陳 芳

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 化工環(huán)保事業(yè)部， 北京 100038)

發(fā)煙酸硫酸儲(chǔ)罐液封的設(shè)計(jì)計(jì)算

陳 芳

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 化工環(huán)保事業(yè)部， 北京 100038)

發(fā)煙酸硫酸儲(chǔ)罐液封是與發(fā)煙酸儲(chǔ)罐配套使用的重要裝置，它既可保證發(fā)煙酸中的SO3不外泄造成空氣污染，又可防止空氣中的水氣進(jìn)入儲(chǔ)罐影響發(fā)煙酸的品質(zhì)。本文對(duì)發(fā)煙酸儲(chǔ)罐所用液封設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行探討。

儲(chǔ)罐； 液封結(jié)構(gòu)； 液封高度

0 引言

為保證儲(chǔ)罐的正常工作，工程中使用的93%H2SO4、98%H2SO4硫酸儲(chǔ)罐罐頂均設(shè)有排氣口，排氣口通常采用彎管直接與大氣連通的形式，只有在常年空氣濕度較大的地區(qū)為防止大量水進(jìn)入儲(chǔ)罐，影響硫酸濃度，才會(huì)在出口處安裝呼吸閥。但對(duì)于發(fā)煙酸儲(chǔ)罐上述結(jié)構(gòu)卻無(wú)法滿足要求，由于發(fā)煙酸中過(guò)剩的SO3隨時(shí)都會(huì)溢出，因此如排氣口直接與大氣連通或僅安裝呼吸閥，都會(huì)使SO3外泄造成空氣污染。為了防止此種情況發(fā)生，我們?cè)诎l(fā)煙酸硫酸儲(chǔ)罐排氣口處設(shè)置了液封罐。

1 液封的作用

(1) 為了防止污染，將液封氣體出口接至制酸系統(tǒng)干燥塔，利用干燥塔的負(fù)壓，使從儲(chǔ)酸罐中不斷溢出的SO3順利被吸收。液封能保證當(dāng)儲(chǔ)酸罐緩慢進(jìn)酸的時(shí)候，氣體出口的負(fù)壓不會(huì)直接傳至儲(chǔ)罐，造成發(fā)煙酸的游離SO3大量逃逸，降低發(fā)煙酸的濃度，而當(dāng)酸罐內(nèi)壓力到一定程度時(shí)能及時(shí)排氣；

(2) 當(dāng)儲(chǔ)酸罐開(kāi)始放酸時(shí)，液封能保證即使空氣進(jìn)入酸罐內(nèi)，避免酸罐因負(fù)壓產(chǎn)生變形，且空氣進(jìn)入時(shí)經(jīng)過(guò)液封內(nèi)硫酸的脫濕，避免水氣造成酸罐腐蝕。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 結(jié)構(gòu)

在硫磺制酸工藝中，發(fā)煙酸儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的液封的結(jié)構(gòu)如圖1所示。a口為進(jìn)氣口與儲(chǔ)酸罐上的排氣口相連，b、c、d、e口分別為氣體出口、空氣進(jìn)口、進(jìn)酸口和溢流口，f、g口為排液口，g口常開(kāi)，f口常閉。圖中件2下部開(kāi)有連通孔。

圖1 液封結(jié)構(gòu)圖

圖2 酸罐進(jìn)酸及平衡時(shí)狀態(tài)

圖3 酸罐排酸時(shí)狀態(tài)

2.2 液體的選擇

由于儲(chǔ)罐中外溢的氣體主要為SO3，且用于硫酸系統(tǒng)中，同時(shí)要求有脫濕作用，因此，為保證液封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液封液可循環(huán)使用，選用98%H2SO4硫酸作為液封液體最為理想。

2.3 工作原理

(1) 儲(chǔ)酸罐進(jìn)酸時(shí)，先將b口的閥門(mén)關(guān)閉，d口閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)酸，當(dāng)液封中液位達(dá)到圖中件3的頂面標(biāo)高時(shí)，將b口的閥門(mén)打開(kāi)，此時(shí)件2內(nèi)部氣體空間為正壓，件1與件2之間氣體空間為負(fù)壓(b口為負(fù)壓接口)，件2內(nèi)的酸通過(guò)連通口進(jìn)入件1與件2之間，同時(shí)b口持續(xù)進(jìn)酸，當(dāng)儲(chǔ)酸罐停止進(jìn)酸時(shí)，件2內(nèi)外酸液達(dá)到如圖2所示的平衡狀態(tài)，多余的酸液由溢流口e排出。

