酸罐呼吸器存在的問題及改進方案

褚相武

（廣東東莞市東糖集團有限公司 廣東東莞）

一、問題

吉林石化設計院為公司年產30萬噸淀粉糖廠設計的玻璃鋼鹽酸儲罐，直徑為3.4 m、高度11.35 m、容積為 108 m3，鹽酸濃度為31%，密度≤1.2 g/cm2，罐內裝滿物料時，總重 100～120 t。玻璃鋼學名“玻璃纖維增強塑料”，俗稱 FRP，它是用玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）做增強材料，用合成樹脂做基體材料的一種復合材料。優點：質量輕、強度高、耐酸堿、工藝性好；缺點：脆性高、層間抗剪切能力低。

圖1 廠家提供的安裝技術交底圖

2013年4月，某玻璃鋼制品廠家按設計要求制作了該玻璃鋼鹽酸儲罐，并配置了一個直徑0.6 m、高度為1 m的酸罐呼吸器（又名酸霧吸收器），圖1是廠家提供的安裝技術交底圖。玻璃鋼鹽酸儲罐于2013年12月投入使用后，經?？吹剿峁藓粑魃w板及填料散落在地上。2014年7月，在罐體的中上部6～8 m處，出現5處大小不一的橫向裂紋，最長600 mm，最短300 mm。

二、酸罐產生裂紋的原因分析

由于鹽酸易揮發產生酸霧，因此，安全儲存鹽酸的方法，是必須將鹽酸儲存在密閉的酸罐內。如廠家提供的安裝技術交底圖1所示，當進酸管、出酸罐的閥門關閉后，酸罐呼吸管被水封彎管中的水封閉，酸罐中的鹽酸就處于密閉存儲狀態。在向酸罐內輸送鹽酸或受環境溫度升高影響，鹽酸產生大量酸霧時，酸罐內壓力增大，酸罐產生膨脹變形，當酸罐內壓力增大到一定程度時，酸霧就會頂開水封彎管中的水封，進入酸罐呼吸器，被噴淋水吸附化成稀酸，經酸罐呼吸器溢流管排入污水處理站。酸罐中排出一部分酸霧之后，壓力降至與大氣壓相等后，噴淋水經水封彎管進水口淋入水封彎管，重新形成水封，使酸罐恢復密閉儲存狀態，同時，在自身材料的彈性作用下，酸罐迅速恢復正常形狀。至此，酸罐完成一次呼氣過程。

當需要從酸罐出酸管處取用鹽酸時，酸罐內的鹽酸液面迅速下降，致使酸罐內形成負壓，酸罐產生較大收縮變形，水封彎管中的水封被吸上酸罐呼吸管中。當停止取用鹽酸時，被吸上酸罐呼吸管中的水封失去吸力，迅速落下，沖回酸罐呼吸器中，其所產生的沖擊氣流將酸罐呼吸器的部分填料和蓋板掀離酸罐呼吸器而落到地上。同時，在自身材料的彈性作用下，酸罐迅速恢復正常形狀，至此，酸罐完成了一次吸氣的過程。

因此，酸罐每完成一次呼氣或吸氣過程，罐體所產生的膨脹變形或收縮變形，都會使罐體的特定部位受到一次“彎折”，尤其是在吸氣過程中，彎折變形的幅度大并且劇烈。由于玻璃鋼材料具有脆性高、層間抗剪切能力低的缺點，因此，經過這樣多次反復彎折變形后，罐體就產生了裂紋。

三、改進措施

1.第一次技術改進

查明了酸罐產生裂紋的原因，對酸罐生產廠家提供的安裝技術交底圖進行反復研究，發現存在一個錯誤，即廢置了破真空回水管。于是做出圖2所示的第一次改進。用一條破真空連接管將破真空回水管與酸罐呼吸管和連接管的結合處連通，這個連通點就是破真空點。原理：當酸罐進行吸氣動作時，水封被酸罐的負壓抽拉到破真空點處時，破真空連接管處的真空就會被破壞，水封的水就會通過破真空連接管和破真空回水管回到酸罐呼吸器底部，使空氣進入酸罐消除負壓，避免酸罐產生較大的收縮變形。

圖2 第一次改進示意圖

第一次改進的作用只是適當地減小了酸罐吸氣過程中罐體收縮變形的幅度，但是劇烈程度沒有得到改變，酸罐呼氣過程中罐體膨脹變形的幅度也沒有得到改變。因此，這種改進只是略微延長了罐體產生裂紋的時間，沒有從根本上解決酸罐在呼氣和吸氣過程中因膨脹和收縮變形導致罐體側壁被反復彎折損害的問題。

2.第二次改進

圖3 第二次改進示意圖

圖4 虹吸先導管放大圖

經過仔細研究第一次改進之后，引入虹吸先導技術，對酸罐呼吸器進行第二次改進。如圖3、圖4所示。工作原理：在酸罐呼氣過程中，酸罐內產生的壓力同時作用在水封和虹吸先導管的水體上，此時，虹吸先導管的第一單向閥封閉，第二單向閥開啟，虹吸先導管內的水通過虹吸先導管彎頭和虹吸先導管出水口流出，虹吸現象發生，第一單向閥開啟，水封彎管內的水被吸出，水封被打開，酸霧就順利排入酸罐呼吸器，酸罐中排出一部分酸霧之后，壓力降至與大氣壓相等后，噴淋水經水封彎管進水口淋入水封彎管并進入虹吸先導管中，重新形成水封，使酸罐恢復密閉儲存狀態。

在酸罐吸氣過程中，酸罐內產生的負壓同時作用在水封和虹吸先導管的水體上，此時，虹吸先導管的第二單向閥封閉，第一單向閥開啟，水封彎管內的水經過虹吸先導管被吸入破真空連接管，水封被打開，真空被破壞，此時，破真空連接管內的水位略高于水封彎管內的水位；真空被破壞后，破真空連接管內的水就會迅速回流到虹吸先導管內，此時，虹吸先導管的第一單向閥封閉，第二單向閥開啟，虹吸先導管內的水通過虹吸先導管彎頭和虹吸先導管出水口流出，虹吸現象發生，第一單向閥開啟，水封彎管內的水被吸出，水封繼續被打開。

與第一次改進相比，第二改進引入虹吸先導技術，設置了虹吸先導管，因此，無論酸罐呼氣還是吸氣，只要稍有一點動力，水封都會被迅速打開，也就是說，第二次改進仍然不能避免酸罐在呼氣或者吸氣時相應的產生膨脹變形或者收縮變形，但是，這種變形微乎其微、可忽略不計。

四、結語

設置水封彎管，能夠控制酸罐保持間歇式的呼氣形式，優點是酸罐呼吸器能夠有效的處理酸罐排出的酸霧。如果沒有水封彎管，雖然保證了酸罐不發生膨脹或收縮變形，但酸罐中的酸霧將連續排入酸罐呼吸器中，易導致酸罐呼吸器中的填料吸附酸霧能力達到飽和而失效。設置帶虹吸先導管的水封彎管后，酸罐的呼氣或吸氣基本等同于沒有水封彎管的效果，既保證了酸罐不發生膨脹或收縮變形，又能使酸罐中的酸霧保持間歇式的排放形式，避免酸霧逸出酸罐呼吸器。