硫酸儲罐設計

硫酸腐蝕原理及特點1市面上的硫酸常見的濃度、狀態(tài)及腐蝕特點濃度 狀態(tài) 腐蝕性 特點備注<5%5～65%

特稀硫酸溶液稀硫酸溶液

電化學腐蝕濃度以下的稀硫酸在所有溫度都為還原性為主，腐蝕2）稀硫酸對碳鋼的腐蝕速率隨濃度的提高而增性一般 強；達到一定濃度后（47%～50%是電化學腐蝕速度的峰值點），腐蝕速率隨濃度的提高而急劇下降；3）電化學腐蝕加大；為主，腐蝕4）雜質(zhì)對腐蝕也有很大的影響，如含氟、氯等性非常強 他離子；5）介質(zhì)流速越大、固相顆粒多也會加劇稀硫酸溶液的腐蝕性。65～濃硫酸電化學腐蝕85%65～濃硫酸電化學腐蝕85%溶液為主85～高濃度氧化性腐蝕100%硫酸為主85%～100%氧化性；濃硫酸變稀，對碳鋼的腐蝕性增大；4)65%～85%速率下降；>100%

發(fā)煙硫酸

氧化性腐蝕為主

80%～100%60℃～80℃；102%度上升，碳鋼和鑄鐵耐不了。120%氧化性腐蝕的峰值點。硫酸金屬儲罐外壁腐蝕主要為氣相腐蝕，只是弱腐蝕，一般采取涂裝防腐即可，不是這里討論的重點。碳鋼在硫酸中發(fā)生的腐蝕過程是典型的電化學腐蝕。其化學反應式表述如下：Fe+H2S04→H2+FeS04金屬材料的本質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)、硫酸濃度(pH值)、溫度都會影響到金屬的氫去極化腐蝕。此外，一些物理因素如介質(zhì)流速、固相顆粒、結(jié)垢等也會影響硫酸的腐蝕性。硫酸儲罐的設計類型及概況罐，還分為立式和臥式硫酸儲罐。本文僅討論常壓硫酸儲罐。3mm合金罐、塑料罐、FRP罐或其他襯里罐則一般無需預留腐蝕裕量[2]。結(jié)構(gòu)設計硫酸罐一般應至少包括如下管口：硫酸入口，硫酸出口，溢流口，放空口(壓力閥口)，頂部人孔，清掃孔。1200mm。但90℃彎頭使管線在12mm的孔即可。2線上的切斷閥來達到目的。180℃25mm(壓力閥口)應設置在罐的最高處，且與罐頂內(nèi)表面齊平，若儲罐建在室內(nèi)，還應180℃彎頭和絲網(wǎng)。為保證硫酸金屬儲罐具有良好的耐腐蝕性，所有位于液位下的焊縫，均應為全焊X面還應增加磁粉或液體滲透檢驗。PN2.0MPa焊縫和結(jié)構(gòu)不連續(xù)處分開。選用墊片時，應盡量使墊片的內(nèi)徑和管口直徑相同，以避免磨損腐蝕和縫隙腐蝕。硫酸儲罐的選材及防腐措施不同溫度狀態(tài)的硫酸，耐腐蝕選材也不盡相同。金屬金屬材質(zhì)硫酸儲罐主要分為三類：整體金屬材質(zhì)硫酸儲罐、金屬外殼內(nèi)刷涂料的硫酸儲罐、金屬外殼內(nèi)襯玻璃鋼或鱗片膠泥硫酸儲罐。整體金屬材質(zhì)各種不同金屬或合金的耐硫酸腐蝕性能及作為硫酸儲罐的選擇可行性如下：18065℃%～100的濃硫酸。速、無沖刷、無充氣、密封的80%～100%濃硫酸儲存和運輸設備的制造材料，內(nèi)壁無需額外做其他防腐處理，外壁只需做普通的弱腐蝕防銹耐候涂裝處理。2）102%以上的發(fā)煙硫酸，因此不可作為發(fā)煙硫酸儲罐的制造材料3）鉛、鉛銻合金、可耐96%以下室溫的硫酸，對80%以下的硫酸可耐至210℃（也因表面產(chǎn)生保護膜（了保護膜）。因此襯鉛也是常用的耐硫酸腐蝕設備的制造材料和襯里材料。4）普通不銹鋼（304不銹鋼）5%以下的極稀的硫酸，和碳鋼一樣不316L濃度以內(nèi)的無流速、無沖刷、無充氣的硫酸溶液和85%～100%濃度的常溫、無流速、無沖刷、無充氣、密封的硫酸。5）高硅不銹鋼、高合金不銹鋼、鎳鉬鉻合金（及哈氏合金）可以同時耐稀、濃硫酸，可以耐高溫、高速下一切濃度硫酸。其中高硅不銹鋼最便宜，但高硅不銹鋼抗震差、加工困難、不耐含氟或亞硫酸雜質(zhì)的硫酸溶液（此時可選用20號高合金鋼）。高硅不銹鋼是硫酸行業(yè)采用最多的合金材料，用來制造硫酸工廠的干燥塔、吸收塔、管式分酸器、槽管式分酸器、塔內(nèi)填料支撐箅子板、循環(huán)酸槽、管殼式酸冷卻器、管線、泵、法蘭和閥門等硫酸生產(chǎn)設備。但是直接采用高硅不銹鋼來制造硫酸儲罐，還是不多。60%以下的不充氣的稀硫酸，銀、鈦、鋯、鋁、鎂也都只是適于稀硫酸，一般不直接作為硫酸儲罐制造材料。盡管鉑、金、鈀、鉬這幾類金屬材料對所有濃度的硫酸都具有非常好的耐蝕性能，但這些貴金屬的成本都非常昂貴，不可能用它們來制作硫酸儲罐。碳鋼外殼附加內(nèi)壁防護措施是采用合金鋼制造的。80%壽命會更高。這將在后文闡述。第一類：碳鋼外殼內(nèi)刷防腐涂料。這類方法一般針對常溫下低濃度（45%以下下的碳鋼槽、管件、法蘭等，碳鋼儲罐用襯膠的方法制作的占少數(shù)。（硬質(zhì)橡膠也不超85℃）、不耐具有氧化性的濃硫酸（80%以上濃度的硫酸，耐不了65℃以上65%～80%的中等濃度的硫酸）、導熱性能差等缺陷。硫酸碳鋼儲罐襯膠用的品種以氯丁橡膠（CR）和丁基橡膠（IIR）居多，CR和IIR硫酸碳鋼儲罐的耐硫酸腐蝕性能如表2。表2碳鋼襯膠儲罐耐硫酸簡表硫酸濃度溫度氯丁橡膠丁基橡膠10％65℃好好30％25℃好好30％65℃一般好50％25℃好好50％65℃不耐好50％100℃不耐一般70％～98%

