看點

01

看點

02

分鋼制儲罐、塑料儲罐和玻璃鋼儲罐，也分為壓力容器類和非壓力容器類硫酸儲罐，還分為立式和臥式硫酸儲罐。

本文僅討論常壓硫酸儲罐。

硫酸不存在較大的蒸汽壓力，無需采用內(nèi)浮盤。為隔離空氣及雨水等雜質(zhì)，需要用固定頂保護罐內(nèi)介質(zhì)，一般采取自支撐的固定頂，且應(yīng)將加強肋等支撐件設(shè)置在罐頂外壁，并保證在液位下的部件不存在裂紋等缺陷。從安全角度出發(fā)，一般不在罐頂設(shè)置操作平臺，為便于操作、檢修，可以設(shè)置獨立的操作平臺。若必須設(shè)置罐頂平臺，則在罐頂設(shè)計時，應(yīng)充分考慮包括頂部平臺、管支架等相關(guān)設(shè)施的設(shè)備自重和相關(guān)設(shè)備帶來的附加載荷的影響。

材料選定后，硫酸儲罐的罐體厚度，可按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行計算或選定，與其它儲罐的設(shè)計是一樣的，只不過與普通介質(zhì)的儲罐相比，鋼制硫酸儲罐需要采用較大的腐蝕裕量。碳鋼罐盡量同時使用陽極保護，此時的腐蝕裕量也需要足足3mm厚，合金罐、塑料罐、FRP罐或其他襯里罐則一般無需預(yù)留腐蝕裕量。

硫酸罐一般應(yīng)至少包括如下管口：硫酸入口，硫酸出口，溢流口，放空口(壓力閥口)，頂部人孔，清掃孔。

為減少泄漏，硫酸入口一般設(shè)置在罐頂，并使管口距離罐壁至少1200mm。但有時由于條件限制，也將人口設(shè)置在靠近頂部的罐壁處。硫酸入口一般應(yīng)采用汲取管的方式，即將管口內(nèi)伸至液面下。對側(cè)壁入口，則可用90℃彎頭使管線在罐內(nèi)保持豎直狀態(tài)并達到上述要求。為保護罐底，在罐底正對入口管末端的相應(yīng)位置設(shè)置防沖板。為防止介質(zhì)的虹吸現(xiàn)象，硫酸人口管線應(yīng)開放空孔，一般只需要在管線的上部開一個12mm的孔即可。

硫酸出口一般也采取內(nèi)伸汲取管的方式，且多采用可拆式結(jié)構(gòu)，為便于拆卸，外套管直徑一般取硫酸出口管直徑的2倍以上。硫酸出口也可設(shè)計成齊平接管的形式。為避免充液過多而引起硫酸大量外溢，需要在罐壁的上部設(shè)置溢流管口，該管口與罐壁內(nèi)表面平齊；也可不設(shè)置該管口，而直接利用高液位儀表控制進料管線上的切斷閥來達到目的。

為保護罐壁，所有罐頂?shù)慕庸芏夹枰獌?nèi)伸至少25mm；管壁的接管，除溢流口或齊平出口外，都應(yīng)在管口上部180℃范圍內(nèi)伸至少25mm。一般情況下，放空管(壓力閥口)應(yīng)設(shè)置在罐的最高處，且與罐頂內(nèi)表面齊平，若儲罐建在室內(nèi)，還應(yīng)將放空口引至室外。對直接放空到大氣的管口，還應(yīng)配置180℃彎頭和絲網(wǎng)。

為保證硫酸金屬儲罐具有良好的耐腐蝕性，所有位于液位下的焊縫，均應(yīng)為全焊透對接結(jié)構(gòu)，并進行局部X射線檢測。罐頂可以采用搭接焊縫。所有的罐底焊縫，應(yīng)為帶墊板的全焊透對接焊縫，罐底應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進行真空箱試驗。罐壁和罐底內(nèi)表面還應(yīng)增加磁粉或液體滲透檢驗。

