浅谈氯碱工业中酸碱罐区的工艺设计

2021-02-05胡忠宽

天津化工 2021年1期

胡忠宽

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

氯碱工业是最基本的化学工业之一，其产品主要为液碱、氯气、氢气、盐酸和次氯酸钠等，被广泛应用于不同行业。酸碱罐区是氯碱工业工程设计中的重要板块，承担着向主反应装置供给原料、承接上游成品、为下游工段深加工提供原料和对外装车销售的作用，故而做好酸碱罐区工艺设计成为整个氯碱工业装置系统设计工作的重要组成部分[1]。笔者将以年产8 万t32%液碱实例对酸碱罐区工艺设计中的几大关键要点作简要分析与说明。

1 储罐形式和材质的确定

1.1 储罐形式的确定

一般而言，储罐类型按照储存介质的不同，可划分为浮顶罐、内浮顶罐、固定顶罐、球罐以及卧罐。氯碱工业的罐区的主要贮存介质如表1 所示。由此可知，酸碱罐区内所储存介质均不可燃，且挥发性均不太大，故而选用固定顶常压储罐。

表1 罐区主要贮存介质性质表

1.2 储罐材质的确定

常温时，碳钢和铸铁在30%以下的烧碱中是十分稳定的，具有良好的耐蚀性能，但当碱浓度＞30%时，钝化形成的氢氧化铁保护膜开始转变为可溶性的铁酸钠，故而不可采用碳钢和铸铁材质。研究发现当烧碱浓度低于40%时，304 不锈钢的腐蚀速率＜0.05mm/a，这是由于304 不锈钢含有耐蚀性能突出的铬和镍，因此选用304 不锈钢作为32%液碱罐的材质。

盐酸是一种非氧化性酸，铸铁、碳钢和不锈钢在盐酸中均发生强烈腐蚀，且随盐酸浓度增加，腐蚀速度也增大。因此笔者选用了玻璃钢作为盐酸罐的材质，玻璃钢（纤维强化塑料）具有超强的耐盐酸性能和抗液渗透能力，是非氧化性酸储材的首选。

次氯酸钠溶液腐蚀性很强，呈氧化性腐蚀，常温条件下会逐渐分解释出氧，对碳钢和普通不锈钢腐蚀严重。次氯酸钠溶液会使哈氏合金及硅铸铁产生孔蚀，对钛的腐蚀速率很小，但钛材质价格过于昂贵，应用于储罐制造极不经济。故而笔者采用抗氧性能好，相对廉价的PVC 作衬里，外缠玻璃钢的方法制造次氯酸钠罐[2]。

浓硫酸具有强腐蚀性，但碳钢在中浓硫酸会钝化，形成一层致密的氧化膜，防止浓硫酸进一步腐蚀。碳钢对浓硫酸的耐腐蚀性：当w（H2SO4）＞90%时，基本不腐蚀；当65%＜w（H2SO4）＜90%时，腐蚀率为0.05mm/a，耐腐蚀优良。故而笔者采用性能比较优良，价格低廉的Q345R 为浓硫酸罐材质。

2 储罐容量的衡量

储罐容量的衡量要从四个方面考虑：1)储存介质进出储罐的流量；2)保持生产系统稳定有序的平衡能力；3)储存介质的贮存天数；4)储罐的经济适用性[3]。现阶段绝大部分化工企业的储罐设计容积公式为V(Q/ρ×η×n1)×n2

式中:V—储罐总设计容积，m3；

Q—储罐年储存量，Kg；

ρ—储存介质的平均容重，Kg/m3；

η—储罐的贮存系数（固定顶储罐的贮存系数:V＞1000 m3，取0.9；V＜1000 m3，取0.85；浮顶罐或内浮顶罐的贮存系数一般取0.85；球罐或卧罐的贮存系数取0.9。储罐总设计容积）；

n1—储罐的年操作天数；

n2—储罐介质储存天数；

储罐总设计容积是罐区该时间段相应介质的设计容积之和，储罐总设计容积（V）/储罐的个数（N）=单个储罐设计容积（V0）。储罐个数应根据生产操作需求和设计成本决定，大多数总设计容积较大的介质装置储罐个数在2～3 台，或更多，若总设计容积较小可设置1～2 台。

本案例年产8 万t32%液碱，同时伴有1.27 万t31%高纯盐酸、6350t31%次品盐酸、1540t10%次氯酸钠；去氯氢及废气需消耗408t98%浓硫酸，产生450t75%废硫酸。年工作时间为330d，储存时间为30～40d，得各介质的储罐规格和数量，如表2所示。为避免浓硫酸卸车时槽车受压过大，应采取自流方式，增设一个约1/3 硫酸罐储量的浓硫酸卸车地下罐（10m3），然后用地下泵将硫酸送至浓硫酸储罐。

表2 不同介质储罐的规格和数量计算表

3 酸碱罐区的布置

罐区的布置应本着“安全生产”、“以人为本”、“预防为主”、“防消结合”的原则，结合厂区的地形地貌，自然气候，周围环境等因素综合考率。在保证稳定生产和充分发挥罐区相关职能功效不受影响的基础上，对罐区进行合理的结构布置，实现罐区建设的占地节约。此外，设计人员需要结合罐区储罐配管和操作的实际要求，避免出现大量交叉，排管紊乱，绕行繁多等情况。

由表1 可知，该罐区内储存介质均为不燃物，但腐蚀性较强，若因事故造成泄露，危害不逊于燃烧，但对于该戊类腐蚀性介质未有明确标准，为保证安全生产，笔者采用《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)、《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160-2008)和《石油化工企业消防设计规范》(GB 50160-2008)的规定，布置如图1。