25℃ 不耐 不耐發(fā)煙硫酸25℃ 不耐 不耐第三類：金屬外殼內(nèi)襯玻璃鋼或玻璃鱗片膠泥。這類方法屬于樹脂重防腐[3]防腐方法之一。這類方案適用于一定溫度下的稀硫能、玻璃鋼固化程度、施工質(zhì)量等。80%濃度以下的稀硫酸的碳鋼儲罐內(nèi)襯用玻璃鋼樹脂主要有3乙烯基酯樹脂牌號耐硫酸腐蝕性能的簡表。表3典型通用乙烯基酯樹脂牌號的耐硫酸性能最高長期耐受溫度/℃化學環(huán)境 濃度（%）

標準雙酚A型乙烯基

酯樹脂硫酸酯樹脂硫酸25100105硫酸50100100硫酸608090硫酸707080硫酸754080硫酸[3]804050硫酸>80NRLS25硫酸（發(fā)煙）NRLS25硫酸（蒸氣）100120硫酸/苯磺酸/水7/88/56060硫酸/鉻酸19.5/0.47070液10%硫酸/液10%硫酸/甲醇30/5/50硫酸/磷酸10/208080硫酸/磷酸25/258080

最大濃度 50 65硫酸/硫化氫50/10100100硫酸/硫酸銅25/35100100硫酸/硝酸10/2.57080硫酸/硝酸20/5658051/1025250～13/0～11/0～51/1025250～13/0～11/0～3065652/20/8/607/3.5/10707025/108010050/15405020/6556040/20/5/35/1NRLS25硫酸/硝酸/磷酸硫酸/硝酸/氫氟酸[1]硫酸/硝酸/鹽酸硫酸/鹽酸[4，硫酸/鹽酸[4，硫酸/氫氟酸[1]硫酸/鹽酸/氫氟酸/磷酸/氯化溶劑[1]硫酸/鉻酸混合液（最大濃度10%）

