硫酸储罐设计

硫酸不存在较大的蒸汽压力，无需采用浮盘。为隔离空气及雨水等杂质，需要用固定顶保护罐介质，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]。

2.2结构设计

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，即将管口伸至液面下。对侧壁入口，则可用90℃弯头使管线在罐保持竖直状态并达到上述要求。为保护罐底，在罐底正对入口管末端的相应位置设置防冲板。为防止介质的虹吸现象，硫酸人口管线应开放空孔，一般只需要在管线的上部开一个12mm的孔即可。

硫酸出口一般也采取伸汲取管的方式，且多采用可拆式结构，为便于拆卸，外套管直径一般取硫酸出口管直径的2倍以上。硫酸出口也可设计成齐平接管的形式。为避免充液过多而引起硫酸大量外溢，需要在罐壁的上部设置溢流管口，该管口与罐壁表面平齐；也可不设置该管口，而直接利用高液位仪表控制进料管线上的切断阀来达到目的。

为保护罐壁，所有罐顶的接管都需要伸至少25mm；管壁的接管，除溢流口或齐平出口外，都应在管口上部180℃围伸至少25mm。一般情况下，放空管(压力阀口)应设置在罐的最高处，且与罐顶表面齐平，若储罐建在室，还应将放空口引至室外。对直接放空到大气的管口，还应配置180℃弯头和丝网。

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，均应为全焊透对接结构，并进行局部X射线检测。罐顶可以采用搭接焊缝。所有的罐底焊缝，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。罐壁和罐底表面还应增加磁粉或液体渗透检验。

由于硫酸的蒸汽压力不大，为确保安全，除非另有要求，所有的接管法兰均应采用PN2.0MPa的压力等级；由于承插焊及螺纹法兰等法兰的在结构，决定了更容易产生腐蚀，因此，应尽量避免使用这类法兰。当需要采用弯头时，为减少磨损腐蚀应力和腐蚀开裂，应尽量采用部有涂层保护和曲率半径较大的无缝弯头。在接管焊接时，应注意避免不同厚度的接管直接焊在一起，在结构设计时

应该将焊缝和结构不连续处分开。选用垫片时，应尽量使垫片的径和管口直径相同，以避免磨损腐蚀和缝隙腐蚀。

3 硫酸储罐的选材及防腐措施

从表1《市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点》可以看出，针对不同浓度，不同温度状态的硫酸，耐腐蚀选材也不尽相同。

3.1金属

金属材质硫酸储罐主要分为三类：整体金属材质硫酸储罐、金属外壳刷涂料的硫酸储罐、金属外壳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：1）普通碳钢不耐80%以下稀硫酸，但可以耐65℃左右的80%～100%的浓硫酸。因碳钢在这一浓度围可形成钝化保护膜，因此碳钢可直接用作为常温、无流速、无冲刷、无充气、密封的80%～100%浓硫酸储存和运输设备的制造材料，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。2）普通碳钢和铸铁都不耐102%以上的发烟硫酸，因此不可作为发烟硫酸储罐的制造材料

3）铅、铅锑合金、可耐96%以下室温的硫酸，对80%以下的硫酸可耐至210℃（也因表面产生保护膜），但铅锑不耐具有流速和摩擦冲刷的浓硫酸（因其破坏了保护膜）。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。4）普通不锈钢（如304不锈钢）只能耐5%以下的极稀的硫酸，和碳钢一样不直接作为稀硫酸储罐的制造材料。316L不锈钢是含钼不锈钢，可耐室温下15%浓度以的无流速、无冲刷、无充气的硫酸溶液和85%～100%浓度的常温、无流速、无冲刷、无充气、密封的硫酸。

5）高硅不锈钢、高合金不锈钢、镍钼铬合金（及哈氏合金）可以同时耐稀、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的硫酸溶液（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的合金材料，用来制造硫酸工厂的干燥塔、吸收塔、管式分酸器、槽管式分酸器、塔填料支撑箅子板、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%以下的不充气的稀硫酸，银、钛、锆、铝、镁也都只是适于稀硫酸，一般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的硫酸都具有非常好的耐蚀性能，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。

3.1.2 碳钢外壳附加壁防护措施

实际市面上的金属硫酸罐，90%以上是采用普通碳钢制造的，部分发烟硫酸储罐是采用合金钢制造的。

目前市场上，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树脂、乙烯基酯树脂两大类，结构层根据耐温需要选用热变形温度过关的不饱和聚酯树脂。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《树脂重防腐》一书。

玻璃钢硫酸储罐广泛用于轻工、石油、化工、食品、运输等领域。优点如下：1）轻质高强（密度为1.6-1.9g/cm3，为钢材的1/4，但比强度更高）；2）耐腐蚀；3）热膨胀系数小，保温隔热性能好；4）非标成型方便，维修方便；5）耐低温性能好；6）可在工厂部制作，也可现场制作，如现场缠绕大型立式储罐。

玻璃钢储罐主要的制造工艺：一类品质较低的方法是手工制作的也可先预制储罐耐蚀壁平板，固化成型后卷起来拼接，再制作结构增强层；另一类品质较高的是在模具上制作，通常：1）根据需要设计制造合适的模具；2）模具表面刷或喷纯树脂；3）富树脂层制作两层富含树脂的表面毡层，以便给耐蚀容器提供较好的耐腐蚀性能和抗渗透性能；4）使用缠绕或手糊的方法，制作短切毡增强的耐蚀层；5）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；6）在容器最外面制作耐候性富树脂层；7）储罐底座和盖顶也采用模具并结合喷射成型制作。

玻璃钢硫酸储罐由而外主要的结构如下：

1富树脂层（层耐蚀层）：由耐腐蚀衬树脂和表面毡组成，树脂含量大于90%，厚度1.0～1.5mm；

2耐腐蚀阻挡层（次层耐蚀层）：为防渗层，由无碱短切纤维和耐腐蚀衬树脂组成，含量为70％～75％，厚度不小于3mm；

3结构层（增强层）：该层对表层和次层起加强作用，抵抗罐体所受外界荷载，保证罐体刚度和强度，一般采用无碱玻璃布，环向缠绕与交叉螺旋缠绕结合，根据最终性能和耐热需要采用邻苯型、间苯型或对苯型不饱和聚酯树脂。树脂含量为40％～50％，厚度达设计要求。

4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，以防止结构层被环境浸蚀而失效。为防老化层，在该层中加入抗紫外线吸收剂和石蜡液，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

1.0mm。也可以涂装一层200µm的耐候涂料。

4其它防腐蚀措施

目前市面上，硫酸在储存和运输中的耐蚀材料有：1）93%～100%的浓硫酸和大于102%的发烟硫酸直接采用碳钢材质槽、桶、罐储存和运装即可；2）75%～93%中等偏低的硫酸，采用钢质设备储存和运输，壁进行防腐措施保护；3）75%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。