李偉達(dá)

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410011）

有色金屬冶煉生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)品硫酸，遇到春節(jié)假期或銷(xiāo)售淡季時(shí)，下游用酸企業(yè)用酸量急劇減少，不少企業(yè)會(huì)因硫酸脹庫(kù)而降低生產(chǎn)負(fù)荷。為不影響正常生產(chǎn)，用酸企業(yè)通常會(huì)建設(shè)大型硫酸庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存和緩沖。硫酸庫(kù)的儲(chǔ)存能力根據(jù)企業(yè)銷(xiāo)售情況而定，一般儲(chǔ)存能力為15～30 d。銷(xiāo)售淡季過(guò)后，就迅速將酸庫(kù)中的硫酸裝車(chē)外賣(mài)，盡量清空硫酸儲(chǔ)罐中的硫酸。筆者以某400 kt/a銅冶煉產(chǎn)1 600 kt/a硫酸項(xiàng)目為例，從設(shè)備選型、工藝設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)等方面介紹同時(shí)儲(chǔ)存w(H2SO4)93%及w(H2SO4)98%硫酸的大型硫酸庫(kù)及裝酸設(shè)施的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 設(shè)備選型

1.1 硫酸儲(chǔ)罐

通過(guò)調(diào)查硫酸的銷(xiāo)售情況，結(jié)合酸庫(kù)和裝酸設(shè)施的總圖布置，硫酸庫(kù)儲(chǔ)存能力按24 d設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)10個(gè)12 kt硫酸儲(chǔ)罐，其中8個(gè)儲(chǔ)存w(H2SO4)93%硫酸，2個(gè)儲(chǔ)存w(H2SO4)98%硫酸。

硫酸儲(chǔ)罐規(guī)格φ22 000 mm×19 600 mm，有效體積達(dá)6 550 m3，裝酸量12 kt，材料為Q235-B，通過(guò)條形基礎(chǔ)支撐。筒體壁厚由下至上依次為38，36，32，30，26，24，20，16，14 mm；底板厚度為34 mm；頂蓋厚度為12 mm；底部設(shè)工字鋼支撐。

1.2 計(jì)量槽

交通運(yùn)輸部《道路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)定》要求，運(yùn)輸爆炸品、強(qiáng)腐蝕性危險(xiǎn)貨物的罐式專用車(chē)輛的罐體容積不得超過(guò)20 m3。為提高裝酸效率，每個(gè)計(jì)量槽按裝2車(chē)硫酸的容積設(shè)計(jì)，計(jì)量槽規(guī)格φ3 600 mm×5 000 mm，有效體積達(dá)45 m3。

1.3 硫酸裝卸臂

根據(jù)HG/T 21608—2012《液體裝卸臂工程技術(shù)要求》8.1.1的規(guī)定，液體裝卸臂數(shù)量及口徑按式（1）計(jì)算：

式中：N——裝卸所需液體裝卸臂數(shù)量，臺(tái)；

G——年裝卸物料量，kg/a；

t——汽車(chē)槽車(chē)日作業(yè)時(shí)間，8～12 h/d；考慮白班作業(yè)，選 8 h/d；

K——運(yùn)輸不均衡系數(shù)，宜取1.4；

τ——年操作時(shí)間，d/a；一年按 330 d計(jì)算；

ρ——裝卸車(chē)時(shí)液體介質(zhì)的密度，kg/m3；硫酸密度 1 836 kg/m3；

F——1臺(tái)液體裝卸臂灌裝能力，m3/h。

F可按式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中：D——液體裝卸臂的內(nèi)徑，m；

V——控制裝車(chē)流速，m/s；裝酸時(shí)從計(jì)量槽自流到槽罐車(chē)的流速可取1.5 m/s。

經(jīng)計(jì)算，選用DN125液體裝卸臂，N為6.98；選用DN100液體裝卸臂時(shí)，N為10.90。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)布置及業(yè)主需求，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用DN125液體裝卸臂11個(gè)，配套11個(gè)硫酸計(jì)量槽，其中8個(gè)用于w(H2SO4)93%硫酸，3個(gè)用于w(H2SO4)98%硫酸。

