硫酸储罐设计

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1、1 硫酸腐蚀原理及特点 市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点表1特点备注 腐蚀性 浓度 状态 浓度以下的稀硫酸在所有温度都为还原性；1）65% 电化学腐蚀特稀硫）稀硫酸对碳钢的腐蚀速率随浓度的提高而增2为主，腐蚀5%酸溶液是电化学腐蚀速50%强；达到一定浓度后（47%性一般 度的峰值点），腐蚀速率随浓度的提高而急剧下 降；）同一浓度的稀硫酸随着温 度的增加，腐蚀性会3电化学腐蚀 加大；5稀硫酸为主，腐蚀）杂质对腐蚀 也有很大的影响，如含氟、氯等其465%溶液 性非常强 他离子；）介质流速越大、固相颗粒多也会加剧稀硫酸溶5 液 的腐蚀性。85%硫酸低温下为还原性，高温或沸点下65浓硫酸电化学腐

2、蚀 1）65%85%为主 为氧化性；溶液硫酸及发烟硫酸在所有温度下都呈2）85%100%高浓度 氧化性腐蚀85 氧化性； 为主 硫酸100% 浓硫酸具有吸水性，空气中水份也 会使敞空的3） 浓硫酸变稀，对碳钢的腐蚀性增大；期间，随温度上升，其对碳 钢的腐蚀4）65%85% 速率下降；的硫酸中可形成钝化保护膜，5）100%碳钢在 80%发烟硫氧化性腐蚀100%60C无冲刷、无充气、密封时可耐受在无流速、酸为主80C；以上的发烟 硫酸，会破坏钝化膜，腐蚀速6）102%的发烟硫酸是120%度上升，碳钢和铸铁耐 不了。 氧化性腐蚀的峰值点。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

3、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：H2+FeS04Fe+H2S04-、温度都会值） 金属材料的本质、表面状态及金属阴极相杂质、 硫酸浓度（pH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。 硫酸储罐的设计2类型及概况2.1也分为压力容器类和非压力容器类硫酸储塑料储罐和玻璃钢储 罐，分钢制储罐、罐，还分为立式和卧式硫酸储罐。本文仅讨论常压硫酸储罐。 需要为隔离空气及雨水等杂质，硫酸不存在较大的蒸汽压力，无需采用内浮盘。 且应将加强肋等支撑件设置一般采取自支撑的固定顶，用固定顶保护

4、罐内介 质，.一般从安全角度出发，在罐顶外壁，并保证在液位下的部件不存在裂纹等缺陷。 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 管支架等相关设施应充分考虑包括顶部平台、设置罐顶平台，则在罐顶设计时， 的设备自重和相关设备带来的附加载荷的影响。与其它储罐可按相关标准进行计 算或选定，材料选定后，硫酸储罐的罐体厚度，钢制硫酸储罐需要采用较大的只 不过与普通介质的储罐相比，的设计是一样的，厚，3mm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腐蚀裕量。 。罐或其他衬里罐则一般无 需预留腐蚀裕量2合金罐、塑料罐、FRP 2.2结构设计压力硫酸罐一般应至少包 括如

5、下管口：硫酸入口，硫酸出口，溢流口，放空口（ ），顶部人孔，清扫孔。阀 口。但为减少泄漏，硫酸入口一般设置在罐顶，并使管口距离罐壁至少1200mm 硫酸入口一般应采用汲有时由于条件限制，也将人口设置在靠近顶部的罐壁处。弯头使管线在90C取管的方式，即将管口内伸至液面下。对侧壁入口，则可用 在罐底正对入口管末端的相应罐内保持竖直状态并达到上述要求。为保护罐底， 一般只需为防止介质的虹吸现象，硫酸人口管线应开放空孔，位置设置防冲板。 12mm 的孔即可。要在管线的上部开一个外为便于拆卸，且多采用可拆式结构， 硫酸出口一般也采取内伸汲取管的方式，硫酸出口也可设计成齐平接管的形倍以 上。套管直径一般取

