含氟盐酸储罐吸瘪修复及日常操作

陈先进 黄挺秀 刘 辉 张静天 欧阳旭

（浙江化工院科技有限公司，浙江 绍兴 312369）

生产技术

含氟盐酸储罐吸瘪修复及日常操作

陈先进 黄挺秀 刘 辉 张静天 欧阳旭

（浙江化工院科技有限公司，浙江 绍兴 312369）

介绍了立式盐酸储槽吸瘪原因及注水法修复过程。从理论上分析了采用注水加压法修复吸瘪储罐的可能性，对立式盐酸储槽进行了强度核算，提出了系统的修复方案、操作流程、储罐吸瘪的预防措施以及日常使用及注意事项,在实践中取得了较好效果。

盐酸储罐；吸瘪；修复；注水加压

在有机氟化工生产过程中多采用卤代烷氟化制备氟代烷，副产物废酸中含大量F离子。相对于普通酸类物质，含氟废酸的储运不可使用普通玻璃钢类材质储罐，而必须采用PE/PO等特殊内衬的储槽，以防止储罐腐蚀。此类储罐一般罐顶、罐壁较薄，设计压力普遍较低，不耐负压，在频繁使用过程中极易因昼夜温差过大、呼吸阀阻塞或者操作不当而出现失稳吸瘪现象。中化蓝天基地4#立式拱顶盐酸 （含F酸）储罐，因设备和操作失误致使罐内负压过大，储罐筒体部分瘪陷。现以此储罐为例，探讨此类储罐的修复问题及预防罐体失稳措施，为储罐的安全运行提供理论支撑。

1 吸瘪原因

储罐总高12.66 m,其中直筒部分高11.5 m,罐体直径为4.5 m，罐体由两段变截面罐壁组成（自下而上0～3.6 m段壁厚12 mm，3.6 m～11.5 m段壁厚10 mm），罐顶为标准椭圆封头，壁厚10 mm。设备材质为Q235B，内衬厚度为18 mm的PE。

灌区盐酸储槽因单吸阀阻塞且无压力监控装置，在连续出酸过程中因操作不当产生负压，造成储罐"吸瘪"。罐体共有3处较大凹陷，东、北方向两处凹陷情况相似，凹痕大致与地面平行，西面凹痕呈Z字形。其中北面凹陷最严重（凹陷深度约400 mm）。

储罐全容积193 m3，操作容积172 m3，设计压力及最高工作压力均为常压，设计温度-10℃～90℃，储存介质为盐酸。

2 临界压力

该储罐凹陷均发生在筒体部分。筒体可认为是薄壁短圆筒。由于筒体为变截面壁，应先求得其当量高度。根据英国BS2654方法[1]计算出筒体的当量高度为10.18 m，计算公式如下：

式中：

h：折算前筒节高度，m；

tmin：最小罐壁厚度，mm；

t：目标筒节罐壁厚度，mm；

He：对应筒节的当量高度，m；

薄壁短圆筒在外力作用下的临界压力计算式：

式中：E：材料的弹性模量，Pa；

tmin：最小罐壁厚度，mm；

D0：筒体外径，mm；

HE：当量高度，mm；

Q235B在常温下的弹性模量为200×103MPa，计算得Pcr=52.95 kPa，即罐体在大于52.95 kPa的真空度下就会失稳。可见，操作不当引起罐内负压过大，会导致罐体吸瘪。

3 修复方法及可行性分析

储罐罐壁的修复方法[2]主要有三种：机械法、充气加压法和注水加压法[3-4]。机械法施工难度大，工期长，耗费多。而充气和注水法较为简单经济。相对充气法而言，注水加压法不仅能起到检漏的作用，而且可抑制罐底板上翘变形。采用注水加压法之前，要先进行可行性分析和强度校核。

储罐共有三处凹陷，其中北面凹陷最为严重，取其为研究对象。北面凹陷可简化为如图2所示的菱形结构。

3.1 静水压计算

将水加至直筒上沿，该凹陷处受到的平均静水压P静可表示为：

式中：tanα1=OB/OL

tanα2=OB/OL

ρ：水的密度，kg/m3；

g：当地重力加速度，m/s2；

求得：P静=40.84 kPa。

3.2 凹陷回弹所需压力计算

假定罐壁具有理想塑性，罐壁凹陷的角度从根部到AB处呈线性变化关系，则产生的塑性功为：WF=πσS·t2·h·sec2α/8

式中：σS：罐壁材料的屈服应力，MPa；

t：凹陷处材料厚度，m；

h：凹陷深度，m；

对于AB处以下部分：Sec2α1=1+tan2α1=1.072

对于AB处以上部分：Sec2α2=1+tan2α2=1.340

Q235B钢板的σS为2.00×105MPa，厚度10 mm；PE内衬的σS为1.07×103MPa，厚度18 mm，则AB以下部分的塑性功WF1为两种材料产生的塑性功WF1'、WF1"之和。

求得：WF1=5.56×104N·m WF2=3.21×104N·m皱折长度y的求取：

则y1=3.30 m3

y2=1.53 m3

P1=WF1/y1=16.85 kPa

P2=WF2/y2=20.98 kPa

Pt=P1+P2=37.83 kPa

由计算结果可知：P静＞Pt且P静＞Pcr，因此只要将储罐加满水，水的静压力就可以使罐壁凹陷回弹。

4 强度校核

盐酸储槽顶部为标准椭圆封头[5-7]，壁厚10 mm，强度大于管壁。罐底为平底结构但底下有交叉固定钢条满焊为支撑，强度足以抵抗上举内压力。因此,该储罐的最薄弱环节为罐壁。

