第8期黄崇顺：800kt/a硫磺制酸装置液硫罐区及硫酸罐区设计探讨
·61·
800kt/a硫磺制酸装置液硫罐区及硫酸罐区设计探讨
黄崇顺
（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）
摘要：探讨了液硫储罐的加热系统，对于液硫储罐的加热系统设计，设备爬梯设计以及储罐基础的设计提出了一些合理建议；探讨了浓硫酸储罐的选材、防腐和安全问题，对于硫酸罐区的布置设计，工艺设计提出了一些合理建议。关键词：硫磺；硫酸；储罐；加热系统；腐蚀中图分类号：TQ053．2；TQ111．16
文献标识码：B
文章编号：1008－021X（2011）08－0061－02
DiscussiononDesignofMoltenSulfurTankYardandSulfuric
AcidTankYardin800kt/aSulfur－burningSulfuricAcidPlant
HUANGChong－shun
（EastChinaEngineeringScienceandTechnologyCo．，Ltd．，Hefei230024，China）
Abstract：Discussedtheheatingsystemformoltensulfurstoragetank．Reasonablesuggestionsaboutheatingsystemdesign，equipmentladderdesignaswellastankfoundationdesignwereputforward．Materialselection，anti－corrosionandsafetyissuesforsulfuricacidtankwerediscussed．Reasonablesuggestionsaboutsulfuricacidtanklayoutdesign，processdesignwereputforward．Keywords：sulfur；sulfuricacid；storagetank；heatingsystem；corrosion1
前言
原因，通过确保足够的系统供热，避免硫磺在储罐内
壁和放空管处凝固沉积，可大大避免内部腐蚀。
［1］
硫磺储罐加热技术的发展经历了三代。第一代加热系统由内部浸没式蒸汽盘管和外部保温层构成。该系统的目的是为了弥补从充满的储罐损失的热量，它主要考虑如何维持储罐内部液体硫磺的温度，却忽略了如何维持罐壁、罐顶、内部支撑构件和蒸气相的温度。第二代加热系统是在第一代加热系统的基础上，在罐顶设置了外部蒸汽盘管，从而维不过液位上方持罐顶内壁温度在硫磺凝固点以上，
气相内壁温度问题仍然没有完全解决。第三代的硫磺储罐加热系统采用外部蒸汽夹套加热罐壁和罐顶。目前国内传统的液硫储罐多数采用第二代加热系统。
综上所述，液硫储罐的材质通常选择碳钢，采用加热和保温的措施弥补储罐的热量损失，从而将液一般采用饱和蒸汽作为硫温度维持在135℃以上，加热介质。
硫酸在工业生产中的应用十分广泛，是多种有
溶机化工和无机化工的重要原材料，作为催化剂、制药、选矿等行业。硫酸的剂广泛应用在精细化工、
生产方法主要有硫铁矿制酸、硫磺制酸、冶炼烟气制酸。大型化是现代硫酸装置的标志之一。本文着重探讨800kt/a硫磺制酸装置中液硫罐区及硫酸罐区的设计。
2液硫罐区设计探讨
液硫储罐接收来自熔硫工段的精制液体硫磺，液体硫磺从液硫储罐自流到液硫地下槽，液硫被精硫泵送到焚硫炉进行焚硫燃烧。2．1液硫储罐选材及选型
液体硫磺储罐的外部和内部腐蚀均是复杂的过
［1］
程，有多种机理在起作用。通过加热和保温系统将储罐外壁温度保持在100℃以上，并且避免硫在避免基础四周积水，可防止外部设备基础周围聚积，
腐蚀。内部腐蚀可能是造成储罐破坏性腐蚀的关键
收稿日期：2011－06－11
Email：huangchongshun@作者简介：黄崇顺（1982—），男，江苏扬州人，助理工程师，从事化工工艺管道设计工作，chinaecec．com。
·62·2．2
储罐容积的确定
山东化工
SHANDONGCHEMICALINDUSTRY
2011年第40卷
连续生产时液硫的消耗根据硫磺的供货情况，