6、硫酸出口管直径的 2 该需要在罐壁的上部设置溢流管口，式。 为避免充液过多而引起硫酸大量外溢，而直接利用高液位仪表控制进料管也可不 设置该管口，管口与罐壁内表面平齐； 线上的切断阀来达到目的。除溢流口或 管壁的接管，25mm；为保护罐壁，所有罐顶的接管都需要内伸至少。一般情况下，放空管25mmC范围内伸至少齐平出口外，都应在管口上部180应设置在 罐的最高处，且与罐顶内表面齐平，若储罐建在室内，还应）（压力阀口 C弯头 和丝网。将放空口引至室外。对直接放空到大气的管口，还应配置180均应为 全焊为保证硫酸金属储罐具有良好的耐腐蚀性，所有位于液位下的焊缝，所有的 罐底焊缝，射线检测。罐顶可以采用

7、搭接焊缝。透对接结构，并进行局部 X 罐壁 和罐底内表应为带垫板的全焊透对接焊缝，罐底应按标准进行真空箱试验。 面 还应增加磁粉或液体渗透检验。所有的接管法兰均应采除非另有要求，由于硫酸 的蒸汽压力不大，为确保安全，决定了更由于承插焊及螺纹法兰等法兰的内在结 构，用PN2.0MPa的压力等级；容易产生腐蚀，因此，应尽量避免使用这类法兰。当需要采用弯头时，为减少磨应尽量采用内部有涂层保护和曲率半径较大的无缝 弯头。损腐蚀应力和腐蚀开裂，在结构设计时应该将应注意避免不同厚度的接管 直接焊在一起，在接管焊接时， .焊缝和结构不连续处分开。选用垫片时，应尽量使垫片的内径和管口直径相同， 以避免磨损腐蚀

8、和缝隙腐蚀。 硫酸储罐的选材及防腐措施 3 针对不同浓度，可以看出，市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点从表 1 不同温度状态的硫酸，耐腐蚀选材也不尽相同。 金属 3.1 金属材质硫酸储罐 主要分为三类：整体金属材质硫酸储罐、金属外壳内刷涂料的硫酸储罐、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的耐硫酸腐蚀性能及作为硫酸储罐的选择可行性如下：的浓硫酸。100%65C左右的80%1）普通碳钢不耐80%以下稀硫酸，但可以 耐无流因碳钢在这一浓度范围内可形成钝化保护膜，因此碳钢可直接用作为常温 浓硫酸储存和运输设备的制造材料，100%速、无冲刷、无充

9、气、密封的 80% 内 壁无需额外做其他防腐处理，外壁只需做普通的弱腐蚀防锈耐候涂装处理。以上 的发烟硫酸，因此不可作为发烟硫酸储罐）普通碳钢和铸铁都不耐102%2 的制造材料C210以下室温的硫酸，对80%以下的硫酸可耐至3）铅、铅锑合金、可耐 96%（因其破坏但铅锑不耐具有流速和摩擦冲刷的浓硫酸（也因表面产生保 护膜）， 了保护膜）。因此衬铅也是常用的耐硫酸腐蚀设备的制造材料和衬里材 料。以下的极稀的硫酸，和碳钢一样不5%304不锈钢）只能耐4）普通不锈钢 （如 15%不锈钢是含钼不锈钢，可耐室温下直接作为稀硫酸储罐的制造材料。316L浓度的常温、无100%85%浓度以内的无流速、无冲刷、

10、无充气的硫酸溶 液和 流速、无冲刷、无充气、密封的硫酸。）高硅不锈钢、高合金不锈钢、镍钼 铬合金（及哈氏合金）可以同时耐稀、浓5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，但高硅不锈号高钢抗震差、加工困难、不耐含氟 或亚硫酸杂质的硫酸溶液（此时可选用20用来制造硫酸工厂的干。高硅不锈钢 是硫酸行业采用最多的合金材料，合金钢）燥塔、吸收塔、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。 以下的不充气的稀硫酸，银、钛、锆、铝、镁也都只是适 60%6）铜、镍只能耐 于