根据内压薄壁圆筒壳的强度计算公式：

式中：δe=t－C1－C2，（对于本例，C1=0.55 mm，C2=0）；

[σ]t：许用应力，113 MPa；

φ：焊缝系数，0.7；

Di：圆筒的中径。

对于t=10 mm部分，计算得pw1=0.331 MPa。

对于t=12 mm部分，计算得pw2=0.400 MPa。

贮槽总高12.66 m，若注满水，罐壁底部压力为0.124 MPa，罐壁变截面处压力为0.095 MPa。因此，罐壁最薄弱处位于变截面处，当注满水后继续加压0.236 MPa，该点即有可能失稳。

5 注水加压修复步骤

通过理论计算得知，注满水即可使凹陷处回弹。但由于凹陷较深，并且已经形成折痕，是否能完全回弹还不得知。因此，在修复前准备了一套注水加压系统，具体流程如图3所示。如果回弹状况不理想，可通过水泵往盐酸储罐内加水，在强度允许范围内提高储罐内压力，使凹陷进一步回弹。

修复操作流程如下：先进行罐内清洗，使其达到动火要求。再从罐顶往罐内加水。当水位达到9.6 m的时候，西面凹陷部分弹出。继续加水，几处凹陷也陆续弹出。注满水后，西面凹陷已完全弹出，北面和东面的凹痕处还有部分未复位。

关闭顶孔和呼吸阀，使储罐处于密闭状态，从底部往里缓慢注水加压。当加压至罐顶表压42 kPa时，罐体已基本复原，具体如图4所示。保压2 h后放水泄压。修复后的储罐各部位情况良好，焊缝、内衬均完好无破裂，保压过程中压力未降低。

6 储罐操作要点

储罐在日常使用过程中不仅要注意操作安全，保证设备的稳定运行，还要注意环境保护，防止盐酸等有毒有害气体进入大气，因此在灌区增设尾气吸收系统（如图5）。在进料过程中操作步骤如下：

（1）开启进尾气系统阀门、水洗塔顶放空阀；

（2）开启水洗塔电机，启用喷淋；

（3）开启盐酸进料阀门进料，密切关注罐体压力及液位变化，安全进料。

出料过程中，若真空呼吸阀堵塞、空罐或罐内液位偏低时,罐内易形成负压，导致罐体失稳发生吸瘪现象，适宜的操作步骤为：

（1）开启槽车与尾气系统联接阀门、出料循环管阀门；

（2）开启水洗塔电机,启用喷淋;

（3）接通压力联锁控制开关，开启出料盐酸泵，开始出料。密切关注罐体压力及液位变化，安全出料。

综上所述储罐在日常操作过程中，应定期检查储罐真空呼吸阀、压力监控器、液位计等安全附件是否灵敏好用,严格遵守操作规程,认真巡检，以保证储罐正常工作运行。

7 小结

（1）出料过程中罐内形成较大的真空是引起本事故主要原因。采用注水法修复吸瘪储罐在理论上具有一定可行性。当储罐加满水时P静＞Pt且P静＞Pcr，水的静压力完全可以使罐壁凹陷回弹。计算结果与实践情况十分吻合，储罐修复完全达到预期效果。

（2）储罐日常使用过程中应严格遵守操作规程，认真巡检，密切注意储罐内液位、压力变化，保证安全附件的正常工作，预防储罐失稳现象。

[1]潘家华,郭光臣.油罐及管道强度设计[M].北京:石油工业出版社,1986.

[2]阮紫青.大型贮槽吸瘪原因分析及修复[J].化工生产与技术,1995,5(1):23-27.

[3]刘庆宏.大型拱顶油罐抽瘪后的修复[J].油气储运, 2001,20(5):37-40.

[4]靳永娥,蒋晓红.油罐罐顶凹陷的原因分析[J].油气储运,1999,18(3):61-63,67.

[5]徐松远.用盛水压力法修复凹瘪变形的储罐[J].石油化工设备,1994,23(1):30-32.

[6]杨旭辉,李育德,张晓凌.储罐罐壁抽瘪后的修复[J].石油化工设备,2008,37(6):84-86.

[7]王丰.立式拱顶油罐吸瘪修复的理论分析与实践[J].油气储运,1993.12(1):45-52.

Restoration of Sinkaged or Collapsed Tank Containing Fluoride ion Hydrochloric Acid and its Daily Operation

CHEN Xian-jin,HUANG Ting-xiu,LIU Hui，ZHANG Jing-tian,OU YANG-Xu
(Zhejiang Chemical Industry Istitute Technology Co.,Ltd.Shaoxing,Zhejiang 312369,China)

The reason and restoration method of shell sinkaged/collapsed tank were recommended.The possibility of repair the tank by injecting water was studied theoretically and the tank strength,operation process and prevention measures were represented.The water injection method was proved to be feasible for large storage tank restoration and the daily operation rules were applied successfully in practice.

hydrochloric acid tank;sinkaged;collapsed;restoration

1006-4184（2012）07-0030-04

2012-03-28

陈先进(1981-)，男，工程师，浙江苍南人，从事含氟化学品的开发和工业放大研究工作。