由于硫酸的蒸汽壓力不大，為確保安全，除非另有要求，所有的接管法蘭均應(yīng)采用PN2.0MPa的壓力等級；由于承插焊及螺紋法蘭等法蘭的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，決定了更容易產(chǎn)生腐蝕，因此，應(yīng)盡量避免使用這類法蘭。當(dāng)需要采用彎頭時，為減少__磨損腐蝕應(yīng)力和腐蝕開裂，應(yīng)盡量采用內(nèi)部有涂層保護和曲率半徑較大的無縫彎頭。在接管焊接時，應(yīng)注意避免不同厚度的接管直接焊在起，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該將焊縫和結(jié)構(gòu)不連續(xù)處分開。選用墊片時，應(yīng)盡量使墊片的內(nèi)徑和管口直徑相同，以避免磨損腐蝕和縫隙腐蝕。

看點

03

各種不同金屬或合金的耐硫酸腐蝕性能及作為硫酸儲罐的選擇可行性如下：

1）普通碳鋼不耐80%以下稀硫酸，但可以耐65℃左右的80%～100%的濃硫酸。因碳鋼在這一濃度范圍內(nèi)可形成鈍化保護膜，因此碳鋼可直接用作為常溫、無流速、無沖刷、無充氣、密封的80%～100%濃硫酸儲存和運輸設(shè)備的制造材料，內(nèi)壁無需額外做其他防腐處理，外壁只需做普通的弱腐蝕防銹耐候涂裝處理。

2）普通碳鋼和鑄鐵都不耐102%以上的發(fā)煙硫酸，因此不可作為發(fā)煙硫酸儲罐的制造材料

3）鉛、鉛銻合金、可耐96%以下室溫的硫酸，對80%以下的硫酸可耐至210℃（也因表面產(chǎn)生保護膜），但鉛銻不耐具有流速和摩擦沖刷的濃硫酸（因其破壞了保護膜）。因此襯鉛也是常用的耐硫酸腐蝕設(shè)備的制造材料和襯里材料。

4）普通不銹鋼（如304 不銹鋼）只能耐5%以下的極稀的硫酸，和碳鋼一樣不直接作為稀硫酸儲罐的制造材料。316L 不銹鋼是含鉬不銹鋼，可耐室溫下15%濃度以內(nèi)的無流速、無沖刷、無充氣的硫酸溶液和85%～100%濃度的常溫、無流速、無沖刷、無充氣、密封的硫酸。

5）高硅不銹鋼、高合金不銹鋼、鎳鉬鉻合金（及哈氏合金）可以同時耐稀、濃硫酸，可以耐高溫、高速下一切濃度硫酸。其中高硅不銹鋼最便宜，但高硅不銹鋼抗震差、加工困難、不耐含氟或亞硫酸雜質(zhì)的硫酸溶液（此時可選用20 號高合金鋼）。高硅不銹鋼是硫酸行業(yè)采用最多的合金材料，用來制造硫酸工廠的干燥塔、吸收塔、管式分酸器、槽管式分酸器、塔內(nèi)填料支撐箅子板、循環(huán)酸槽、管殼式酸冷卻器、管線、泵、法蘭和閥門等硫酸生產(chǎn)設(shè)備。但是直接采用高硅不銹鋼來制造硫酸儲罐，還是不多。

6）銅、鎳只能耐60%以下的不充氣的稀酸，銀、鈦、鋯、鋁、鎂也都只是適于稀硫酸，一般不直接作為硫酸儲罐制造材料。

7）盡管鉑、金、鈀、鉬這幾類金屬材料對所有濃度的硫酸都具有非常好的耐蝕性能，但這些貴金屬的成本都非常昂貴，不可能用它們來制作硫酸儲罐。

實際市面上的金屬硫酸罐，90%以上是采用普通碳鋼制造的，部分發(fā)煙硫酸儲罐是采用合金鋼制造的。

普通碳鋼用于80%以下濃度稀硫酸時，務(wù)必采取可靠的防護措施。

目前市面上的使用較多的防護形式有：

碳鋼外殼內(nèi)刷防腐涂料、

碳鋼外殼內(nèi)襯橡膠、

碳鋼外殼內(nèi)襯玻璃鋼或玻璃鱗片膠泥。

采用碳鋼外殼附加防護措施的硫酸儲罐只是稀硫酸儲罐的方案之一，大多數(shù)時候，直接采用有機塑料、玻璃鋼儲罐的性價比和使用壽命會更高。這將在后文闡述。

這類方法一般針對常溫下低濃度（45%以下）稀硫酸碳鋼儲罐。根據(jù)具體濃度大小，選用不同的成膜物的防腐涂料涂刷碳鋼罐內(nèi)壁?；奶幚砗褪┕し椒ê徒饘黉摻Y(jié)構(gòu)涂裝防腐無異。