(2) 儲(chǔ)酸罐出酸時(shí)，先將b、d口的閥門(mén)關(guān)閉，此時(shí)由于儲(chǔ)酸罐液位下降，件2內(nèi)部氣體空間壓力下降，由正壓逐漸變?yōu)樨?fù)壓，件2外部液體進(jìn)入件2內(nèi)部，液面下降，進(jìn)入內(nèi)部的液體當(dāng)高度超過(guò)件3高度時(shí)就會(huì)由f口排出。當(dāng)件2外部液面降至低于件4所需液封高度時(shí)，空氣即從c口進(jìn)入，件2外部的壓力上升，此壓力變化與件2內(nèi)部的壓力變化疊加作用導(dǎo)致件2內(nèi)外壓差改變，使外筒的液面進(jìn)一步下降，液位降低又會(huì)使空氣進(jìn)入…，由于件2外部始終是負(fù)壓，上述過(guò)程一再重復(fù)，直到件2內(nèi)外壓力相等為止，從而達(dá)到平衡，此平衡壓力由件3的高度決定。如果件2內(nèi)部壓力進(jìn)一步降低，則件2外部液面將降至連通口以下，空氣即進(jìn)入件2內(nèi)部，使儲(chǔ)酸罐氣體空間壓力上升，負(fù)壓值小于允許負(fù)壓，從而保證罐體不被抽癟。

2.4 計(jì)算

(1)溢流口下沿高度H1

溢流口高度值應(yīng)保證儲(chǔ)酸罐在裝酸量達(dá)到有效容積時(shí)，件2內(nèi)外酸柱可達(dá)到平衡狀態(tài)。

H1=h+ΔP1/ρg=(p1-p2)/ρg

式中p1—儲(chǔ)酸罐總蒸汽壓Pa，查表得在40 ℃時(shí)，104.5%發(fā)煙硫酸為156 Pa；p2—件2外部氣體空間氣壓Pa，由b口壓力決定，此計(jì)算中取-3 000 Pa；ρ—40 ℃時(shí)，104.5%發(fā)煙硫酸密度kg/m3，查表得1 869.8 kg/m3；h—連通口頂面高度，mm。

所以，H1=h+[156-(-3 000)]÷1 869.8÷9.8×1 000=(h+172)mm。

(2)空氣進(jìn)氣管下沿距液封底面距離H2

H2=h+172-ΔP2/ρg=(P3-P2)/ρg

式中p3—大氣壓Pa，表壓為0 Pa。

所以，H2=h+172-[0-(-3 000)]÷1 869.8÷9.8×1 000=(h+8.28)mm。

(3)件3高度H3

為了儲(chǔ)酸罐在放酸時(shí)上部氣體空間負(fù)壓不大于設(shè)計(jì)允許負(fù)壓，H3的大小要考慮當(dāng)件2中負(fù)壓接近規(guī)定值時(shí)，件2外部液位要降低至連通口上沿以下。

JB50341《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》3.0.1中規(guī)定，固定頂儲(chǔ)罐“負(fù)壓不應(yīng)小于0.49 kPa”，因此在計(jì)算H3時(shí)考慮在件2內(nèi)部負(fù)壓達(dá)到-400 Pa時(shí)，件2外部液位要降低至連通口上沿以下。

由(2)的計(jì)算可以看出，當(dāng)件2外部液位降至(h+8.28)mm時(shí)，c口露出液面，此時(shí)件2外部氣體空間壓力等于大氣壓為0 Pa。

H3=h+ΔP3/ρg=(P3-P4)/ρg

式中P4—最大允許負(fù)壓Pa，取-400 Pa。

所以，H3=h+[0-(-400)]÷1 869.8÷9.8×1 000=(h+22)mm。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于發(fā)煙酸儲(chǔ)罐，液封的使用，完全克服了呼吸閥無(wú)法完全阻止SO3溢出及水氣進(jìn)入，導(dǎo)致環(huán)境污染、設(shè)備腐蝕的缺點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)際中使用效果良好。

Design and Calculation of Liquid Seal Tank of Storage Tank Used for Sulphuric Acid Fuming

CHEN Fang

Liquid seal tank used for sulphuric acid fuming is an important equipment supporting the use of storage tank, it can be made to ensure no leakage of SO3into air pollution, and also prevent moisture in the air into the storage tank from impact the acid quality. The paper discusses the design and calculation of liquid seal tank.

storage tank；liquid seal structure；liquid seal height

2015-09-09

陳 芳(1962-)，女，北京市人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事化工設(shè)備設(shè)計(jì)工作。

TQ111

B

1003-8884(2015)06-0017-02