廢舊濃硫酸罐拆除實(shí)踐

張衛(wèi)紅

（貴州磷化集團(tuán)貴陽(yáng)開(kāi)磷化肥有限公司，貴州貴陽(yáng)551109）

貴州磷化集團(tuán)貴陽(yáng)開(kāi)磷化肥有限公司4個(gè)濃硫酸罐作為40 kt/a和60 kt/a硫鐵礦制酸的儲(chǔ)酸罐于1992年6月建成投用，4個(gè)罐體尺寸參數(shù)分別為直徑 9 m、高 9 m，罐壁厚 12 mm。2002年后該公司200，600，800 kt/a 硫磺制酸投用后，建造了 10 kt濃硫酸儲(chǔ)罐共6個(gè)。2013年，早期建設(shè)的4個(gè)硫酸罐由于罐體銹蝕嚴(yán)重，其附屬的樓梯平臺(tái)已無(wú)法保證人員在巡檢維護(hù)過(guò)程的安全需求，需停用，并申請(qǐng)報(bào)廢，研究拆除方案。由于罐內(nèi)氫氣濃度和一氧化碳?xì)怏w含量較高，還有少量硫化氫氣體，罐體底部只設(shè)置了一個(gè)φ150 mm的排酸閥，已被酸泥堵塞，罐底壁無(wú)人孔，無(wú)法對(duì)罐內(nèi)酸泥進(jìn)行清理和用堿中和，也無(wú)法對(duì)底部空氣進(jìn)行置換，尤其是2019年2#儲(chǔ)罐罐壁開(kāi)裂，威脅到周邊設(shè)施及人員活動(dòng)的安全，必須盡快拆除。2019年8月技術(shù)人員制定了方案，采用冷熱切割相結(jié)合的辦法，4個(gè)濃硫酸罐順利進(jìn)行了拆除。

1 濃硫酸罐拆除過(guò)程中存在的危害性

1）濃硫酸罐無(wú)法進(jìn)行通風(fēng)置換和清洗。4個(gè)濃硫酸罐在設(shè)計(jì)時(shí)可能為了減少漏點(diǎn)，在罐底部只設(shè)置了一個(gè)φ150 mm的排酸閥，未設(shè)排污管道和排污閥，罐底壁也未安裝清理人孔，現(xiàn)排酸管已被酸泥堵塞（酸泥高600～700 mm），罐底部無(wú)法開(kāi)孔進(jìn)行通風(fēng)置換罐內(nèi)氣體，當(dāng)采用動(dòng)火作業(yè)時(shí)，有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

2）濃硫酸罐罐體腐蝕有倒塌風(fēng)險(xiǎn)。4個(gè)濃硫酸罐從2013年4月開(kāi)始停用，由于硫酸有吸水性，停用后酸無(wú)法進(jìn)行循環(huán)使用和置換，罐內(nèi)有少量硫酸無(wú)法排出，硫酸會(huì)吸收空氣中的水分，酸泥中沉積的濃酸濃度逐步降低變成稀硫酸，由于稀硫酸可與多數(shù)金屬（比銅活潑的金屬）和絕大多數(shù)金屬氧化物反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽、水、氫氣，加快了硫酸罐的腐蝕，罐壁局部腐蝕嚴(yán)重，尤其是2019年2#硫酸罐距底部700 mm高的位置罐壁開(kāi)始變薄和開(kāi)裂，部分已開(kāi)始穿孔，威脅到周邊設(shè)施及人員活動(dòng)的安全，有倒塌的風(fēng)險(xiǎn)，必須盡快進(jìn)行拆除，在拆除過(guò)程中存在施工風(fēng)險(xiǎn)。

3）罐內(nèi)氫氣含量高。稀硫酸可與一些金屬在一定條件下反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和氫氣，罐底空氣無(wú)法進(jìn)行通風(fēng)置換，氫氣含量高。氫氣在空氣中點(diǎn)燃可能發(fā)生爆炸，理論計(jì)算，氫氣爆炸極限是4.0%～75.6%（體積分?jǐn)?shù)），遇火源就會(huì)爆炸，而當(dāng)氫氣體積分?jǐn)?shù)小于4.0%或大于75.6%時(shí)，即使遇到火源，也不會(huì)爆炸，燃點(diǎn)為580 ℃，氣體密度（壓力為 101.325 kPa,溫度 0 ℃狀態(tài)下）為 0.089 9 g/L。拆除前操作人員在頂蓋人孔處進(jìn)行了3 d監(jiān)測(cè)，氫氣體積分?jǐn)?shù)分別為4.5%，4.9%，4.8%，在爆炸極限內(nèi)，因此，在拆除時(shí)不能有火星出現(xiàn)。

