胡忠寬

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一，其產(chǎn)品主要為液堿、氯氣、氫氣、鹽酸和次氯酸鈉等，被廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)。酸堿罐區(qū)是氯堿工業(yè)工程設(shè)計中的重要板塊，承擔著向主反應(yīng)裝置供給原料、承接上游成品、為下游工段深加工提供原料和對外裝車銷售的作用，故而做好酸堿罐區(qū)工藝設(shè)計成為整個氯堿工業(yè)裝置系統(tǒng)設(shè)計工作的重要組成部分[1]。筆者將以年產(chǎn)8 萬t32%液堿實例對酸堿罐區(qū)工藝設(shè)計中的幾大關(guān)鍵要點作簡要分析與說明。

1 儲罐形式和材質(zhì)的確定

1.1 儲罐形式的確定

一般而言，儲罐類型按照儲存介質(zhì)的不同，可劃分為浮頂罐、內(nèi)浮頂罐、固定頂罐、球罐以及臥罐。氯堿工業(yè)的罐區(qū)的主要貯存介質(zhì)如表1 所示。由此可知，酸堿罐區(qū)內(nèi)所儲存介質(zhì)均不可燃，且揮發(fā)性均不太大，故而選用固定頂常壓儲罐。

表1 罐區(qū)主要貯存介質(zhì)性質(zhì)表

1.2 儲罐材質(zhì)的確定

常溫時，碳鋼和鑄鐵在30%以下的燒堿中是十分穩(wěn)定的，具有良好的耐蝕性能，但當堿濃度＞30%時，鈍化形成的氫氧化鐵保護膜開始轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘蔫F酸鈉，故而不可采用碳鋼和鑄鐵材質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)當燒堿濃度低于40%時，304 不銹鋼的腐蝕速率＜0.05mm/a，這是由于304 不銹鋼含有耐蝕性能突出的鉻和鎳，因此選用304 不銹鋼作為32%液堿罐的材質(zhì)。

鹽酸是一種非氧化性酸，鑄鐵、碳鋼和不銹鋼在鹽酸中均發(fā)生強烈腐蝕，且隨鹽酸濃度增加，腐蝕速度也增大。因此筆者選用了玻璃鋼作為鹽酸罐的材質(zhì)，玻璃鋼（纖維強化塑料）具有超強的耐鹽酸性能和抗液滲透能力，是非氧化性酸儲材的首選。

次氯酸鈉溶液腐蝕性很強，呈氧化性腐蝕，常溫條件下會逐漸分解釋出氧，對碳鋼和普通不銹鋼腐蝕嚴重。次氯酸鈉溶液會使哈氏合金及硅鑄鐵產(chǎn)生孔蝕，對鈦的腐蝕速率很小，但鈦材質(zhì)價格過于昂貴，應(yīng)用于儲罐制造極不經(jīng)濟。故而筆者采用抗氧性能好，相對廉價的PVC 作襯里，外纏玻璃鋼的方法制造次氯酸鈉罐[2]。

濃硫酸具有強腐蝕性，但碳鋼在中濃硫酸會鈍化，形成一層致密的氧化膜，防止?jié)饬蛩徇M一步腐蝕。碳鋼對濃硫酸的耐腐蝕性：當w（H2SO4）＞90%時，基本不腐蝕；當65%＜w（H2SO4）＜90%時，腐蝕率為0.05mm/a，耐腐蝕優(yōu)良。故而筆者采用性能比較優(yōu)良，價格低廉的Q345R 為濃硫酸罐材質(zhì)。

2 儲罐容量的衡量

儲罐容量的衡量要從四個方面考慮：1)儲存介質(zhì)進出儲罐的流量；2)保持生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定有序的平衡能力；3)儲存介質(zhì)的貯存天數(shù)；4)儲罐的經(jīng)濟適用性[3]?，F(xiàn)階段絕大部分化工企業(yè)的儲罐設(shè)計容積公式為V(Q/ρ×η×n1)×n2