裝卸臂選用電動(dòng)式頂部上接式插入裝卸臂，型號(hào)AL1401，硫酸從上部進(jìn)，下部出，管道及裝卸臂中不易存酸。裝卸臂垂管設(shè)置掛鉤，裝酸完畢后用于懸掛集酸筒。

1.4 主要設(shè)備

酸庫(kù)及裝酸設(shè)施的主要設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 酸庫(kù)及裝酸設(shè)施的主要設(shè)備

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

為使酸庫(kù)及裝酸設(shè)施操作方便、簡(jiǎn)單、安全，同時(shí)降低運(yùn)行成本和減少定員，工藝設(shè)計(jì)原則一般遵循以下幾點(diǎn)：①干吸產(chǎn)出的w(H2SO4)93%或w(H2SO4)98%硫酸通過(guò)管網(wǎng)送至硫酸儲(chǔ)罐儲(chǔ)存或直接送至裝酸設(shè)施計(jì)量槽；②硫酸儲(chǔ)罐高液位時(shí)可自流到硫酸計(jì)量槽，低液位時(shí)自流至地下槽后通過(guò)地下槽泵泵送至計(jì)量槽；③任何一個(gè)硫酸儲(chǔ)罐出現(xiàn)泄漏時(shí)可將硫酸收集并泵送至其他硫酸儲(chǔ)罐；④為滿足開(kāi)車(chē)母酸需要，地下槽中硫酸可反送至干吸地下槽；⑤自動(dòng)化程度高，減少工人操作；⑥裝酸效率高。

2.2 工藝流程

來(lái)自干吸管網(wǎng)的w(H2SO4)98%和w(H2SO4)93%濃硫酸送至硫酸儲(chǔ)罐或計(jì)量槽。硫酸儲(chǔ)罐的酸通過(guò)自流進(jìn)入地下槽或計(jì)量槽。地下槽的酸通過(guò)地下槽泵泵至計(jì)量槽或硫酸儲(chǔ)罐。當(dāng)某一硫酸儲(chǔ)罐的硫酸泄漏至圍堰內(nèi)，經(jīng)收集后通過(guò)濃酸池泵泵回至其他硫酸儲(chǔ)罐。硫酸儲(chǔ)罐、地下槽和濃酸池設(shè)有液位計(jì)以實(shí)時(shí)監(jiān)控硫酸液位高度，各切換閥門(mén)選用電動(dòng)閥門(mén)。w(H2SO4)93%硫酸、w(H2SO4)98%硫酸通過(guò)計(jì)量槽進(jìn)行汽車(chē)裝酸，每個(gè)計(jì)量槽配備相應(yīng)的計(jì)量裝置和裝卸臂，流量計(jì)與裝卸臂入口閥門(mén)聯(lián)鎖，保證裝酸過(guò)程的安全和精確。全部計(jì)量槽設(shè)有溢流口，溢流酸匯總后通過(guò)管道返回酸庫(kù)地下槽。地下槽設(shè)置排氣管匯總后接至凈化工序電除霧器前煙氣管道。裝酸工藝流程見(jiàn)圖1。

考慮到冬季產(chǎn)w(H2SO4)98%硫酸的需要，其中2個(gè)硫酸儲(chǔ)罐采用熱水伴熱，以防w(H2SO4)98%硫酸冬季結(jié)晶。w(H2SO4)98%硫酸儲(chǔ)罐做保溫設(shè)計(jì)，保護(hù)層要加強(qiáng)防水，以免雨水滲入保溫層引起局部腐蝕，影響硫酸儲(chǔ)罐使用壽命。

3 布置設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

GB 50630—2010《有色金屬工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》將硫酸的存儲(chǔ)區(qū)域生產(chǎn)類(lèi)別定為丙類(lèi)，但就酸庫(kù)和裝酸設(shè)施的布置要求及防火要求未作具體規(guī)定。因此，本酸庫(kù)和裝酸設(shè)施布置設(shè)計(jì)執(zhí)行GB 50880—2013《冶煉煙氣制酸工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》，同時(shí)參照GB 50016—2014(2018年版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、HG 20571—2014《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 裝酸工藝流程