11、稀硫酸，一般不直接作为硫酸储罐制造材料。）尽管铂、金、钯、钼这几类金 属材料对所有浓度的硫酸都具有非常好的耐蚀7 性能，但这些贵金属的成本都 非常昂贵，不可能用它们来制作硫酸储罐。 碳钢外壳附加内壁防护措施3.1.2 以上是采用普通碳钢制造的，部分发烟硫酸储罐 90%实际市面上的金属硫酸罐， 是采用合金钢制造 的。.目前市面上的务必采取可靠的防护措施。普通碳钢用于 80%以下浓度稀硫酸时， 碳钢外壳碳钢外壳内衬橡胶、使用较多的防护形式有：碳钢外壳内刷防腐涂料、 采用碳钢外壳附加防护措施的硫酸储罐只是稀硫酸内衬玻璃钢或玻璃鳞片胶泥。 玻璃钢储罐的性价比和使用直接采用有机塑料、储罐的方案之一，大多

12、数时候， 寿命会更高。这将在后文阐述。以下）45%第一类：碳钢外壳内刷防腐涂料。这 类方法一般针对常温下低浓度（选用不同的成膜物的防腐涂料涂刷碳钢罐根据具 体浓度大小，稀硫酸碳钢储罐。内壁。基材处理和施工方法和金属钢结构涂装防 腐无异。常选用的防腐涂料有：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、氯磺化聚乙烯防腐涂料聚氯乙烯含氟萤丹防腐涂 料、丙烯酸树脂工业防腐涂料、 等。衬胶防腐防腐多见于硫酸环境这类方法就 是衬胶，第二类：金属外壳内衬橡胶。 下的碳钢槽、管件、法兰等，碳钢储罐 用衬胶的方法制作的占少数。防空蚀、它兼具耐磨、橡胶衬里碳钢硫酸罐也针对 的是中低温度

13、下的稀硫酸溶液，（硬质橡胶也不超但同时存在耐热性较差抗应力变化、耐温度骤变等特殊性能，以上浓度的硫酸，耐80%C）、不耐具有氧化性 的浓硫酸（耐不了常温下过8580%的中等浓度的硫酸）、导热性能差等缺陷。65C以上65%不了和）居多，CR硫酸碳钢储罐衬胶用的品种以氯丁橡胶（CR）和丁基橡胶（IIR2。IIR硫酸碳钢储罐的耐硫酸腐蚀性能如表2碳钢衬胶储罐 耐硫酸简表表 丁基橡胶氯丁橡胶温度硫酸浓度65C 好 10好 25C 30 好好 C65 30 好一般 C25 好 好5065C 好 50不耐C100 50 一般不耐70 C25 不耐不耐98%C25不耐发烟硫酸不耐第三类：金属外壳内衬玻璃钢或

14、玻璃鳞片胶泥。防腐方法之一。这类方案适用 于一定温度下的稀硫3这类方法属于树脂重防腐增强材料种类及性玻璃钢的耐 腐蚀性能主要取决于粘结料树脂种类及性能、酸。 能、玻璃钢固化程度、施工 质量等。浓度以下的稀硫酸的碳钢储罐内衬用玻璃钢树脂主要有 80%目前市场上 适用于其中乙烯基酯树脂采用最多，乙烯基酯树脂。环氧树脂、耐腐蚀不饱和聚 酯树脂、是典型通用 3 选用不同类型的乙烯基酯树脂。表根据稀硫酸浓度和温度 的不同，乙烯基酯树脂牌号耐硫酸腐蚀性能的简表。典型通用乙烯基酯树脂牌 号的耐硫酸性能表3C最高长期耐受温度/ ）浓度（化学环境型乙烯基A标准双酚标准酚醛型乙烯基酯树脂 酯树脂 硫酸25 100