式中:V—儲罐總設(shè)計容積，m3；

Q—儲罐年儲存量，Kg；

ρ—儲存介質(zhì)的平均容重，Kg/m3；

η—儲罐的貯存系數(shù)（固定頂儲罐的貯存系數(shù):V＞1000 m3，取0.9；V＜1000 m3，取0.85；浮頂罐或內(nèi)浮頂罐的貯存系數(shù)一般取0.85；球罐或臥罐的貯存系數(shù)取0.9。儲罐總設(shè)計容積）；

n1—儲罐的年操作天數(shù)；

n2—儲罐介質(zhì)儲存天數(shù)；

儲罐總設(shè)計容積是罐區(qū)該時間段相應(yīng)介質(zhì)的設(shè)計容積之和，儲罐總設(shè)計容積（V）/儲罐的個數(shù)（N）=單個儲罐設(shè)計容積（V0）。儲罐個數(shù)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作需求和設(shè)計成本決定，大多數(shù)總設(shè)計容積較大的介質(zhì)裝置儲罐個數(shù)在2～3 臺，或更多，若總設(shè)計容積較小可設(shè)置1～2 臺。

本案例年產(chǎn)8 萬t32%液堿，同時伴有1.27 萬t31%高純鹽酸、6350t31%次品鹽酸、1540t10%次氯酸鈉；去氯氫及廢氣需消耗408t98%濃硫酸，產(chǎn)生450t75%廢硫酸。年工作時間為330d，儲存時間為30～40d，得各介質(zhì)的儲罐規(guī)格和數(shù)量，如表2所示。為避免濃硫酸卸車時槽車受壓過大，應(yīng)采取自流方式，增設(shè)一個約1/3 硫酸罐儲量的濃硫酸卸車地下罐（10m3），然后用地下泵將硫酸送至濃硫酸儲罐。

表2 不同介質(zhì)儲罐的規(guī)格和數(shù)量計算表

3 酸堿罐區(qū)的布置

罐區(qū)的布置應(yīng)本著“安全生產(chǎn)”、“以人為本”、“預(yù)防為主”、“防消結(jié)合”的原則，結(jié)合廠區(qū)的地形地貌，自然氣候，周圍環(huán)境等因素綜合考率。在保證穩(wěn)定生產(chǎn)和充分發(fā)揮罐區(qū)相關(guān)職能功效不受影響的基礎(chǔ)上，對罐區(qū)進行合理的結(jié)構(gòu)布置，實現(xiàn)罐區(qū)建設(shè)的占地節(jié)約。此外，設(shè)計人員需要結(jié)合罐區(qū)儲罐配管和操作的實際要求，避免出現(xiàn)大量交叉，排管紊亂，繞行繁多等情況。

由表1 可知，該罐區(qū)內(nèi)儲存介質(zhì)均為不燃物，但腐蝕性較強，若因事故造成泄露，危害不遜于燃燒，但對于該戊類腐蝕性介質(zhì)未有明確標準，為保證安全生產(chǎn)，筆者采用《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016-2006)、《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50160-2008)和《石油化工企業(yè)消防設(shè)計規(guī)范》(GB 50160-2008)的規(guī)定，布置如圖1。

圖1 酸堿罐區(qū)設(shè)備布置圖

建規(guī)要求，一個罐組最多布置兩排儲罐（每排的數(shù)量不限），超過兩排的，需再設(shè)一個罐組存放，且不同類型介質(zhì)需以隔堤隔開。故而本案例中酸堿罐區(qū)亦為兩排多罐。

石化規(guī)要求，兩排直徑＞5m 的立式儲罐的間距不＜5m。立式儲罐至防火堤內(nèi)堤腳線的距離不應(yīng)＜管壁高度的一半，臥式儲罐至防火堤內(nèi)堤腳線的距離不應(yīng)＜3m。石化消防規(guī)范要求，防護堤的有效容積不得＜罐區(qū)最大儲罐容積。

4 總結(jié)

本文以年產(chǎn)8 萬t32%液堿實例對酸堿罐區(qū)工藝設(shè)計中的儲罐形式和材質(zhì)的確定、儲罐容量的衡量以及儲罐的布置三個關(guān)鍵要點作做分析與說明，但某些細節(jié)未曾論述，這要求設(shè)計人員結(jié)合實際經(jīng)驗和實際情況，本著嚴格負責的心態(tài)去設(shè)計，使罐區(qū)設(shè)計趨于經(jīng)濟化與合理化，從而保證整個生產(chǎn)系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運行。