硫酸储罐设计样本.docx
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硫酸储罐设计样本
1硫酸腐蚀原理及特点
表1市面上硫酸常用浓度、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，腐蚀性普通
1）65%浓度如下稀硫酸在所有温度都为还原性；
2）稀硫酸对碳钢腐蚀速率随浓度提高而增强；达到一定浓度后（47%～50%是电化学腐蚀速度峰值点），腐蚀速率随浓度提高而急剧下降；
3）同一浓度稀硫酸随着温度增长，腐蚀性会加大；
4）杂质对腐蚀也有很大影响，如含氟、氯等其她离子；
5）介质流速越大、固相颗粒多也会加剧稀硫酸溶液腐蚀性。
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）浓硫酸具备吸水性，空气中水份也会使敞空浓硫酸变稀，对碳钢腐蚀性增大；
4）65%～85%期间，随温度上升，其对碳钢腐蚀速率下降；
5）碳钢在80%～100%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%发烟硫酸是氧化性腐蚀峰值点。
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重要为气相腐蚀，只是弱腐蚀，普通采用涂装防腐即可，不是这里讨论重点。
碳钢在硫酸中发生腐蚀过程是典型电化学腐蚀。
其化学反映式表述如下：
Fe+H2S04→H2+FeS04
金属材料本质、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氢去极化腐蚀。
此外，某些物理因素如介质流速、固相颗粒、结垢等也会影响硫酸腐蚀性。
2硫酸储罐设计
2.1类型及概况
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，普通采用自支撑固定顶，且应将加强肋等支撑件设立在罐顶外壁，并保证在液位下部件不存在裂纹等缺陷。
从安全角度出发，普通不在罐顶设立操作平台，为便于操作、检修，可以设立独立操作平台。
若必要设立罐顶平台，则在罐顶设计时，应充分考虑涉及顶部平台、管支架等有关设施设备自重和有关设备带来附加载荷影响。
材料选定后，硫酸储罐罐体厚度，可按有关原则进行计算或选定，与其他储罐设计是同样，只但是与普通介质储罐相比，钢制硫酸储罐需要采用较大腐蚀裕量。
碳钢罐尽量同步使用阳极保护，此时腐蚀裕量也需要足足3mm厚，合金罐、塑料罐、FRP罐或其她衬里罐则普通无需预留腐蚀裕量[2]。
2.2构造设计
硫酸罐普通应至少涉及如下管口：
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，硫酸入口普通设立在罐顶，并使管口距离罐壁至少1200mm。
但有时由于条件限制，也将人口设立在接近顶部罐壁处。
硫酸入口普通应采用汲取管方式，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状态并达到上述规定。
为保护罐底，在罐底正对入口管末端相应位置设立防冲板。
为防止介质虹吸现象，硫酸人口管线应开放空孔，普通只需要在管线上部开一种12mm孔即可。
硫酸出口普通也采用内伸汲取管方式，且多采用可拆式构造，为便于拆卸，外套管直径普通取硫酸出口管直径2倍以上。
硫酸出口也可设计成齐平接管形式。
为避免充液过多而引起硫酸大量外溢，需要在罐壁上部设立溢流管口，该管口与罐壁内表面平齐；也可不设立该管口，而直接运用高液位仪表控制进料管线上切断阀来达到目。
为保护罐壁，所有罐顶接管都需要内伸至少25mm；管壁接管，除溢流口或齐平出口外，都应在管口上部180℃范畴内伸至少25mm。
