō)。

(3)或者以上二者同時(shí)使用；

1/1-1d淹水處理的產(chǎn)量較對(duì)照顯著增加，可能的原因一是分蘗期水稻耐淹能力最強(qiáng)，經(jīng)過(guò)短歷時(shí)(1 d)全淹處理后水稻植株體內(nèi)抗氧化酶含量增加，使水稻表現(xiàn)出一定的抵抗淹水逆境的能力[14]，二是淹水脅迫去除后，稻株出現(xiàn)超補(bǔ)償效應(yīng)[15]。具體表現(xiàn)為水稻葉片的光合功能和活力提高，促進(jìn)光合作用的進(jìn)行及光合產(chǎn)物的生產(chǎn)和積累，1/1-1d處理的凈光合速率(Pn值)較對(duì)照增加可以說(shuō)明這一點(diǎn)。

為了保證濃硫酸儲(chǔ)罐的抗腐蝕性能，濃硫酸儲(chǔ)罐的罐體與濃硫酸介質(zhì)接觸的焊接接頭采用對(duì)接全焊透形式，并且采用局部的RT檢測(cè)，罐底板則還需要在對(duì)接接頭的下方增加焊接墊板，在罐底板施工完成后還需要做真空箱試驗(yàn)，合格后再對(duì)罐壁和罐底板內(nèi)表面進(jìn)行MT檢測(cè)。

(1)在儲(chǔ)罐基礎(chǔ)埋入加熱管道方式，其優(yōu)點(diǎn)在于和儲(chǔ)罐底可以直接接觸，導(dǎo)熱效率高，缺點(diǎn)也同樣明顯，如果基礎(chǔ)中的盤(pán)管發(fā)生泄漏，不能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)于發(fā)現(xiàn)泄漏后的修補(bǔ)也是比較困難的。

3.1 濃硫酸儲(chǔ)罐的伴熱方式

（2）金融機(jī)構(gòu)面對(duì)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新走綠色化生產(chǎn)模式具有較強(qiáng)的盈利能力時(shí)，金融機(jī)構(gòu)將會(huì)愿意以較低的貸款利率給企業(yè)貸款。另外，企業(yè)通過(guò)較高的科技創(chuàng)新和創(chuàng)新投入開(kāi)展綠色化生產(chǎn)模式時(shí)，能夠吸引金融機(jī)構(gòu)以?xún)?yōu)惠的貸款利率給企業(yè)貸款，幫助其進(jìn)行科技創(chuàng)新，當(dāng)企業(yè)通過(guò)投入較少的科技研發(fā)和創(chuàng)新投入費(fèi)用開(kāi)展綠色化生產(chǎn)模式時(shí)，金融機(jī)構(gòu)以?xún)?yōu)惠的貸款利率給企業(yè)貸款的意愿將會(huì)降低，金融機(jī)構(gòu)更看重的是企業(yè)通過(guò)加大科技創(chuàng)新和科技投入來(lái)提高未來(lái)的可持續(xù)盈利。

2018年9月3日下午，AAG中國(guó)汽車(chē)后市場(chǎng)店面運(yùn)營(yíng)綜合解決方案展最重要的同期活動(dòng)之一一中國(guó)汽車(chē)后市場(chǎng)行業(yè)“新渠道、新零售”變革發(fā)展論壇盛大舉辦。此次論壇由廣東省道路運(yùn)輸協(xié)會(huì)機(jī)動(dòng)車(chē)維修檢測(cè)分會(huì)、中國(guó)機(jī)械國(guó)際合作股份有限公司、笛威歐亞汽車(chē)技術(shù)有限公司、魔方商學(xué)院、《汽車(chē)維修與保養(yǎng)》雜志社主辦，廣州市機(jī)動(dòng)車(chē)維修行業(yè)協(xié)會(huì)、上海交通大學(xué)汽車(chē)后市場(chǎng)EMBA/魔方車(chē)后同學(xué)會(huì)協(xié)辦，并且得到了中國(guó)汽車(chē)保修設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)與中國(guó)汽車(chē)維修行業(yè)協(xié)會(huì)的大力支持。近五百位來(lái)自行業(yè)協(xié)會(huì)、汽保企業(yè)、連鎖品牌、終端門(mén)店的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及企業(yè)代表出席了本次論壇。