15、 105硫酸50 100 100硫酸60 80 90硫酸70 70 80硫酸75 40 803 硫酸80 40 50硫酸80NR LS25LS25 NR 硫酸（发烟）120 100硫酸（蒸气）/苯磺酸硫酸60 60 7/88/5 水 硫酸/铬酸70 19.5/0.4 70 铬酸混合最大浓度/硫酸65 50 10% 液 /甲醇硫酸50 30/5 / 磷酸硫酸/80 80 10/20硫酸/磷酸8025/2580/硫化氢硫酸100 50/10 100硫酸铜硫酸/100 25/35 100硝酸硫酸/80 10/2.5 70硝酸硫酸/80 20/5 65/硫酸（70%） 25 25 51/10 70%）

16、硝酸（13/00磷硝酸硫酸65 65 11/0 30 酸氢/硫酸/硝酸60 2/20/8 / 1 氟酸盐/硫酸/硝酸70 70 7/3.5/10 酸 硫酸，/盐 酸4100 25/10 80硫酸/盐酸，450 50/15 40 氢氟酸硫酸/6020/6551氢硫酸盐酸LS25NR 40/20/5/35/1 氯磷酸/氟酸1化溶剂铬酸混合/硫酸6550液（最大浓度）10%该温度下使用寿命较短（通常满足的都为静：LS备注 说明：NR：不建议使用；没有相关准确）时一般最多一年的使用寿命）；/态 容器，室温（最大40C此时建议用户使用前先自行评数据或没有进行过相关试 验（并非一定不能使用，建议在防腐蚀阻

17、挡层内层使用两层有机表面毡；1： 估或者致电供应商咨询）；在耐腐蚀阻挡层内，建议使用两43为最大限度延 长使用寿命，必须后固化；在防腐蚀阻挡层或其结构层内，建议使用耐酸性较5 层C型玻璃纤维表面毡；佳的玻璃纤维。非金属材料3.2硅酸盐材料（陶瓷、 玻璃、搪瓷、耐酸岩石）、浸渍石墨材料等无机尽管可耐大 多数浓度和温度下的 硫酸，常作为槽、塔衬里砖板，并不用于硫酸储罐的防 腐。整体玻非金属材料中用于整体硫酸储罐的材料常有两类：整体塑料材质硫酸罐、以下稀这两类树脂重防腐的方法都只是适用于中低温度，80%璃钢材质硫酸罐。 硫酸储罐。 3.2.1 整体塑料材质以内的稀硫酸，一些特殊的含氟塑料可耐热塑 性

18、塑料一般适用于中低温下70%高温高浓度硫酸。热塑性塑料储罐主要优点是： 耐腐蚀性强、操作方便、使用寿 命长、重量轻、对设备的运输、安装、维修都比较有利。50%,可在上限温度以内盛放+70C高密度PE材质储罐，使用温度范围为-70C或高温下具有浓度再高，浓度以内的硫酸，以内浓度的硫酸，常温下可盛放75%更好，韧性更佳，PE材质储罐已经不合适了。PP的强度较氧化性的硫酸，PE。CPP材质储罐可在使用温度范围（-20整体塑料储罐材质更多选用的是PP。也PVC内盛放65%以内浓度的硫酸,但同样不能用于强氧化性的硫酸。+120C）以内浓度的65%C）内适用于可用于整体塑料储罐，在使用温度范围（-40C+

19、60材质的硫酸储CPVC硫酸，也耐不了氧化性的硫酸。经过氯化的氯化聚氯乙烯 以下的硫酸溶液。85C罐，适用于80%浓度以内以内盛放任意浓度 的硫酸或发烟硫酸，聚全氟乙C可在240聚四氟乙烯，PTFE以内盛放任意浓。C 更好，其材质的储罐也可在200丙稀F46的加工性能较PTFE但成含氟类塑料是 硫酸塑料储罐最佳的热塑性塑料选择，度的硫酸或发烟硫酸。 本非常高，实际 使用极少。材料的塑料储罐，由于加工成型的限制，多以标准型号、PVC实际 场合下， PP 的中小型立式和卧式的整体贮槽、贮罐为主。 3.2.2 整体玻璃钢材 质耐浓度以下的硫酸，并且浓度不同，热固性塑料玻璃钢只适用于长期浸泡在85%材