量，确定800kt/a硫磺制酸装置中液硫罐区设置2个5000m的液硫储罐可以满足正常的生产要求。
储罐在给定容积的情况下，直径和高度尺寸可以有不同的组合，只有其中的一种尺寸时材料最省，相应的投资最省。可以通过建立数学模型进行优化分析。
2．3液硫储罐换热面积
液硫储罐的传热模型是很复杂的，涉及很多变量。液体硫磺热量损失的主要途径包括：储罐底板与大地之间的传热、储罐外壁与大气之间的传热、储罐内部液相与蒸气相之间的传热。如果还考虑储罐直径、高度、壁厚、大气温度、保温类型、保温厚度、加
模型将变得很复杂。通过简化模型，热介质等因素，
初步计算一个加热面积，然后再考虑适当的放大系
数，这种做法可以满足设计要求。在130～155℃之间，液硫的黏度值比较低。以前的设计中，液体硫磺温度一般规定为145℃，导致为满足相应的热负荷所需要的加热面积偏大，增加了设备投资。为了降低投资成本，液体硫磺温度可以适当降低（一般为132℃）。2．4储罐爬梯的设计
为便于操作人员到液硫储罐顶部进行巡检，需要设置爬梯。通常的做法是在设备外壁设计螺旋形然而液硫储罐的爬梯不可以直接焊接在设备爬梯，上，否则由于传热，设备的热量直接传递到爬梯上，导致爬梯烫伤工人。可以在设备旁设置土建的钢梯来代替螺旋形爬梯。2．5
液硫罐区的布置设计（1）液体硫磺泄漏时，很快就可以凝固，所以一
3
硫酸储罐接收来自干吸工段的浓硫酸，硫酸储
罐中的浓硫酸通过浓酸泵加压送往其他装置。3．1
硫酸储罐选型及选材
（钢制）硫酸储罐分为两种根据相关设计标准，
另一种则是常类型：一种是压力容器类的硫酸储罐，
压大型硫酸储罐。公称容积的大小及设计压力的高
3
低是二者的主要区别。当公称容积不超过200m或设计压力较高时常采用压力容器类型的储罐；反之，则优先常压大型硫酸储罐。大型硫酸装置中的硫酸罐区则采用常压大型硫酸储罐。
浓硫酸的蒸气分压不高，所以硫酸储罐不需要采用内浮顶，一般采用自支撑的固定顶。
40℃下碳钢在68%～99．5%硫酸中的腐蚀速
［2］
率为0．75～1mm/a。考虑到足够的腐蚀裕量，常温下的浓硫酸储罐选择碳钢制作是可行的。
3．2硫酸储罐容积
根据硫酸装置的生产情况，下游装置对酸的需
800kt/a硫磺制酸装置中硫酸罐区设求情况分析，
置2个5000m的硫酸储罐可以满足正常的生产要
求。3．3
硫酸罐区的布置设计
（1）罐区应设防护堤。根据《石油化工企业设
3
［3］
计防火规范》，防护堤内的有效容积不应小于罐
3
区内1个最大储罐的容积。项目中两个5000m硫
酸储罐布置在75m×40m的围堰内，根据一个最大储罐破裂时泄放的液体计算出围堰的高度为1．7m，在正常生产过程中，巡检人员根本无法观察到围堰内生产情况，所以只有通过扩大罐区的面积来降低对于土地资源比较紧张的地区，这是一围堰的高度，种浪费。
（2）考虑到硫酸的腐蚀性，如果硫酸储罐采取块体基础，在生产过程中，底板出现漏酸，将无法发现，所以硫酸储罐的基础采用条形基础，基础应有一定的高度，能够适应工人进入进行检修。（3）由于浓硫酸具有很强腐蚀性，所以罐区地坪应采用耐酸瓷砖、花岗岩等耐酸材料铺砌。（4）围堰四周应设置地沟，地沟汇集到罐区内的污水地下槽。罐区内的初期雨水以及地坪冲洗水等酸性污水应经污水输送泵送到污水处理站进行处理后排放。
（5）浓硫酸具有毒性和腐蚀性，设计时应考虑设置安全淋浴器和洗眼器等防护设施。
（下转第64页）
般来说，液硫罐区不需要设置围堰。
（2）液硫储罐的基础一般采用环形圈梁，内部填充沙垫层。对于这样的基础，设备底部的保温层要考虑比基础大一点，将基础包住，保证雨水不能进入到基础中，否则雨水渗入到沙垫层，会导致底板的腐蚀。对于地质情况不好的地区，可以采用块体基础，由于液硫储罐底板的操作温度高达140℃，所以
要提出储罐的操作温度，否则结构在提土建条件时，
专业选择的普通混凝土有可能耐不了如此高的操作
温度。也会有一些业主要求采用条形基础，如果采用条形基础，基础应有一定的高度，能够适应工人进入进行检修。3
硫酸罐区设计探讨
·64·
山东化
工
SHANDONGCHEMICALINDUSTRY
2011年第40卷
第8期黄崇顺：800kt/a硫磺制酸装置液硫罐区及硫酸罐区设计探讨
