硫酸法鈦白粉項目罐區設計探討

鄧云川

（中海油山東化學工程有限責任公司，濟南 250101）

設計總結

硫酸法鈦白粉項目罐區設計探討

鄧云川

（中海油山東化學工程有限責任公司，濟南 250101）

介紹了某公司75 kt／a硫酸法鈦白技術改造升級搬遷項目罐區設計中的一些問題。總結了硫酸罐區布置中的常見問題，并提出了設計和運行中的一些安全措施。

鈦白粉；硫酸；罐區設計

1 概 述

鈦白粉是目前白色顏料中性能最佳的，可謂是白色顏料之王，其與住宅、汽車產業密切相關，以產值計，僅居于合成氨和磷化工之后，為全球第三大無機化工產品，在涂料、塑料、造紙、油墨、橡膠、化纖、陶瓷等工業中得到廣泛應用。

目前，工業化生產鈦白粉主要有兩種工藝方案［1，2］：如圖1所示。①硫酸法：該法采用廉價的鈦精礦或鈦渣與硫酸為原料，經溶解、結晶、水解、洗滌、煅燒、后處理等工序得到鈦白粉。硫酸法鈦白粉工藝具有原料品位低、技術成熟、設備簡單、防腐材料易解決、投資費用少的優點；主要面臨污染物和副產物多、廢酸難以回收、環保成本高、產品質量品位低、生產成本高的缺點。②氯化法：采用高品位鈦原料，如高鈦鐵礦、天然金紅石和人造高鈦原料，加入焦炭和氯氣為氯化原料，經氯化、純化、氧化、后處理等工序得到產品。氯化法鈦白粉工藝具有干法生產、流程短、工序少、能耗低、生產成本低、經濟效益好等優點；缺點主要表現原料品位高、連續生產、技術難度大、操作需要復雜控制系統、生產裝置彈性不大、設備要求高、腐蝕不易解決等方面。在經濟上，硫酸法生產低檔鈦白粉具有經濟優勢，但是目前硫酸法還無法生產高檔鈦白粉產品。目前，兩條工藝路線均有裝置投產，不過在我國仍然以硫酸法為主。

圖1鈦白粉工藝流程

國家化工行業生產力促進中心鈦白分中心對46家正常生產的生產商的統計結果顯示［3］：2014年我國鈦白粉總產量為2435014 t；其中，金紅石型為1756 690 t，占72.14%，銳鈦型為494 287 t，占20.30%；搪瓷等用非顏料級為125 189 t，占5.14%；納米催化類為58848t，占2.42%。其中，錦州鈦業、河南漯河興茂鈦業和云南新立3家采用氯化法生產，綜合生產量為43 530噸，占全國總產量的1.78%，比上年提高了0.67個百分點，取得新進展。

本文以某公司75 kt／a硫酸法鈦白技術改造升級搬遷項目的詳細設計為基礎，就罐區的設備布置、管道布置、支吊架設計和安全環保設計所遵循的原則及注意事項進行總結。

2 設備布置

罐區作為項目的重要裝置之一，雖然工藝配置簡單，卻是存儲、裝運和裝卸原料的重要場所，本項目主要包含不同濃度的H2SO4（質量濃度20%、60%、98%）、濃鹽酸和45%NaOH堿液。本項目鹽酸和堿液來自廠外槽車，硫酸來自廠區的上游硫磺制酸裝置和廢酸回收。

罐區主要包含3個3 000 m3的98%H2SO4罐、1個1 200 m3的60%H2SO4罐、200 m3的20%H2SO4罐、鹽酸和堿液罐各1個、10臺泵和相應輔助設施。罐區設備布置圖見圖2。由于該項目處于南方，不需要隔熱和保冷，罐和泵均采用露天布置。不同介質的儲罐間設置隔堤，發生跑、冒、滴、漏時，能有效阻擋物料四處流淌和污染環境。泵組采用成排布置，根據介質不同設計了簡單的隔堤。

不同濃度的硫酸合并在一個隔堤內，隔堤高度參照防火堤設計，在硫酸罐發生泄露時，確保能夠得到有效的處理。《石油化工企業設計防火規范》規定，防火堤內的有效容積不應小于罐區內1個最大儲罐的容積［4］。項目中三個3000 m3硫酸儲罐布置在86 m×32 m的隔堤內，根據一個最大儲罐破裂時泄放的液體計算出隔堤的高度為1.0 m，在此基礎上提高0.2 m，最終確定隔堤設計高度為1.2 m。另外，由于濃硫酸具有強烈的腐蝕性和氧化性，因此罐區地面應做防酸腐、防滲處理。

圖2 罐區設備布置圖

罐區附近設置噴濺報警、泄漏探測和洗眼器等緊急設備。洗眼器用于人體接觸硫酸后的緊急處理。根據場地的實際情況，布置在人員易于達到的地方，同時需注意避免影響生產運行。硫酸罐區四周設置有地溝，罐區地面坡向地溝，在罐區的最低處設一個地坑，作為初期雨水、地坪沖洗水和發生泄漏事故時的收集池。在地坑附近布置污酸泵，若大量硫酸泄漏，通過污酸泵導入硫酸儲罐暫時存儲；若泄漏量較少，則在地坑內加入堿液中和處理，通過污酸泵將污水送入污水處理車間處理，避免發生環保事故。

3 管道布置

管道布置設計遵守有關設計規定、規范和規定，同時依據管道布置專業工程設計統一規定。管道布置過程中，確保管道系統具有必要的柔性，同時確保管口應力不超限。在保證管道柔性、管道設備之間接口位置的力和力矩前提下，盡可能做到管道最短，管件用量最少。