4）一氧化碳?xì)怏w含量高易發(fā)生中毒。GB/T 2449—2006《工業(yè)硫磺》中規(guī)定工業(yè)硫磺優(yōu)等品有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0.03%，但進(jìn)口的工業(yè)硫磺有時(shí)有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.06%以上，在溶硫過(guò)程中無(wú)法去除，硫酸生產(chǎn)中與硫磺一起在焚硫爐內(nèi)燃燒，在氧氣不充足時(shí)會(huì)產(chǎn)生一氧化碳，被硫酸洗滌進(jìn)入濃硫酸產(chǎn)品中，拆除前對(duì)一氧化碳進(jìn)行監(jiān)測(cè)，體積分?jǐn)?shù)分別為0.018 5%、0.016%、0.019 2%，罐底一氧化碳濃度可能還會(huì)更高但無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，人接觸一氧化碳的限值φ（CO）為0.005%，當(dāng)φ（CO）超過(guò)0.02%時(shí)在2～3 h內(nèi)有輕微頭暈、頭痛、惡心等，人不能直接進(jìn)入罐內(nèi)，一氧化碳爆炸極限為12.5%～74.2%（體積分?jǐn)?shù)），因此，據(jù)監(jiān)測(cè)情況不會(huì)發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。

5）含有硫化氫氣體易使人中毒。硫化氫是一種易燃的酸性氣體，無(wú)色，低濃度時(shí)有臭雞蛋氣味，濃度極低時(shí)有硫磺味，有劇毒，相對(duì)密度為（空氣密度為1）1.19，燃點(diǎn)為292 ℃。工作場(chǎng)所空氣中硫化氫最高容許體積分?jǐn)?shù)約為0.000 66%，在4個(gè)罐頂作監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)硫化氫氣體體積分?jǐn)?shù)分別為0.000 72%，0.000 75%，0.000 69%，如果強(qiáng)制進(jìn)入罐內(nèi)有中毒危險(xiǎn)，動(dòng)火作業(yè)不會(huì)發(fā)生爆炸。

6）二氧化硫氣體有刺激性。二氧化硫氣體有刺激性，使人窒息，二氧化硫體積分?jǐn)?shù)達(dá)0.002%時(shí)，引起咳嗽并刺激眼睛。二氧化硫體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.04%時(shí)可使人產(chǎn)生呼吸困難，監(jiān)測(cè)時(shí)二氧化硫體積分?jǐn)?shù)為0.004 5%，人進(jìn)去作業(yè)時(shí)也會(huì)呼吸困難，長(zhǎng)期接觸也有中毒危險(xiǎn)。

綜上分析，濃硫酸罐拆除過(guò)程主要危害是有氫氣爆炸危險(xiǎn)、中毒危險(xiǎn)和坍塌危險(xiǎn)。

2 濃硫酸罐拆除

4個(gè)罐子周圍有職工操作室，還有其他10 kt的硫酸罐、輸送泵等設(shè)備，在拆除時(shí)不能發(fā)生爆炸，引起人身傷亡和設(shè)備損壞，因有中毒氣體，儲(chǔ)罐又無(wú)法進(jìn)行置換，對(duì)濃硫酸罐的拆除關(guān)鍵是要通風(fēng)置換罐內(nèi)的氣體和清理罐內(nèi)的酸泥，如何打開(kāi)第一個(gè)通風(fēng)孔是關(guān)鍵，必須采用最佳拆除方案，才能進(jìn)行施工，通過(guò)分析可以采用水切割和冷熱切割相結(jié)合的方法進(jìn)行拆除，拆除前對(duì)2種方案進(jìn)行比較。