3.2 酸庫(kù)布置設(shè)計(jì)

10個(gè)硫酸儲(chǔ)罐分2排布置，每排5個(gè)，儲(chǔ)罐間距為9 m（大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5 m），在兩排儲(chǔ)罐之間設(shè)置2層聯(lián)合操作平臺(tái)，下層平臺(tái)標(biāo)高1.6 m，作為儲(chǔ)罐出液口和上酸管閥門(mén)及入口的操作平臺(tái)，上層平臺(tái)標(biāo)高21.6 m，為罐頂人孔、閥門(mén)、液位計(jì)的操作平臺(tái)。罐壁至圍堰內(nèi)側(cè)距離為10.5 m，為罐壁高度的一半。硫酸儲(chǔ)罐立面布置見(jiàn)圖2。地下槽泵房設(shè)置2個(gè)地下槽、配電室及石灰臨時(shí)堆放區(qū)，至圍堰外側(cè)基腳線的距離6 m（大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5 m）。硫酸儲(chǔ)罐立面布置見(jiàn)圖2。

圖2 硫酸儲(chǔ)罐立面布置

3.3 裝酸設(shè)施布置設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目硫酸平均日裝車(chē)達(dá)140車(chē)，最大日裝車(chē)數(shù)量可能會(huì)翻倍，因此在裝酸設(shè)施設(shè)計(jì)中不僅要考慮計(jì)量槽、裝卸臂的合理布置，還應(yīng)考慮槽罐車(chē)的停車(chē)位、行駛路線等因素，做到方便、快捷和安全。

裝酸設(shè)施設(shè)置11個(gè)裝酸位，每個(gè)裝酸位寬6 m，計(jì)量槽布置在6.0 m高平臺(tái)上，計(jì)量槽頂部附近設(shè)通長(zhǎng)操作平臺(tái)。計(jì)量槽的前方設(shè)置3.2 m高裝酸平臺(tái)，裝酸平臺(tái)上安裝活動(dòng)梯和裝卸臂，槽罐車(chē)到位后，司機(jī)可在平臺(tái)上操作電動(dòng)裝卸臂，使裝卸臂垂管對(duì)準(zhǔn)槽罐車(chē)進(jìn)酸口。地面、3.2 m平臺(tái)和6.0 m平臺(tái)通過(guò)樓梯互聯(lián)，方便操作工和司機(jī)操作和觀察。

裝酸設(shè)施設(shè)置前坪和后坪，前坪為40 m寬的停車(chē)坪，設(shè)置隔離欄桿、車(chē)道線及車(chē)位線，可供20輛空槽罐車(chē)停車(chē)，空槽罐車(chē)行駛至后坪進(jìn)入裝酸位，裝好酸后通過(guò)前坪專用車(chē)道駛出，整個(gè)槽罐車(chē)從進(jìn)入到裝好駛出，無(wú)倒車(chē)且全部同向行駛，司機(jī)視線好，便于安全管理。裝酸設(shè)施效果見(jiàn)圖3。

圖3 裝酸設(shè)施效果

4 本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

4.1 圍堰

設(shè)置1.2 m高圍堰，滿足GB 50880—2013《冶煉煙氣制酸工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的圍堰有效容積大于最大單臺(tái)儲(chǔ)罐有效容積的110%。圍堰設(shè)置6個(gè)人行踏步，相鄰踏步小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的60 m。圍堰內(nèi)設(shè)置地溝及集水坑，用于收集雨水并外排至污水處理站，當(dāng)硫酸儲(chǔ)罐泄漏時(shí)收集硫酸返回其他儲(chǔ)罐。