常選用的防腐涂料有：環(huán)氧防腐涂料、乙烯基酯樹脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、玻璃鱗片防腐涂料、丙烯酸樹脂工業(yè)防腐涂料、聚氯乙烯含氟螢丹防腐涂料、氯磺化聚乙烯防腐涂料等。

這類方法就是襯膠，襯膠防腐防腐多見于硫酸環(huán)境下的碳鋼槽、管件、法蘭等，碳鋼儲罐用襯膠的方法制作的占少數(shù)。

橡膠襯里碳鋼硫酸罐也針對的是中低溫度下的稀硫酸溶液，

它兼具耐磨、防空蝕、抗應(yīng)力變化、耐溫度驟變等特殊性能，但同時存在耐熱性較差（硬質(zhì)橡膠也不超過85℃）、

不耐具有氧化性的濃硫酸（耐不了常溫下80%以上濃度的硫酸，

耐不了65℃以上65%～80%的中等濃度的硫酸）、

導(dǎo)熱性能差等缺陷。硫酸碳鋼儲罐襯膠用的品種以氯丁橡膠（CR）和丁基橡膠（IIR）居多，

CR和IIR 硫酸碳鋼儲罐的耐硫酸腐蝕性能如表2。

這類方法屬于樹脂重防腐防腐方法之一。

這類方案適用于一定溫度下的稀硫酸。玻璃鋼的耐腐蝕性能主要取決于粘結(jié)料樹脂種類及性能、增強材料種類及性能、玻璃鋼固化程度、施工質(zhì)量等。

目前市場上適用于80%濃度以下的稀硫酸的碳鋼儲罐內(nèi)襯用玻璃鋼樹脂主要有環(huán)氧樹脂、耐腐蝕不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂。其中乙烯基酯樹脂采用最多，根據(jù)稀硫酸濃度和溫度的不同，選用不同類型的乙烯基酯樹脂。

表3 是典型通用乙烯基酯樹脂牌號耐硫酸腐蝕性能的簡表。

備注說明：

NR：不建議使用；

LS：該溫度下使用壽命較短（通常滿足的都為靜態(tài)容器，室溫（最大40℃）時一般最多一年的使用壽命）；

沒有相關(guān)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)或沒有進行過相關(guān)試驗（并非一定不能使用，此時建議用戶使用前先自行評估或者致電供應(yīng)商咨詢）；

建議在防腐蝕阻擋層內(nèi)層使用兩層有機表面氈；

為最大限度延長使用壽命，必須后固化；

在耐腐蝕阻擋層內(nèi)，建議使用兩層C 型玻璃纖維表面氈；

在防腐蝕阻擋層或其結(jié)構(gòu)層內(nèi)，建議使用耐酸性較佳的玻璃纖維。

熱塑性塑料一般適用于中低溫下70%以內(nèi)的稀硫酸，一些特殊的含氟塑料可耐高溫高濃度硫酸。熱塑性塑料儲罐主要優(yōu)點是：耐腐蝕性強、操作方便、使用壽命長、重量輕、對設(shè)備的運輸、安裝、維修都比較有利。

高密度PE 材質(zhì)儲罐，使用溫度范圍為-70℃～+70℃，可在上限溫度以內(nèi)盛放50%以內(nèi)濃度的硫酸，常溫下可盛放75%濃度以內(nèi)的硫酸，濃度再高，或高溫下具有氧化性的硫酸，PE 材質(zhì)儲罐已經(jīng)不合適了。PP 的強度較PE 更好，韌性更佳，整體塑料儲罐材質(zhì)更多選用的是PP。PP 材質(zhì)儲罐可在使用溫度范圍(-20℃～+120℃)內(nèi)盛放65%以內(nèi)濃度的硫酸，但同樣不能用于強氧化性的硫酸。

PVC 也可用于整體塑料儲罐，在使用溫度范圍(-40℃～+60℃)內(nèi)適用于65%以內(nèi)濃度的硫酸，也耐不了氧化性的硫酸。經(jīng)過氯化的氯化聚氯乙烯CPVC 材質(zhì)的硫酸儲罐，適用于80%濃度以內(nèi)85℃以下的硫酸溶液。