1）水切割。水切割又稱水刀，即高壓水射流切割技術(shù)，是一種利用高壓水流切割的機(jī)器。在電腦的控制下能任意雕琢工件，而且受材料質(zhì)地影響小。因?yàn)槠涑杀镜?，易操作，良品率又高，水切割正逐漸成為工業(yè)切割技術(shù)方面的主流切割方式。水切割以加砂情況分有無(wú)砂切割和加砂切割；以設(shè)備分有大型水切割機(jī)、小型水切割機(jī)、三維水切割機(jī)、動(dòng)態(tài)水切割機(jī)；以壓力分有100 MPa以上的高壓型和100 MPa以下為低壓型。水切割的特點(diǎn)是屬冷切割、不產(chǎn)生熱變形或熱效應(yīng)；在一般環(huán)境中無(wú)污染、不產(chǎn)生有毒氣體及粉塵，可一次完成鉆孔、切割、成型工作。濃硫酸罐水切割存在的問(wèn)題：4個(gè)濃硫酸罐底部只有1個(gè)φ150排酸閥，從上部人孔觀察，底部還有大量酸泥，部分地方明顯還看到有液體（硫酸），無(wú)法放出來(lái)，一旦采用水割，水割過(guò)程中的水進(jìn)入罐內(nèi)，罐內(nèi)的酸被稀釋，放出熱量，冒出大量水汽，同時(shí)變成稀酸。由于有酸泥，稀酸質(zhì)量較差，下一工序無(wú)法使用，須采用堿中和，浪費(fèi)成本；用堿中和后的污水還需處理，中和后的渣需要運(yùn)到專用渣場(chǎng)進(jìn)行堆存，以防環(huán)境污染。目前國(guó)內(nèi)水切割酸罐的廠家較少，每個(gè)罐須對(duì)開(kāi)1 500 mm×2 000 mm清理人孔，4個(gè)罐需要26萬(wàn)元左右，清理成本較高。

2）冷、熱切割相結(jié)合。采用冷切割過(guò)程不產(chǎn)生高溫的技術(shù)手段或方法，使被切割物保持原有材料特性，切割過(guò)程溫度沒(méi)有劇烈的升溫變化，通常溫升不超過(guò)40 ℃，切割過(guò)程采用冷卻液進(jìn)行降溫達(dá)到冷切割的效果。

根據(jù)兩種方式對(duì)比，此次拆除選用冷、熱切割相結(jié)合的方式較合適，可避免動(dòng)火作業(yè)發(fā)生爆炸及中毒危險(xiǎn)，拆除過(guò)程如下：

用磁力鉆（磁座鉆）在罐底酸泥上部先畫一個(gè)φ300 mm的圓圈，通過(guò)磁力鉆（鉆頭φ20 mm）在圓圈上連著鉆孔，磁力鉆可調(diào)速，在鉆的過(guò)程中不斷用水降溫，用紅外線測(cè)溫槍測(cè)溫升不超40 ℃，當(dāng)孔鉆完后就形成一個(gè)φ300 mm的孔，通過(guò)圓孔向罐內(nèi)通風(fēng)。

打開(kāi)硫酸罐頂人孔蓋，安裝軸流抽風(fēng)機(jī)抽槽內(nèi)的氫氣及一氧化碳?xì)怏w，檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部氣體成分，置換空氣48 h后，在φ300 mm孔處對(duì)罐內(nèi)氣體進(jìn)行檢測(cè)，氫氣體積分?jǐn)?shù)為0.003%，其他所有指標(biāo)都合格，用氧氣切割清理人孔，人孔為高2 m，寬1.6 m，并在罐子對(duì)邊開(kāi)一個(gè)同樣大小的人孔進(jìn)行通風(fēng)。

清理罐內(nèi)的酸泥送到磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)入萃取槽生產(chǎn)，若有重過(guò)磷酸鈣生產(chǎn)系統(tǒng)或普通過(guò)磷酸鈣生產(chǎn)系統(tǒng)的單位可將酸泥進(jìn)行搭配使用，使酸泥中的酸再次與重鈣磷酸鈣中未反應(yīng)完的磷進(jìn)行反應(yīng)。

酸泥清理完成后，采用氧氣切割的方式，拆除工作執(zhí)行以 “先高后低，先地上后地下，先小后大，先管道后設(shè)備，先附件后主機(jī)”的拆除原則，對(duì)罐子進(jìn)行拆除。對(duì)罐子底壁有腐蝕的，在拆除前必須在罐體四周用槽鋼固定支撐加固。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用冷、熱切割相結(jié)合的方式，4個(gè)濃硫酸罐安全拆除。拆除過(guò)程中，未出現(xiàn)安全事故，未對(duì)周邊設(shè)備造成安全隱患，未造成環(huán)境污染。目前國(guó)家對(duì)環(huán)保和安全要求越來(lái)越嚴(yán)格，使用年限較長(zhǎng)的設(shè)備需拆除，在拆除過(guò)程中要保證人身及設(shè)備安全，又不能污染環(huán)境，針對(duì)罐內(nèi)有易燃易爆氣體又無(wú)法通風(fēng)置換及需對(duì)罐內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行中和的設(shè)備，可采取冷熱切割相結(jié)合的方法進(jìn)行拆除，此方法值得研究和借鑒。