4.2 柔性設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)某些企業(yè)在硫酸儲(chǔ)罐使用過(guò)程中，曾出現(xiàn)過(guò)出液口開(kāi)裂的情況，造成硫酸泄漏，危及酸庫(kù)運(yùn)行安全。究其原因，一般為沉降影響以及出口彎曲余量不夠?qū)е铝蛩醿?chǔ)罐管口拉裂。另一方面，項(xiàng)目所在地抗震設(shè)防烈度為7度，存在地震危險(xiǎn)的可能性。因此，該項(xiàng)目硫酸儲(chǔ)罐出液口及排凈口按SY/T 4073—1994《儲(chǔ)罐抗震用金屬軟管和波紋補(bǔ)償器選用標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置了金屬軟管，以減輕儲(chǔ)罐的地震破壞，避免嚴(yán)重的次生災(zāi)害。

4.3 洗眼器、淋洗器及沖洗水點(diǎn)

根據(jù)HG 20571—2014《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》，具有化學(xué)灼傷危險(xiǎn)的作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)設(shè)計(jì)洗眼器、淋洗器等安全防護(hù)措施，淋洗器、洗眼器的服務(wù)半徑應(yīng)不大于15 m。酸庫(kù)的操作平臺(tái)、地下槽、裝酸設(shè)施裝卸臂區(qū)域以及槽罐車(chē)裝酸停車(chē)區(qū)域等都屬于硫酸灼傷危險(xiǎn)的作業(yè)場(chǎng)所，酸庫(kù)區(qū)設(shè)置了18個(gè)安全噴淋洗眼器、3個(gè)軟管沖洗水點(diǎn)及1個(gè)洗手池，裝酸設(shè)施設(shè)置了12個(gè)安全噴淋洗眼器、3個(gè)軟管沖洗水點(diǎn)及2個(gè)洗手池，水質(zhì)采用生活飲用水，排水通過(guò)地溝收集后送至污水處理站。

4.4 應(yīng)急石灰及事故池

為應(yīng)對(duì)硫酸管道的跑冒滴漏，地下槽附近設(shè)置了1個(gè)石灰臨時(shí)儲(chǔ)存區(qū)，用來(lái)中和跑冒滴漏的硫酸及泄漏的硫酸。在圍堰內(nèi)設(shè)置1個(gè)地坑、圍堰外設(shè)置1個(gè)濃酸池和稀酸池。濃酸池和稀酸池通過(guò)管道及閥門(mén)與地坑連接，平時(shí)閥門(mén)關(guān)閉，下雨時(shí)與稀酸池連接的管道閥門(mén)打開(kāi)，雨水經(jīng)稀酸池泵泵送至污水處理站。若酸庫(kù)中某一儲(chǔ)罐泄漏，打開(kāi)與濃酸池連接的管道閥門(mén)，濃硫酸經(jīng)濃酸池泵泵回到其他儲(chǔ)罐。

裝酸設(shè)施區(qū)域同樣設(shè)置地溝及地坑，收集地面沖洗水和雨水至污水處理站。地坑泵與地坑液位聯(lián)鎖，高液位時(shí)開(kāi)啟地坑泵，低液位時(shí)自動(dòng)停泵。

4.5 防腐防滲設(shè)計(jì)

硫酸屬于強(qiáng)腐蝕液體，圍堰內(nèi)地面、圍堰內(nèi)側(cè)以及裝酸設(shè)施地面均采用耐酸磚防腐。隨著環(huán)保要求的提高，一些地方環(huán)保局要求重點(diǎn)防滲區(qū)還需采用土工膜進(jìn)行防滲處理。此外，濃硫酸管道每個(gè)法蘭處設(shè)置聚四氟法蘭罩以防硫酸噴濺。

5 結(jié)語(yǔ)

硫酸庫(kù)和裝酸設(shè)施存在灼傷、車(chē)輛傷害、腐蝕、火災(zāi)爆炸、觸電等危險(xiǎn)因素，為了保證酸庫(kù)及裝酸設(shè)施的安全運(yùn)行，從設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該全面考慮，做到本質(zhì)安全設(shè)計(jì)。合理選材、布置，提高裝車(chē)效率，提高自動(dòng)化操作水平，減少人工操作，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，降低對(duì)人的傷害。