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800kt/a硫磺制酸装置液硫罐区及硫酸罐区设计探讨
黄崇顺
（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）
摘要：探讨了液硫储罐的加热系统，对于液硫储罐的加热系统设计，设备爬梯设计以及储罐基础的设计提出了一些合理建议；探讨了浓硫酸储罐的选材、防腐和安全问题，对于硫酸罐区的布置设计，工艺设计提出了一些合理建议。关键词：硫磺；硫酸；储罐；加热系统；腐蚀中图分类号：TQ053．2；TQ111．16
文献标识码：B
文章编号：1008－021X（2011）08－0061－02
DiscussiononDesignofMoltenSulfurTankYardandSulfuric
AcidTankYardin800kt/aSulfur－burningSulfuricAcidPlant
HUANGChong－shun
（EastChinaEngineeringScienceandTechnologyCo．，Ltd．，Hefei230024，China）
Abstract：Discussedtheheatingsystemformoltensulfurstoragetank．Reasonablesuggestionsaboutheatingsystemdesign，equipmentladderdesignaswellastankfoundationdesignwereputforward．Materialselection，anti－corrosionandsafetyissuesforsulfuricacidtankwerediscussed．Reasonablesuggestionsaboutsulfuricacidtanklayoutdesign，processdesignwereputforward．Keywords：sulfur；sulfuricacid；storagetank；heatingsystem；corrosion1
前言
原因，通过确保足够的系统供热，避免硫磺在储罐内
壁和放空管处凝固沉积，可大大避免内部腐蚀。
［1］
硫磺储罐加热技术的发展经历了三代。第一代加热系统由内部浸没式蒸汽盘管和外部保温层构成。该系统的目的是为了弥补从充满的储罐损失的热量，它主要考虑如何维持储罐内部液体硫磺的温度，却忽略了如何维持罐壁、罐顶、内部支撑构件和蒸气相的温度。第二代加热系统是在第一代加热系统的基础上，在罐顶设置了外部蒸汽盘管，从而维不过液位上方持罐顶内壁温度在硫磺凝固点以上，
气相内壁温度问题仍然没有完全解决。第三代的硫磺储罐加热系统采用外部蒸汽夹套加热罐壁和罐顶。目前国内传统的液硫储罐多数采用第二代加热系统。
综上所述，液硫储罐的材质通常选择碳钢，采用加热和保温的措施弥补储罐的热量损失，从而将液一般采用饱和蒸汽作为硫温度维持在135℃以上，加热介质。
硫酸在工业生产中的应用十分广泛，是多种有
溶机化工和无机化工的重要原材料，作为催化剂、制药、选矿等行业。硫酸的剂广泛应用在精细化工、
生产方法主要有硫铁矿制酸、硫磺制酸、冶炼烟气制酸。大型化是现代硫酸装置的标志之一。本文着重探讨800kt/a硫磺制酸装置中液硫罐区及硫酸罐区的设计。
2液硫罐区设计探讨
液硫储罐接收来自熔硫工段的精制液体硫磺，液体硫磺从液硫储罐自流到液硫地下槽，液硫被精硫泵送到焚硫炉进行焚硫燃烧。2．1液硫储罐选材及选型
液体硫磺储罐的外部和内部腐蚀均是复杂的过
［1］
程，有多种机理在起作用。通过加热和保温系统将储罐外壁温度保持在100℃以上，并且避免硫在避免基础四周积水，可防止外部设备基础周围聚积，
腐蚀。内部腐蚀可能是造成储罐破坏性腐蚀的关键
收稿日期：2011－06－11
Email：huangchongshun@作者简介：黄崇顺（1982—），男，江苏扬州人，助理工程师，从事化工工艺管道设计工作，chinaecec．com。
·62·2．2
储罐容积的确定
山东化工
SHANDONGCHEMICALINDUSTRY
