淺談氯堿工業中酸堿罐區的工藝設計

胡忠寬

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

氯堿工業是最基本的化學工業之一，其產品主要為液堿、氯氣、氫氣、鹽酸和次氯酸鈉等，被廣泛應用于不同行業。酸堿罐區是氯堿工業工程設計中的重要板塊，承擔著向主反應裝置供給原料、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，故而做好酸堿罐區工藝設計成為整個氯堿工業裝置系統設計工作的重要組成部分[1]。筆者將以年產8 萬t32%液堿實例對酸堿罐區工藝設計中的幾大關鍵要點作簡要分析與說明。

1 儲罐形式和材質的確定

1.1 儲罐形式的確定

一般而言，儲罐類型按照儲存介質的不同，可劃分為浮頂罐、內浮頂罐、固定頂罐、球罐以及臥罐。氯堿工業的罐區的主要貯存介質如表1 所示。由此可知，酸堿罐區內所儲存介質均不可燃，且揮發性均不太大，故而選用固定頂常壓儲罐。

表1 罐區主要貯存介質性質表

1.2 儲罐材質的確定

常溫時，碳鋼和鑄鐵在30%以下的燒堿中是十分穩定的，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變為可溶性的鐵酸鈉，故而不可采用碳鋼和鑄鐵材質。研究發現當燒堿濃度低于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。

鹽酸是一種非氧化性酸，鑄鐵、碳鋼和不銹鋼在鹽酸中均發生強烈腐蝕，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，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生孔蝕，對鈦的腐蝕速率很小，但鈦材質價格過于昂貴，應用于儲罐制造極不經濟。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，防止濃硫酸進一步腐蝕。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，耐腐蝕優良。故而筆者采用性能比較優良，價格低廉的Q345R 為濃硫酸罐材質。

2 儲罐容量的衡量

儲罐容量的衡量要從四個方面考慮：1)儲存介質進出儲罐的流量；2)保持生產系統穩定有序的平衡能力；3)儲存介質的貯存天數；4)儲罐的經濟適用性[3]。現階段絕大部分化工企業的儲罐設計容積公式為V(Q/ρ×η×n1)×n2

式中:V—儲罐總設計容積，m3；

Q—儲罐年儲存量，Kg；

ρ—儲存介質的平均容重，Kg/m3；

η—儲罐的貯存系數（固定頂儲罐的貯存系數:V＞1000 m3，取0.9；V＜1000 m3，取0.85；浮頂罐或內浮頂罐的貯存系數一般取0.85；球罐或臥罐的貯存系數取0.9。儲罐總設計容積）；

n1—儲罐的年操作天數；

n2—儲罐介質儲存天數；

儲罐總設計容積是罐區該時間段相應介質的設計容積之和，儲罐總設計容積（V）/儲罐的個數（N）=單個儲罐設計容積（V0）。儲罐個數應根據生產操作需求和設計成本決定，大多數總設計容積較大的介質裝置儲罐個數在2～3 臺，或更多，若總設計容積較小可設置1～2 臺。

本案例年產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，產生450t75%廢硫酸。年工作時間為330d，儲存時間為30～40d，得各介質的儲罐規格和數量，如表2所示。為避免濃硫酸卸車時槽車受壓過大，應采取自流方式，增設一個約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 不同介質儲罐的規格和數量計算表

3 酸堿罐區的布置

罐區的布置應本著“安全生產”、“以人為本”、“預防為主”、“防消結合”的原則，結合廠區的地形地貌，自然氣候，周圍環境等因素綜合考率。在保證穩定生產和充分發揮罐區相關職能功效不受影響的基礎上，對罐區進行合理的結構布置，實現罐區建設的占地節約。此外，設計人員需要結合罐區儲罐配管和操作的實際要求，避免出現大量交叉，排管紊亂，繞行繁多等情況。

由表1 可知，該罐區內儲存介質均為不燃物，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未有明確標準，為保證安全生產，筆者采用《建筑設計防火規范》(GB 50016-2006)、《石油化工企業設計防火規范》(GB 50160-2008)和《石油化工企業消防設計規范》(GB 50160-2008)的規定，布置如圖1。

圖1 酸堿罐區設備布置圖

建規要求，一個罐組最多布置兩排儲罐（每排的數量不限），超過兩排的，需再設一個罐組存放，且不同類型介質需以隔堤隔開。故而本案例中酸堿罐區亦為兩排多罐。

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

4 總結

本文以年產8 萬t32%液堿實例對酸堿罐區工藝設計中的儲罐形式和材質的確定、儲罐容量的衡量以及儲罐的布置三個關鍵要點作做分析與說明，但某些細節未曾論述，這要求設計人員結合實際經驗和實際情況，本著嚴格負責的心態去設計，使罐區設計趨于經濟化與合理化，從而保證整個生產系統安全平穩的運行。