普通状况下，放空管（压力阀口）应设立在罐最高处，且与罐顶内表面齐平，若储罐建在室内，还应将放空口引至室外。
对直接放空到大气管口，还应配备180℃弯头和丝网。
为保证硫酸金属储罐具备良好耐腐蚀性，所有位于液位下焊缝，均应为全焊透对接构造，并进行局部X射线检测。
罐顶可以采用搭接焊缝。
所有罐底焊缝，应为带垫板全焊透对接焊缝，罐底应按原则进行真空箱实验。
罐壁和罐底内表面还应增长磁粉或液体渗入检查。
由于硫酸蒸汽压力不大，为保证安全，除非另有规定，所有接管法兰均应采用PN2.0MPa压力级别；由于承插焊及螺纹法兰等法兰内在构造，决定了更容易产生腐蚀，因而，应尽量避免使用此类法兰。
当需要采用弯头时，为减少磨损腐蚀应力和腐蚀开裂，应尽量采用内部有涂层保护和曲率半径较大无缝弯头。
在接管焊接时，应注意避免不同厚度接管直接焊在一起，在构造设计时应当将焊缝和构造不持续处分开。
选用垫片时，应尽量使垫片内径和管口直径相似，以避免磨损腐蚀和缝隙腐蚀。
3硫酸储罐选材及防腐办法
从表1《市面上硫酸常用浓度、状态及腐蚀特点》可以看出，针对不同浓度，不同温度状态硫酸，耐腐蚀选材也不尽相似。
3.1金属
金属材质硫酸储罐重要分为三类：
整体金属材质硫酸储罐、金属外壳内刷涂料硫酸储罐、金属外壳内衬玻璃钢或鳞片胶泥硫酸储罐。
3.1.1整体金属材质
各种不同金属或合金耐硫酸腐蚀性能及作为硫酸储罐选取可行性如下：
1）普通碳钢不耐80%如下稀硫酸，但可以耐65℃左右80%～100%浓硫酸。
因碳钢在这一浓度范畴内可形成钝化保护膜，因而碳钢可直接用作为常温、无流速、无冲刷、无充气、密封80%～100%浓硫酸储存和运送设备制造材料，内壁无需额外做其她防腐解决，外壁只需做普通弱腐蚀防锈耐候涂装解决。
2）普通碳钢和铸铁都不耐102%以上发烟硫酸，因而不可作为发烟硫酸储罐制造材料
3）铅、铅锑合金、可耐96%如下室温硫酸，对80%如下硫酸可耐至210℃（也因表面产生保护膜），但铅锑不耐具备流速和摩擦冲刷浓硫酸（因其破坏了保护膜）。
因而衬铅也是惯用耐硫酸腐蚀设备制造材料和衬里材料。
4）普通不锈钢（如304不锈钢）只能耐5%如下极稀硫酸，和碳钢同样不直接作为稀硫酸储罐制造材料。
316L不锈钢是含钼不锈钢，可耐室温下15%浓度以内无流速、无冲刷、无充气硫酸溶液和85%～100%浓度常温、无流速、无冲刷、无充气、密封硫酸。
5）高硅不锈钢、高合金不锈钢、镍钼铬合金（及哈氏合金）可以同步耐稀、浓硫酸，可以耐高温、高速下一切浓度硫酸。
其中高硅不锈钢最便宜，但高硅不锈钢抗震差、加工困难、不耐含氟或亚硫酸杂质硫酸溶液（此时可选用20号高合金钢）。
高硅不锈钢是硫酸行业采用最多合金材料，用来制造硫酸工厂干燥塔、吸取塔、管式分酸器、槽管式分酸器、塔内填料支撑箅子板、循环酸槽、管壳式酸冷却器、管线、泵、法兰和阀门等硫酸生产设备。
但是直接采用高硅不锈钢来制造硫酸储罐，还是不多。
6）铜、镍只能耐60%如下不充气稀硫酸，银、钛、锆、铝、镁也都只是适于稀硫酸，普通不直接作为硫酸储罐制造材料。
7）尽管铂、金、钯、钼这几类金属材料对所有浓度硫酸都具备非常好耐蚀性能，但这些贵金属成本都非常昂贵，不也许用它们来制作硫酸储罐。
3.1.2 碳钢外壳附加内壁防护办法
实际市面上金属硫酸罐，90%以上是采用普通碳钢制造，某些发烟硫酸储罐是采用合金钢制造。
普通碳钢用于80%如下浓度稀硫酸时，务必采用可靠防护办法。
当前市面上使用较多防护形式有：
碳钢外壳内刷防腐涂料、碳钢外壳内衬橡胶、碳钢外壳内衬玻璃钢或玻璃鳞片胶泥。
采用碳钢外壳附加防护办法硫酸储罐只是稀硫酸储罐方案之一，大多数时候，直接采用有机塑料、玻璃钢储罐性价比和使用寿命会更高。
这将在后文阐述。
第一类：
碳钢外壳内刷防腐涂料。
此类办法普通针对常温下低浓度（45%如下）稀硫酸碳钢储罐。
依照详细浓度大小，选用不同成膜物防腐涂料涂刷碳钢罐内壁。