50 65備注說明：NR：不建議使用；LS：該溫度下使用壽命較短（通常滿足的都為靜態(tài)容器，室溫（態(tài)容器，室溫（40℃）時一般最多一年的使用壽命）；/：沒有相關準確（為最大限度延長使用壽命，必須后固化；[4]在耐腐蝕阻擋層內(nèi)，建議使用兩C型玻璃纖維表面氈；[5]佳的玻璃纖維。3.2非金屬材料硅酸鹽材料（陶瓷、玻璃、搪瓷、耐酸巖石）、浸漬石墨材料等無機盡管可耐大多數(shù)濃度和溫度下的硫酸，常作為槽、塔襯里磚板，并不用于硫酸儲罐的防腐。硫酸儲罐。整體塑料材質(zhì)熱塑性塑料一般適用于中低溫下70%以內(nèi)的稀硫酸，一些特殊的含氟塑料可耐高溫高濃度硫酸。熱塑性塑料儲罐主要優(yōu)點是：耐腐蝕性強、操作方便、使用壽命長、重量輕、對設備的運輸、安裝、維修都比較有利。高密度PE-7℃～+70℃75%材質(zhì)儲罐已經(jīng)不合適了。PPPE更好，韌性更佳，整體塑料儲罐材質(zhì)更多選用的是PP。PP材質(zhì)儲罐可在使用溫度范圍(-20℃～+120℃)65%PVC(-40℃～+60℃)65%CPVC材質(zhì)的硫酸儲80%85℃以下的硫酸溶液。聚四氟乙烯，PTFE240℃以內(nèi)盛放任意濃度的硫酸或發(fā)煙硫酸，聚全氟乙F46PTFE200℃本非常高，實際使用極少。實際場合下，PP、PVC材料的塑料儲罐，由于加工成型的限制，多以標準型號的中小型立式和臥式的整體貯槽、貯罐為主。整體玻璃鋼材質(zhì)85%FRP性樹脂、纖維增強材料的不同而不同。表4常見的熱固性樹脂耐受硫酸溫度(℃)性能匯總呋喃樹鄰苯間苯 雙酚A型酚醛型硫酸濃雙酚A 酚醛樹 雙酚A脂(糠醇 型 型 VER VER（%）型EPR 脂PHR 型UPR型) UPR

（XXX）（XXX）254010010060709010010550251006025406010010060NR6040LS252540809070NR6025NRNR25708075NR25NRNRNRNR408080NRNRNRNRNRNR4050>80NRNRNRNRNRNRNRLS25發(fā)煙NRNRNRNRNRNRNRLS25備注說明：NR：不建議使用；LS：該溫度下使用壽命較短（通常滿足的都為靜態(tài)容器，室溫（最大備注說明：NR：不建議使用；LS：該溫度下使用壽命較短（通常滿足的都為靜罐、現(xiàn)場纏繞大型儲罐、運輸罐（槽車罐）的細節(jié)描述，有興趣的讀者可閱讀筆者必將出版的《樹脂重防腐》一書。輕質(zhì)高強（密度為1.6-1.9g/cm3，為鋼材的1/4，但比強度更高）；2）3）熱膨脹系數(shù)小，保溫隔熱性能好；4）非標成型方便，維修方便；5）耐低溫性能好；6）可在工廠內(nèi)部制作，也可現(xiàn)場制作，如現(xiàn)場纏繞大型立式儲罐。純樹脂；3）富樹脂層制作兩層富含樹脂的表面氈層，以便給耐蝕容器提供較好的耐腐蝕性能和抗?jié)B透性能；4）使用纏繞或手糊的方法，制作短切氈增強的耐在容器最外面制作耐候性富樹脂層；7）儲罐底座和蓋頂也采用模具并結(jié)合噴射成型制作。玻璃鋼硫酸儲罐由內(nèi)而外主要的結(jié)構(gòu)如下：（內(nèi)層耐蝕層90%，厚度1.0～1.5mm；耐腐蝕阻擋層（次內(nèi)層耐蝕層）：為防滲層，由無堿短切纖維和耐腐蝕內(nèi)襯樹脂組成，含量為70％～75％，厚度不小于3mm；結(jié)構(gòu)層（增強層）：40％～50％，厚度達設計要求。外保護層：為抵抗設備使用環(huán)境的腐蝕，設備外壁需制作一層保護層，以防止1.0mm。也可200µm的耐候涂料。其它防腐蝕措施于102%中等偏低的硫酸，采用鋼質(zhì)設備儲存和運輸，內(nèi)壁進行防腐措施保護；3）75%以下稀硫酸采用玻璃鋼材質(zhì)的儲罐和槽車進行儲存和運裝。還可以采取一些其它措施，如降低硫酸流速、電化學保護、鈍化、使用覆蓋層保護及加強和改進儲罐運行管理等。1）改變硫酸流動狀態(tài)。由于碳鋼在硫酸中的抗腐蝕性，取決于其表面生成的一般嚴格控制在50mm/s以內(nèi)；2）電化學保護。主要是陽極保護法。施加陽極保護后，碳鋼在硫酸中的腐蝕速率大大降低；隔熱涂料使用。由于硫酸的腐蝕性隨溫度的升高而增大，為避免因太陽光照(通常是白色)者采用目前面上非常熱門的遮熱涂料[4]；加強管理。濃硫酸具有極強的吸濕性，當碳鋼硫酸儲罐經(jīng)常充滿濃硫酸時，腐蝕很微弱，但如果經(jīng)常放空（例如經(jīng)常停車，放空后長時間不用），其他安全措施其