硫酸储罐设计.docx

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
<5%
特稀硫酸溶液
电化学腐蚀为主,腐蚀性一般
1)65%浓度以下的稀硫酸在所有温度都为还原性;
2)稀硫酸对碳钢的腐蚀速率随浓度的提高而增强;达到一定浓度后(47%~50%是电化学腐蚀速度的峰值点),腐蚀速率随浓度的提高而急剧下降;
3)同一浓度的稀硫酸随着温度的增加,腐蚀性会加大;
4)杂质对腐蚀也有很大的影响,如含氟、氯等其他离子;
5)介质流速越大、固相颗粒多也会加剧稀硫酸溶液的腐蚀性。
5~65%
稀硫酸溶液
电化学腐蚀为主,腐蚀性非常强
65~85%
浓硫酸溶液
电化学腐蚀为主
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60℃~80℃;
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。
85~100%
高浓度硫酸
氧化性腐蚀为主
>100%
发烟硫酸
氧化性腐蚀为主
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+H2S04→H2+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

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]。

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