20、料的耐硫酸的浓度和温度随热固耐温会更高。FRP温级别不同，对硫酸蒸 汽， 性树脂、纤维增强材料的不同而不同。 ）性能汇总常见的热固性树脂耐受硫酸温度（C表4酚醛型型间苯双酚A邻苯咲喃树A双酚双酚A酚醛树硫酸浓型型脂（糠醇 VERVERUPR 型 EPR 脂 PHR 型度（） XXX） XXX）（型）（ UPRUPR105 100 70 90 60 25 40 100 10010040255010025100606090 80 LS25 25 40 60 60 NR 4080 NR 25 25 70 NR NR 60 7080 NR NR NR NR NR 25 40 7550 NR NR NR

21、 NR NR 80 NR 40LS25 NR NR NR 80 NR NR NR NR发烟LS25NRNR NR NR NR NR NR该温度下使用寿命较短（通常满足的都为静LS：备注说明：NR：不建议使用；） 时一般最多一年的使用寿命）。40C态容器，室温（最大玻璃钢硫酸储罐的耐腐 蚀树脂选材主要集中在耐腐蚀型不饱和聚酯目前市场上，结构层根据耐温需要选 用热变形温度过关的不饱和乙烯基酯树脂两大类，树脂、聚酯树脂。玻璃钢硫酸 储罐主要有几类：立式平底储罐、立式圆底储罐、卧式储罐、现场缠绕大型储罐、 运输罐（槽车罐）、双壁罐。更多关于此类玻璃钢储罐的细节描述，有兴趣的读 者可阅读笔者必将出版的树

22、脂重防腐一书。）优点如下： 1石油、化工、食 品、运输等领域。玻璃钢硫酸储罐广泛用于轻工、）耐腐蚀；，但比强度更高）； 21.6T.9g/cm3,为钢材的1/4轻质高强（密度为）耐低温）非标成型方便，维修 方便； 53）热膨胀系数小，保温隔热性能好； 4 6）可在工厂内部制作，也可现 场制作，如现场缠绕大型立式储罐。性能好；一类品质较低的方法是手工制作的 也可先预制储罐玻璃钢储罐主要的制造工艺：另一类品质较高的固化成型后卷起 来拼接，再制作结构增强层；耐蚀内壁平板，）模具表面刷或喷 2是在模具上制 作，通常：1）根据需要设计制造合适的模具；）富树脂层制作两层富含树脂的表 面毡层，以便给耐蚀容器

23、提供较好 3 纯树脂；）使用缠绕或手糊的方法，制作短 切毡增强的耐4 的耐腐蚀性能和抗渗透性能；）6）使用缠绕或手糊的防腐制作容 器的结构层，直至达到所需厚度为止；蚀层；5）储罐底座和盖顶也采用模具并 结合喷射7在容器最外面制作耐候性富树脂层；成型制作。玻璃钢硫酸储罐由 内而外主要的结构如下：，树脂含量大于由耐腐蚀内衬树脂和表面毡组成，90%1 富树脂层（内层耐蚀层）：1.5mm；厚度1.0耐腐蚀阻挡层（次内层耐蚀层）： 为防渗层，由无碱短切纤维和耐腐蚀内衬树2 ； 3mm%75%，厚度不小于脂 组成，含量为70结构层（增强层）：该层对内表层和次内层起加强作用，抵抗罐 体所受外界荷3环向缠绕与