基材解决和施工办法和金属钢构造涂装防腐无异。
常选用防腐涂料有：
环氧防腐涂料、乙烯基酯树脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、玻璃鳞片防腐涂料、丙烯酸树脂工业防腐涂料、聚氯乙烯含氟萤丹防腐涂料、氯磺化聚乙烯防腐涂料等。
第二类：
金属外壳内衬橡胶。
此类办法就是衬胶，衬胶防腐防腐多见于硫酸环境下碳钢槽、管件、法兰等，碳钢储罐用衬胶办法制作占少数。
橡胶衬里碳钢硫酸罐也针对是中低温度下稀硫酸溶液，它兼具耐磨、防空蚀、抗应力变化、耐温度骤变等特殊性能，但同步存在耐热性较差（硬质橡胶也不超过85℃）、不耐具备氧化性浓硫酸（耐不了常温下80%以上浓度硫酸，耐不了65℃以上65%～80%中档浓度硫酸）、导热性能差等缺陷。
硫酸碳钢储罐衬胶用品种以氯丁橡胶（CR）和丁基橡胶（IIR）居多，CR和IIR硫酸碳钢储罐耐硫酸腐蚀性能如表2。
表2 碳钢衬胶储罐耐硫酸简表
硫酸浓度
温度
氯丁橡胶
丁基橡胶
10％
65℃
好
好
30％
25℃
好
好
30％
65℃
普通
好
50％
25℃
好
好
50％
65℃
不耐
好
50％
100℃
不耐
普通
70％～98%
25℃
不耐
不耐
发烟硫酸
25℃
不耐
不耐
第三类：
金属外壳内衬玻璃钢或玻璃鳞片胶泥。
此类办法属于树脂重防腐[3]防腐办法之一。
此类方案合用于一定温度下稀硫酸。
玻璃钢耐腐蚀性能重要取决于粘结料树脂种类及性能、增强材料种类及性能、玻璃钢固化限度、施工质量等。
当前市场上合用于80%浓度如下稀硫酸碳钢储罐内衬用玻璃钢树脂重要有环氧树脂、耐腐蚀不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂。
其中乙烯基酯树脂采用最多，依照稀硫酸浓度和温度不同，选用不同类型乙烯基酯树脂。
表3是典型通用乙烯基酯树脂牌号耐硫酸腐蚀性能简表。
表3 典型通用乙烯基酯树脂牌号耐硫酸性能
化学环境
浓度（%）
最高长期耐受温度/℃
原则双酚A型乙烯基酯树脂
原则酚醛型乙烯基酯树脂
硫酸
25
100
105
硫酸
50
100
100
硫酸
60
80
90
硫酸
70
70
80
硫酸
75
40
80
硫酸[3]
80
40
50
硫酸
>80
NR
LS25
硫酸（发烟）
NR
LS25
硫酸（蒸气）
100
120
硫酸/苯磺酸/水
7/88/5
60
60
硫酸/铬酸
19.5/0.4
70
70
硫酸/铬酸混合液
最大浓度10%
50
65
硫酸/甲醇
30/5
/
50
硫酸/磷酸
10/20
80
80
硫酸/磷酸
25/25
80
80
硫酸/硫化氢
50/10
100
100
硫酸/硫酸铜
25/35
100
100
硫酸/硝酸
10/2.5
70
80
硫酸/硝酸
20/5
65
80
硫酸（70%）/硝酸（70%）
51/10
25
25
硫酸/硝酸/磷酸
0～13/0～11/0～30
65
65
硫酸/硝酸/氢氟酸[1]
2/20/8
/
60
硫酸/硝酸/盐酸
7/3.5/10
70
70
硫酸/盐酸[4，
25/10
80
100
硫酸/盐酸[4，
50/15
40
50
硫酸/氢氟酸[1]
20/6
55
60
硫酸/盐酸/氢氟酸/磷酸/氯化溶剂[1]
40/20/5/35/1
NR
LS25
硫酸/铬酸混合液（最大浓度10%）
50
65
备注阐明：
NR：
不建议使用；LS：
该温度下使用寿命较短（普通满足都为静态容器，室温（最大40℃）时普通最多一年使用寿命）；/ ：
没有有关精确数据或没有进行过有关实验（并非一定不能使用，此时建议顾客使用前先自行评估或者致电供应商征询）；[1]：
建议在防腐蚀阻
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