張衛(wèi)紅

（貴州磷化集團貴陽開磷化肥有限公司，貴州貴陽551109）

貴州磷化集團貴陽開磷化肥有限公司4個濃硫酸罐作為40 kt/a和60 kt/a硫鐵礦制酸的儲酸罐于1992年6月建成投用，4個罐體尺寸參數(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濃硫酸儲罐共6個。2013年，早期建設(shè)的4個硫酸罐由于罐體銹蝕嚴重，其附屬的樓梯平臺已無法保證人員在巡檢維護過程的安全需求，需停用，并申請報廢，研究拆除方案。由于罐內(nèi)氫氣濃度和一氧化碳氣體含量較高，還有少量硫化氫氣體，罐體底部只設(shè)置了一個φ150 mm的排酸閥，已被酸泥堵塞，罐底壁無人孔，無法對罐內(nèi)酸泥進行清理和用堿中和，也無法對底部空氣進行置換，尤其是2019年2#儲罐罐壁開裂，威脅到周邊設(shè)施及人員活動的安全，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個濃硫酸罐順利進行了拆除。

1 濃硫酸罐拆除過程中存在的危害性

1）濃硫酸罐無法進行通風置換和清洗。4個濃硫酸罐在設(shè)計時可能為了減少漏點，在罐底部只設(shè)置了一個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），罐底部無法開孔進行通風置換罐內(nèi)氣體，當采用動火作業(yè)時，有爆炸風險。

2）濃硫酸罐罐體腐蝕有倒塌風險。4個濃硫酸罐從2013年4月開始停用，由于硫酸有吸水性，停用后酸無法進行循環(huán)使用和置換，罐內(nèi)有少量硫酸無法排出，硫酸會吸收空氣中的水分，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，生成相應的硫酸鹽、水、氫氣，加快了硫酸罐的腐蝕，罐壁局部腐蝕嚴重，尤其是2019年2#硫酸罐距底部700 mm高的位置罐壁開始變薄和開裂，部分已開始穿孔，威脅到周邊設(shè)施及人員活動的安全，有倒塌的風險，必須盡快進行拆除，在拆除過程中存在施工風險。

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，生成相應的硫酸鹽和氫氣，罐底空氣無法進行通風置換，氫氣含量高。氫氣在空氣中點燃可能發(fā)生爆炸，理論計算，氫氣爆炸極限是4.0%～75.6%（體積分數(shù)），遇火源就會爆炸，而當氫氣體積分數(shù)小于4.0%或大于75.6%時，即使遇到火源，也不會爆炸，燃點為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行了3 d監(jiān)測，氫氣體積分數(shù)分別為4.5%，4.9%，4.8%，在爆炸極限內(nèi)，因此，在拆除時不能有火星出現(xiàn)。

4）一氧化碳氣體含量高易發(fā)生中毒。GB/T 2449—2006《工業(yè)硫磺》中規(guī)定工業(yè)硫磺優(yōu)等品有機物質(zhì)量分數(shù)小于或等于0.03%，但進口的工業(yè)硫磺有時有機物質(zhì)量分數(shù)在0.06%以上，在溶硫過程中無法去除，硫酸生產(chǎn)中與硫磺一起在焚硫爐內(nèi)燃燒，在氧氣不充足時會產(chǎn)生一氧化碳，被硫酸洗滌進入濃硫酸產(chǎn)品中，拆除前對一氧化碳進行監(jiān)測，體積分數(shù)分別為0.018 5%、0.016%、0.019 2%，罐底一氧化碳濃度可能還會更高但無法進行監(jiān)測，人接觸一氧化碳的限值φ（CO）為0.005%，當φ（CO）超過0.02%時在2～3 h內(nèi)有輕微頭暈、頭痛、惡心等，人不能直接進入罐內(nèi)，一氧化碳爆炸極限為12.5%～74.2%（體積分數(shù)），因此，據(jù)監(jiān)測情況不會發(fā)生爆炸危險。

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，無色，低濃度時有臭雞蛋氣味，濃度極低時有硫磺味，有劇毒，相對密度為（空氣密度為1）1.19，燃點為292 ℃。工作場所空氣中硫化氫最高容許體積分數(shù)約為0.000 66%，在4個罐頂作監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)硫化氫氣體體積分數(shù)分別為0.000 72%，0.000 75%，0.000 69%，如果強制進入罐內(nèi)有中毒危險，動火作業(yè)不會發(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，二氧化硫體積分數(shù)達0.002%時，引起咳嗽并刺激眼睛。二氧化硫體積分數(shù)達到0.04%時可使人產(chǎn)生呼吸困難，監(jiān)測時二氧化硫體積分數(shù)為0.004 5%，人進去作業(yè)時也會呼吸困難，長期接觸也有中毒危險。

綜上分析，濃硫酸罐拆除過程主要危害是有氫氣爆炸危險、中毒危險和坍塌危險。

2 濃硫酸罐拆除

4個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，儲罐又無法進行置換，對濃硫酸罐的拆除關(guān)鍵是要通風置換罐內(nèi)的氣體和清理罐內(nèi)的酸泥，如何打開第一個通風孔是關(guān)鍵，必須采用最佳拆除方案，才能進行施工，通過分析可以采用水切割和冷熱切割相結(jié)合的方法進行拆除，拆除前對2種方案進行比較。

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。因為其成本低，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砂切割和加砂切割；以設(shè)備分有大型水切割機、小型水切割機、三維水切割機、動態(tài)水切割機；以壓力分有100 MPa以上的高壓型和100 MPa以下為低壓型。水切割的特點是屬冷切割、不產(chǎn)生熱變形或熱效應；在一般環(huán)境中無污染、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題：4個濃硫酸罐底部只有1個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），無法放出來，一旦采用水割，水割過程中的水進入罐內(nèi)，罐內(nèi)的酸被稀釋，放出熱量，冒出大量水汽，同時變成稀酸。由于有酸泥，稀酸質(zhì)量較差，下一工序無法使用，須采用堿中和，浪費成本；用堿中和后的污水還需處理，中和后的渣需要運到專用渣場進行堆存，以防環(huán)境污染。目前國內(nèi)水切割酸罐的廠家較少，每個罐須對開1 500 mm×2 000 mm清理人孔，4個罐需要26萬元左右，清理成本較高。

2）冷、熱切割相結(jié)合。采用冷切割過程不產(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，切割過程溫度沒有劇烈的升溫變化，通常溫升不超過40 ℃，切割過程采用冷卻液進行降溫達到冷切割的效果。

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

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

打開硫酸罐頂人孔蓋，安裝軸流抽風機抽槽內(nèi)的氫氣及一氧化碳氣體，檢測設(shè)備內(nèi)部氣體成分，置換空氣48 h后，在φ300 mm孔處對罐內(nèi)氣體進行檢測，氫氣體積分數(shù)為0.003%，其他所有指標都合格，用氧氣切割清理人孔，人孔為高2 m，寬1.6 m，并在罐子對邊開一個同樣大小的人孔進行通風。

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

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”的拆除原則，對罐子進行拆除。對罐子底壁有腐蝕的，在拆除前必須在罐體四周用槽鋼固定支撐加固。

3 結(jié)語

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