24、交叉螺旋缠绕结合，一般采用无碱玻璃布，载，保证 罐体刚度和强度，树脂含间苯型或对苯型不饱和聚酯树脂。根据最终性能和耐热 需要采用邻苯型、%，厚度达设计要求。%50量为40外保护层：为抵抗设备使用环境的腐蚀，设备外壁需制作一层保护层，以防止4 在该层中加入抗紫外线吸收剂和石蜡液，为防老化层，结构层被环境浸蚀而失效。 也可1.0mm减轻贮罐设备在室外紫外线辐射作用下产生的老化作用，厚度为 的 耐候涂料。以涂装一层 200µm 其它防腐蚀措施4的浓硫酸和大 100%93%目前市面上，硫酸在储存和运输中的耐蚀材料有： 1） 93%75%罐 储存和运装即可；的发烟硫酸直接采用碳钢材质槽、桶、

25、2）于102%75%3）中 等偏低的硫酸，采用钢质设备储存和运输，内壁进行防腐措施保护； 以下稀硫 酸采用玻璃钢材质的储罐和槽车进行储存和运装。结构的设计合理外，硫酸罐的 防腐及运行安全措施，除了上述的耐腐蚀材料选择、还可以采取一些其它措施， 如降低硫酸流速、电化学保护、钝化、使用覆盖层保护及加强和改进储罐运行 管理等。）改变硫酸流动状态。由于碳钢在硫酸中的抗腐蚀性，取决于其表面生 成的一 1 结果是腐当这层保护膜被破坏时，其抗腐蚀能力大大下降，层硫酸亚铁 保护膜，硫酸的流速一为了保护这层保护膜，应严格限制硫酸的流速，蚀速率急 剧增加。50mm/s以内；般严格控制在）电化学保护。主要是阳极保护

26、法。施 加阳极保护后，碳钢在硫酸中的腐蚀速2 率大大降低；）隔热涂料使用。由于硫 酸的腐蚀性随温度的升高而增大，为避免因太阳光照3的面漆，或）而使罐内硫 酸的温度升高，应将罐的外壁喷涂一层浅色（通常是白色；者采用目前面上非常 热门的遮热涂料4）加强管理。浓硫酸具有极强的吸湿性，当碳钢硫酸储罐经 常充满浓硫酸时， 4 腐蚀很微弱，但如果经常放空（例如经常停车，放空后长时 间不用），附着在碳对碳钢的腐蚀就变钢罐内壁上的薄薄一层浓硫酸会迅速吸收 空气中水份而变稀，缩短放空时对浓硫酸碳钢罐的放空加强管理，得非常严重了， 以至于产生穿孔。间，或采取其他除湿等管理措施，也是十分必要的。其他安 全措施 5）

27、对发烟硫酸储罐，为保证安全，向空罐进料时，应控制泵人1 其他安 全措施：检修时除非确认罐中已充分稀硫酸会与碳钢反应生成氢气，因此，物料 的流速。）当附近发生火灾时，应用放空，否则，应完全清除掉附近所有潜在的 火源。 2 但绝对禁止直接水喷在附近的可燃物上，并用雾化的高压水或泡沫来冷却罐壁，）放空管道中可能堆积硫酸亚铁，操作时间过长可能会堵将水加入硫酸 罐内。3）为保证储罐的安塞管口，因此，应定期检查该管口，以确保卸料时的 安全。4 年5包括罐顶、罐壁、罐底）的厚度，每全运行，每2年至少检测一次 储罐罐体（）对衬里型硫酸罐需 5 至少进行一次内部检测，以便及时发现漏点， 及时修补。）对整体玻璃钢储罐，除 6 要着重检查衬里的腐蚀程度，漏电情况， 及时修缮。常规腐蚀情况检查外，特别注意法兰、接口、相液面等关键部位的检 查，出现隐 患，及时修 复。 .结束语5针对硫酸介质的储存和运输，务必根据硫酸的浓度、温度、流速、相态、杂质成 分等多角度考虑，在碳钢、合金、玻璃钢衬里、橡胶衬里、塑料、玻璃钢等材料 中，进行安全、合理的选材，保证恰当的设计前提下，对硫酸储罐进行正确的维 护和管理也是十分重要的。 .