2011年第40卷
连续生产时液硫的消耗根据硫磺的供货情况，
量，确定800kt/a硫磺制酸装置中液硫罐区设置2个5000m的液硫储罐可以满足正常的生产要求。
储罐在给定容积的情况下，直径和高度尺寸可以有不同的组合，只有其中的一种尺寸时材料最省，相应的投资最省。可以通过建立数学模型进行优化分析。
2．3液硫储罐换热面积
液硫储罐的传热模型是很复杂的，涉及很多变量。液体硫磺热量损失的主要途径包括：储罐底板与大地之间的传热、储罐外壁与大气之间的传热、储罐内部液相与蒸气相之间的传热。如果还考虑储罐直径、高度、壁厚、大气温度、保温类型、保温厚度、加
模型将变得很复杂。通过简化模型，热介质等因素，
初步计算一个加热面积，然后再考虑适当的放大系
数，这种做法可以满足设计要求。在130～155℃之间，液硫的黏度值比较低。以前的设计中，液体硫磺温度一般规定为145℃，导致为满足相应的热负荷所需要的加热面积偏大，增加了设备投资。为了降低投资成本，液体硫磺温度可以适当降低（一般为132℃）。2．4储罐爬梯的设计
为便于操作人员到液硫储罐顶部进行巡检，需要设置爬梯。通常的做法是在设备外壁设计螺旋形然而液硫储罐的爬梯不可以直接焊接在设备爬梯，上，否则由于传热，设备的热量直接传递到爬梯上，导致爬梯烫伤工人。可以在设备旁设置土建的钢梯来代替螺旋形爬梯。2．5
液硫罐区的布置设计（1）液体硫磺泄漏时，很快就可以凝固，所以一
3
硫酸储罐接收来自干吸工段的浓硫酸，硫酸储
罐中的浓硫酸通过浓酸泵加压送往其他装置。3．1
硫酸储罐选型及选材
（钢制）硫酸储罐分为两种根据相关设计标准，
另一种则是常类型：一种是压力容器类的硫酸储罐，
压大型硫酸储罐。公称容积的大小及设计压力的高
3
低是二者的主要区别。当公称容积不超过200m或设计压力较高时常采用压力容器类型的储罐；反之，则优先常压大型硫酸储罐。大型硫酸装置中的硫酸罐区则采用常压大型硫酸储罐。
浓硫酸的蒸气分压不高，所以硫酸储罐不需要采用内浮顶，一般采用自支撑的固定顶。
40℃下碳钢在68%～99．5%硫酸中的腐蚀速
［2］
率为0．75～1mm/a。考虑到足够的腐蚀裕量，常温下的浓硫酸储罐选择碳钢制作是可行的。
3．2硫酸储罐容积
根据硫酸装置的生产情况，下游装置对酸的需
800kt/a硫磺制酸装置中硫酸罐区设求情况分析，
置2个5000m的硫酸储罐可以满足正常的生产要
求。3．3
硫酸罐区的布置设计
（1）罐区应设防护堤。根据《石油化工企业设
3
［3］
计防火规范》，防护堤内的有效容积不应小于罐
3
区内1个最大储罐的容积。项目中两个5000m硫
酸储罐布置在75m×40m的围堰内，根据一个最大储罐破裂时泄放的液体计算出围堰的高度为1．7m，在正常生产过程中，巡检人员根本无法观察到围堰内生产情况，所以只有通过扩大罐区的面积来降低对于土地资源比较紧张的地区，这是一围堰的高度，种浪费。
（2）考虑到硫酸的腐蚀性，如果硫酸储罐采取块体基础，在生产过程中，底板出现漏酸，将无法发现，所以硫酸储罐的基础采用条形基础，基础应有一定的高度，能够适应工人进入进行检修。（3）由于浓硫酸具有很强腐蚀性，所以罐区地坪应采用耐酸瓷砖、花岗岩等耐酸材料铺砌。（4）围堰四周应设置地沟，地沟汇集到罐区内的污水地下槽。罐区内的初期雨水以及地坪冲洗水等酸性污水应经污水输送泵送到污水处理站进行处理后排放。
（5）浓硫酸具有毒性和腐蚀性，设计时应考虑设置安全淋浴器和洗眼器等防护设施。
（下转第64页）
般来说，液硫罐区不需要设置围堰。
（2）液硫储罐的基础一般采用环形圈梁，内部填充沙垫层。对于这样的基础，设备底部的保温层要考虑比基础大一点，将基础包住，保证雨水不能进入到基础中，否则雨水渗入到沙垫层，会导致底板的腐蚀。对于地质情况不好的地区，可以采用块体基础，由于液硫储罐底板的操作温度高达140℃，所以
要提出储罐的操作温度，否则结构在提土建条件时，
专业选择的普通混凝土有可能耐不了如此高的操作
温度。也会有一些业主要求采用条形基础，如果采用条形基础，基础应有一定的高度，能够适应工人进入进行检修。3
硫酸罐区设计探讨
·64·
山东化
工
SHANDONGCHEMICALINDUSTRY
2011年第40卷