(3)對(duì)于盛裝普通介質(zhì)儲(chǔ)罐時(shí)常采用的內(nèi)盤(pán)管加熱方式，對(duì)于濃硫酸儲(chǔ)罐來(lái)講，是非常不建議使用的，加熱內(nèi)盤(pán)管和濃硫酸直接接觸，碳鋼材質(zhì)的盤(pán)管壁的溫度不容易控制在60℃以下，會(huì)造成腐蝕速度極快，會(huì)造成濃硫酸泄漏嚴(yán)重的后果，因此這種濃硫酸儲(chǔ)罐的伴熱方式一定要慎重使用。

在考慮導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)形式的同時(shí)，在熱源介質(zhì)的選擇上也有很多必須要考慮的地方。如果熱源選用蒸汽，那么容易造成儲(chǔ)罐內(nèi)部的濃硫酸過(guò)熱，導(dǎo)致儲(chǔ)罐容易產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致濃硫酸泄漏的嚴(yán)重后果；但是如果選用熱水為熱源，在濃硫酸儲(chǔ)罐容積較大時(shí)又難以保證濃硫酸達(dá)到其所需要的伴熱效果。

3.2 濃硫酸儲(chǔ)罐伴熱設(shè)計(jì)的建議做法

(1)對(duì)于罐容積不大的濃硫酸儲(chǔ)罐，可以采用熱源為熱水，加熱結(jié)構(gòu)為外盤(pán)管形式的保溫設(shè)計(jì)，但是需要注意的是外盤(pán)管與儲(chǔ)罐外壁之間至少保證間隔20mm左右的距離。同時(shí)為避免發(fā)生濃硫酸介質(zhì)過(guò)熱現(xiàn)象，在儲(chǔ)罐外壁與盤(pán)管之間設(shè)置木屑、木片等隔熱材料。

(2)對(duì)于罐容積較大的濃硫酸儲(chǔ)罐，就可以考慮在基礎(chǔ)中埋入加熱盤(pán)管和在濃硫酸儲(chǔ)罐側(cè)壁設(shè)置外盤(pán)管兩種保溫措施同時(shí)使用，在環(huán)境溫度較低時(shí)同時(shí)在兩組盤(pán)管中通入蒸汽的方式對(duì)濃硫酸儲(chǔ)罐保溫，但是儲(chǔ)罐的材質(zhì)在選用上就要盡量提高要求，或者對(duì)儲(chǔ)罐底部的材質(zhì)進(jìn)行加厚處理，同時(shí)要求土建結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)配合在濃硫酸儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出能供加熱管道檢修的位置。使用放置于基礎(chǔ)內(nèi)的盤(pán)管蒸汽加熱濃硫酸也要注意過(guò)熱的問(wèn)題，也需要在儲(chǔ)罐底板與基礎(chǔ)中的盤(pán)管之間設(shè)置隔熱材料。

4 結(jié)束語(yǔ)

濃硫酸儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既要滿足工藝要求，又需要滿足結(jié)構(gòu)合理，成本經(jīng)濟(jì)。工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮工況、投資、操作等相關(guān)因素，選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案。在此基礎(chǔ)上，選用正確的儲(chǔ)罐本體材料，在保證安全的前提下降低設(shè)備造價(jià)，延長(zhǎng)儲(chǔ)罐的使用壽命，提高濃硫酸儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性。

[1] Stanley S Grossel. Safe,efficient handling of acids[J].Chemical Engineering,1998: 88-98.

[2] 許 萍，張慧娟. 淺析硫酸儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及措施[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2007,34 (1):65-71.

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(本文文獻(xiàn)格式：葉 屹.濃硫酸儲(chǔ)罐伴熱設(shè)計(jì)的探討[J].山東化工，2017，46(12)：141-143.)

Discussion on Heat Tracing Design of Concentrated Sulfuric Acid Storage Tank

YeYi

(Chongqing Chemical Engineering Design & Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400039,China)

This paper introduces the selection, design standard and basic structure of concentrated sulfuric acid storage tank， analyses the feasibility of using carbon steel as the bulk material of concentrated sulfuric acid storage tank, discusses the advantages and disadvantages of heating mode of various concentrated sulfuric acid storage tanks and the corresponding safety measures, puts forward a more reasonable heating structure, provides a reference insulation design for the use of concentrated sulfuric acid storage tank in the low temperature area.

concentrated sulfuric acid ; storage tank ; insulation design

2017-04-17

葉 屹(1984—)，四川內(nèi)江人，工程師，主要從事化工項(xiàng)目的設(shè)備設(shè)計(jì)工作。

TQ053.2;TQ111.17

A

1008-021X(2017)12-0141-03

化工設(shè)計(jì)