罐區內管道采取集中、架空布置，整體走向并列平行敷設，交叉少，節省管架材料，便于施工，罐區管道布置圖見圖3。來自硫磺制酸工段生產的98%H2SO4，經外管廊進入儲罐，管道布置采取“步步高”的方式，避免管道形成積聚液體的“液袋”和“盲腸”。外管廊到60%H2SO4罐則采取“步步低”方式進行布置。裝置內管廊穿過泵組上方與外管廊對接，方便操作檢修和節約成本，整體美觀協調。濃硫酸屬于強腐蝕性、強氧化性和有毒介質，因此儲罐的出口設置分別一個球閥和截止閥用于切斷，便于檢修，提高安全性。

圖3 罐區管道布置圖

98%硫酸進液時液位會有波動，進液管口開在儲罐頂部，避開液位計管口。儲罐頂部管口集中開口，以便于操作和檢修。上罐管道集中布置，上到罐頂后再分開去往各個管口，儲罐管口管道布置見圖4。

4 支吊架設計

支吊架在管道敷設工程中是必不可少的，其不僅僅起著支撐管道的作用，即承受管道的垂直荷載，還需要承受來自各方的力和力矩。只有這樣，管道和與之相連的設備的安全才能得到保證。

滿足支撐管道荷載的同時，防止管系產生過量變形是設置管架必須綜合考慮的兩個基本問題。1.滿足剛度要求：即控制管道擾度不超限，管架間距必須不超過管道基本跨距；2.滿足柔性要求：盡可能利用管道自支撐作用，少設置或不設置管架；管架布置應保證安裝、操作、維修的方便，同時管架的數量和形式應盡可能的結構簡單、經濟合理、安全可靠，既能減緩和抑制振動，又能抵御地震、風載等惡劣環境的影響。

圖4 濃硫酸儲罐管口管道布置圖

由于儲罐較大，為消除儲罐基礎沉降對管道柔性的破壞，在出液口切斷閥后都設置了金屬軟管。儲罐出液管支架具體做法：如圖5所示，在設備基礎上預埋鋼板，焊接三角托架支撐出液口管道和閥門重量，在金屬軟管后就近設置第一個T型架，確保管道具有一定的柔性。

圖5 濃硫酸儲罐出液管支架示意圖

5 安全和環保設計

罐區的安全設計尤為重要，是整個設計成功的決定性因素。儲罐區的安全主要分為罐區安全和運行安全。

儲罐安全。腐蝕是影響硫酸儲罐安全、性能和使用壽命的首要因素。常溫下，濃硫酸會在碳鋼表面形成一層致密的鈍化膜，鈍化膜能阻止進一步的氧化腐蝕，因此采用碳鋼材質存儲濃硫酸需要留一定的腐蝕裕量。稀硫酸的存儲，因稀硫酸對碳鋼的腐蝕速度即使在較低的溫度下也很大，因此需要采用更耐腐蝕的材質或耐腐蝕的非金屬材質制造，如316L不銹鋼或玻璃鋼。因此，常溫下的濃硫酸儲罐通常選用碳鋼，稀硫酸儲罐選用玻璃鋼等材質制造［5］。通過正確選材，合理設計，減輕腐蝕及危害，同時生產中加強管理，延長儲罐使用年限，保證儲罐的運行安全。

運行安全。裝置運行過程中，通過減少人、酸接觸實現人身保護的目的，泵及管接頭是需要重點關注的位置。管接頭或法蘭處應安裝保護裝置，防止管接頭斷開、泄漏，造成酸液噴濺。硫酸儲罐的材質采用碳鋼制造，儲罐本體須做防雷接地，罐區須按照規范要求安裝避雷針。硫酸罐區安裝鐵門并設警示牌，罐區附近存儲有防化物品，如沙坑，堿液罐等。濃硫酸具有吸水性，要防止空氣中的水分進入到儲罐內，因此罐頂排氣口應設干燥器，且放空管口（線）可能因硫酸鐵積聚而造成堵塞管道，由此運行中應定期檢查，確保運行安全。

為確保罐區的安全運行，詳細設計階段應全面而綜合的考慮。作為設計人，一方面必須深刻認識罐區安全和設計的重要性；另一方面，伴隨新技術的進步，需要不斷學習和改進，針對罐區的預防保護措施更加全面的考慮和設計，設計出更加優秀的作品。

［1］陳朝華，劉長河.編著.鈦白粉生產及應用技術［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［2］張益都.編著.硫酸法鈦白粉生產技術創新［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［3］http：／／www.chinairn.com／news／20150126／141351564.shtml.

［4］GB 50160.石油化工企業設計防火規范［M］.北京：中國計劃出版社，2008.

［5］左景伊，等.腐蝕數據與選材手冊［M］.北京：化學工業出版社，2008.

Discussion on tank yard in tianium dioxide production by sulfuric acid process project

Deng Yun-chuan
（CNOOCShandong Chemical Engineering Co.，Ltd.，Jinan 250101 China）

The article introduces some problems which encountered in the design of tank in the project，which 75kt／a titanium dioxide production by sulfuric acid process and transformation upgrade relocation，and summarizes the common problems in the arrangement of sulfuric acid tank，and put forward some of security measures in design and operation.

Titanium dioxide；Sulfuric acid；Tank yard design

TQ072

B

1003-6490（2015）04-0059-04

2015－07－24

鄧云川（1986－），男，四川雷波人，畢業于中國石油大學（北京）化學工藝專業，獲工學碩士學位，助理工程師，從事化工設計。郵箱：dengych2＠cnooc.con.cn