硫酸储罐设计
10页1、1 硫酸腐蚀原理及特点 表 1 市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点浓度状态腐蚀性特点备注100%发烟硫 酸氧化性腐蚀 为主1)65%85%硫酸低温下为还原性,高温或沸点下 为氧化性; 2)85%100%硫酸及发烟硫酸在所有温度下都呈 氧化性; 3)浓硫酸具有吸水性,空气中水份也会使敞空的 浓硫酸变稀,对碳钢的腐蚀性增大; 4)65%85%期间,随温度上升,其对碳钢的腐蚀 速率下降; 5)碳钢在 80%100%的硫酸中可形成钝化保护膜, 在无流速、无冲刷、无充气、密封时可耐受 6080; 6)102%以上的发烟硫酸,会破坏钝化膜,腐蚀速 度上升,碳钢和铸铁耐不了。120%的发烟硫酸是 氧化性腐蚀的峰值点。硫酸金属储罐外壁腐蚀主要为气相腐蚀,只是弱腐蚀,一般采取涂装防腐即可, 不是这里讨论的重点。碳钢在硫酸中发生的腐蚀过程是典型的电化学腐蚀。其化学反应式表述如下:Fe+H2S04H2+FeS04金属材料的本质、表面状态及金属阴极相杂质、硫酸浓度(pH 值)、温度都 会影响到金属的氢去极化腐蚀。此外,一些物理因素如介质流速、固相颗粒、 结垢等也会影响硫酸的腐蚀性。 2 硫酸储罐的设计 2
2、.1 类型及概况 分钢制储罐、塑料储罐和玻璃钢储罐,也分为压力容器类和非压力容器类硫酸 储罐,还分为立式和卧式硫酸储罐。本文仅讨论常压硫酸储罐。硫酸不存在较大的蒸汽压力,无需采用内浮盘。为隔离空气及雨水等杂质,需 要用固定顶保护罐内介质,一般采取自支撑的固定顶,且应将加强肋等支撑件 设置在罐顶外壁,并保证在液位下的部件不存在裂纹等缺陷。从安全角度出发, 一般不在罐顶设置操作平台,为便于操作、检修,可以设置独立的操作平台。 若必须设置罐顶平台,则在罐顶设计时,应充分考虑包括顶部平台、管支架等 相关设施的设备自重和相关设备带来的附加载荷的影响。 材料选定后,硫酸储罐的罐体厚度,可按相关标准进行计算或选定,与其它储 罐的设计是一样的,只不过与普通介质的储罐相比,钢制硫酸储罐需要采用较 大的腐蚀裕量。碳钢罐尽量同时使用阳极保护,此时的腐蚀裕量也需要足足 3mm 厚,合金罐、塑料罐、FRP 罐或其他衬里罐则一般无需预留腐蚀裕量2。2.2 结构设计 硫酸罐一般应至少包括如下管口:硫酸入口,硫酸出口,溢流口,放空口(压力 阀口),顶部人孔,清扫孔。 为减少泄漏,硫酸入口一般设置在罐顶,并使管口距离罐
3、壁至少 1200mm。但 有时由于条件限制,也将人口设置在靠近顶部的罐壁处。硫酸入口一般应采用汲取管的方式,即将管口内伸至液面下。对侧壁入口,则可用 90弯头使管线在罐内保持竖直状态并达到上述要求。为保护罐底,在罐底正对入口管末端的 相应位置设置防冲板。为防止介质的虹吸现象,硫酸人口管线应开放空孔,一 般只需要在管线的上部开一个 12mm 的孔即可。 硫酸出口一般也采取内伸汲取管的方式,且多采用可拆式结构,为便于拆卸, 外套管直径一般取硫酸出口管直径的 2 倍以上。硫酸出口也可设计成齐平接管 的形式。为避免充液过多而引起硫酸大量外溢,需要在罐壁的上部设置溢流管口,该管口与罐壁内表面平齐;也可不设置该管口,而直接利用高液位仪表控 制进料管线上的切断阀来达到目的。 为保护罐壁,所有罐顶的接管都需要内伸至少 25mm;管壁的接管,除溢流口或齐平出口外,都应在管口上部 180范围内伸至少 25mm。一般情况下,放空管(压力阀口)应设置在罐的最高处,且与罐顶内表面齐平,若储罐建在室内,还应将放空口引至室外。对直接放空到大气的管口,还应配置 180弯头和丝网。 为保证硫酸金属储罐具有良好的耐腐蚀性
4、,所有位于液位下的焊缝,均应为全 焊透对接结构,并进行局部 X 射线检测。罐顶可以采用搭接焊缝。所有的罐底 焊缝,应为带垫板的全焊透对接焊缝,罐底应按标准进行真空箱试验。罐壁和 罐底内表面还应增加磁粉或液体渗透检验。 由于硫酸的蒸汽压力不大,为确保安全,除非另有要求,所有的接管法兰均应 采用 PN2.0MPa 的压力等级;由于承插焊及螺纹法兰等法兰的内在结构,决定了更容易产生腐蚀,因此,应尽量避免使用这类法兰。当需要采用弯头时,为 减少磨损腐蚀应力和腐蚀开裂,应尽量采用内部有涂层保护和曲率半径较大的 无缝弯头。在接管焊接时,应注意避免不同厚度的接管直接焊在一起,在结构 设计时应该将焊缝和结构不连续处分开。选用垫片时,应尽量使垫片的内径和 管口直径相同,以避免磨损腐蚀和缝隙腐蚀。 3 硫酸储罐的选材及防腐措施 从表 1市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点可以看出,针对不同浓 度,不同温度状态的硫酸,耐腐蚀选材也不尽相同。 3.1 金属金属材质硫酸储罐主要分为三类:整体金属材质硫酸储罐、金属外壳内刷涂 料的硫酸储罐、金属外壳内衬玻璃钢或鳞片胶泥硫酸储罐。 3.1.1 整体金属材质 各种不
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