聚四氟乙烯，PTFE 可在240℃以內(nèi)盛放任意濃度的硫酸或發(fā)煙硫酸，聚全氟乙丙稀F46 的加工性能較PTFE 更好，其材質(zhì)的儲罐也可在200℃以內(nèi)盛放任意濃度的硫酸或發(fā)煙硫酸。含氟類塑料是硫酸塑料儲罐最佳的熱塑性塑料選擇，但成本非常高，實際使用極少。

實際場合下，PP、PVC 材料的塑料儲罐，由于加工成型的限制，多以標(biāo)準(zhǔn)型號的中小型立式和臥式的整體貯槽、貯罐為主。

熱固性塑料玻璃鋼只適用于長期浸泡在85%濃度以下的硫酸，并且濃度不同，耐溫級別不同，對硫酸蒸汽，耐溫會更高。FRP 材料的耐硫酸的濃度和溫度隨熱固性樹脂、纖維增強材料的不同而不同。

備注說明：

NR：不建議使用；

LS：該溫度下使用壽命較短（通常滿足的都為靜態(tài)容器，室溫（最大40℃）時一般最多一年的使用壽命）。

目前市場上，玻璃鋼硫酸儲罐的耐腐蝕樹脂選材主要集中在耐腐蝕型不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂兩大類，結(jié)構(gòu)層根據(jù)耐溫需要選用熱變形溫度過關(guān)的不飽和聚酯樹脂。

玻璃鋼硫酸儲罐主要有幾類：

立式平底儲罐、立式圓底儲罐、臥式儲罐、現(xiàn)場纏繞大型儲罐、運輸罐（槽車罐）、雙壁罐。

玻璃鋼硫酸儲罐廣泛用于輕工、石油、化工、食品、運輸?shù)阮I(lǐng)域。

1）輕質(zhì)高強（密度為1.6-1.9g/cm3，為鋼材的1/4，但比強度更高）；

2）耐腐蝕；

3）熱膨脹系數(shù)小，保溫隔熱性能好；

4）非標(biāo)成型方便，維修方便；

5）耐低溫

性能好；

6）可在工廠內(nèi)部制作，也可現(xiàn)場制作，如現(xiàn)場纏繞大型立式儲罐。

一類品質(zhì)較低的方法是手工制作的也可先預(yù)制儲罐耐蝕內(nèi)壁平板，固化成型后卷起來拼接，再制作結(jié)構(gòu)增強層；

另一類品質(zhì)較高的是在模具上制作，

通常：

1）根據(jù)需要設(shè)計制造合適的模具；

）模具表面刷或噴純樹脂；

3）富樹脂層制作兩層富含樹脂的表面氈層，以便給耐蝕容器提供

較好的耐腐蝕性能和抗?jié)B透性能；

4）使用纏繞或手糊的方法，制作短切氈增強的耐蝕層；

5）使用纏繞或手糊的防腐制作容器的結(jié)構(gòu)層，直至達到所需厚度為止；

6）在容器最外面制作耐候性富樹脂層；

7）儲罐底座和蓋頂也采用模具并結(jié)合噴射成型制作。

1 富樹脂層（內(nèi)層耐蝕層）：由耐腐蝕內(nèi)襯樹脂和表面氈組成，樹脂含量大于90%，厚度1.0～1.5mm；

2 耐腐蝕阻擋層（次內(nèi)層耐蝕層）：為防滲層，由無堿短切纖維和耐腐蝕內(nèi)襯樹脂組成，含量為70％～75％，厚度不小于3mm；

3 結(jié)構(gòu)層（增強層）：該層對內(nèi)表層和次內(nèi)層起加強作用，抵抗罐體所受外界荷載，保證罐體剛度和強度，一般采用無堿玻璃布，環(huán)向纏繞與交叉螺旋纏繞結(jié)合，根據(jù)最終性能和耐熱需要采用鄰苯型、間苯型或?qū)Ρ叫筒伙柡途埘渲?。樹脂含量?0％～50％，厚度達設(shè)計要求。

4 外保護層：為抵抗設(shè)備使用環(huán)境的腐蝕，設(shè)備外壁需制作一層保護層，以防止結(jié)構(gòu)層被環(huán)境浸蝕而失效。為防老化層，在該層中加入抗紫外線吸收劑和石蠟液，減輕貯罐設(shè)備在室外紫外線輻射作用下產(chǎn)生的老化作用，厚度為1.0mm。也可以涂裝一層200μm 的耐候涂料。

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