廢舊濃硫酸罐拆除實踐

張衛紅

（貴州磷化集團貴陽開磷化肥有限公司，貴州貴陽551109）

貴州磷化集團貴陽開磷化肥有限公司4個濃硫酸罐作為40 kt/a和60 kt/a硫鐵礦制酸的儲酸罐于1992年6月建成投用，4個罐體尺寸參數分別為直徑 9 m、高 9 m，罐壁厚 12 mm。2002年后該公司200，600，800 kt/a 硫磺制酸投用后，建造了 10 kt濃硫酸儲罐共6個。2013年，早期建設的4個硫酸罐由于罐體銹蝕嚴重，其附屬的樓梯平臺已無法保證人員在巡檢維護過程的安全需求，需停用，并申請報廢，研究拆除方案。由于罐內氫氣濃度和一氧化碳氣體含量較高，還有少量硫化氫氣體，罐體底部只設置了一個φ150 mm的排酸閥，已被酸泥堵塞，罐底壁無人孔，無法對罐內酸泥進行清理和用堿中和，也無法對底部空氣進行置換，尤其是2019年2#儲罐罐壁開裂，威脅到周邊設施及人員活動的安全，必須盡快拆除。2019年8月技術人員制定了方案，采用冷熱切割相結合的辦法，4個濃硫酸罐順利進行了拆除。

1 濃硫酸罐拆除過程中存在的危害性

1）濃硫酸罐無法進行通風置換和清洗。4個濃硫酸罐在設計時可能為了減少漏點，在罐底部只設置了一個φ150 mm的排酸閥，未設排污管道和排污閥，罐底壁也未安裝清理人孔，現排酸管已被酸泥堵塞（酸泥高600～700 mm），罐底部無法開孔進行通風置換罐內氣體，當采用動火作業時，有爆炸風險。

2）濃硫酸罐罐體腐蝕有倒塌風險。4個濃硫酸罐從2013年4月開始停用，由于硫酸有吸水性，停用后酸無法進行循環使用和置換，罐內有少量硫酸無法排出，硫酸會吸收空氣中的水分，酸泥中沉積的濃酸濃度逐步降低變成稀硫酸，由于稀硫酸可與多數金屬（比銅活潑的金屬）和絕大多數金屬氧化物反應，生成相應的硫酸鹽、水、氫氣，加快了硫酸罐的腐蝕，罐壁局部腐蝕嚴重，尤其是2019年2#硫酸罐距底部700 mm高的位置罐壁開始變薄和開裂，部分已開始穿孔，威脅到周邊設施及人員活動的安全，有倒塌的風險，必須盡快進行拆除，在拆除過程中存在施工風險。

3）罐內氫氣含量高。稀硫酸可與一些金屬在一定條件下反應，生成相應的硫酸鹽和氫氣，罐底空氣無法進行通風置換，氫氣含量高。氫氣在空氣中點燃可能發生爆炸，理論計算，氫氣爆炸極限是4.0%～75.6%（體積分數），遇火源就會爆炸，而當氫氣體積分數小于4.0%或大于75.6%時，即使遇到火源，也不會爆炸，燃點為580 ℃，氣體密度（壓力為 101.325 kPa,溫度 0 ℃狀態下）為 0.089 9 g/L。拆除前操作人員在頂蓋人孔處進行了3 d監測，氫氣體積分數分別為4.5%，4.9%，4.8%，在爆炸極限內，因此，在拆除時不能有火星出現。

4）一氧化碳氣體含量高易發生中毒。GB/T 2449—2006《工業硫磺》中規定工業硫磺優等品有機物質量分數小于或等于0.03%，但進口的工業硫磺有時有機物質量分數在0.06%以上，在溶硫過程中無法去除，硫酸生產中與硫磺一起在焚硫爐內燃燒，在氧氣不充足時會產生一氧化碳，被硫酸洗滌進入濃硫酸產品中，拆除前對一氧化碳進行監測，體積分數分別為0.018 5%、0.016%、0.019 2%，罐底一氧化碳濃度可能還會更高但無法進行監測，人接觸一氧化碳的限值φ（CO）為0.005%，當φ（CO）超過0.02%時在2～3 h內有輕微頭暈、頭痛、惡心等，人不能直接進入罐內，一氧化碳爆炸極限為12.5%～74.2%（體積分數），因此，據監測情況不會發生爆炸危險。

5）含有硫化氫氣體易使人中毒。硫化氫是一種易燃的酸性氣體，無色，低濃度時有臭雞蛋氣味，濃度極低時有硫磺味，有劇毒，相對密度為（空氣密度為1）1.19，燃點為292 ℃。工作場所空氣中硫化氫最高容許體積分數約為0.000 66%，在4個罐頂作監測時，發現硫化氫氣體體積分數分別為0.000 72%，0.000 75%，0.000 69%，如果強制進入罐內有中毒危險，動火作業不會發生爆炸。

6）二氧化硫氣體有刺激性。二氧化硫氣體有刺激性，使人窒息，二氧化硫體積分數達0.002%時，引起咳嗽并刺激眼睛。二氧化硫體積分數達到0.04%時可使人產生呼吸困難，監測時二氧化硫體積分數為0.004 5%，人進去作業時也會呼吸困難，長期接觸也有中毒危險。

綜上分析，濃硫酸罐拆除過程主要危害是有氫氣爆炸危險、中毒危險和坍塌危險。

2 濃硫酸罐拆除

4個罐子周圍有職工操作室，還有其他10 kt的硫酸罐、輸送泵等設備，在拆除時不能發生爆炸，引起人身傷亡和設備損壞，因有中毒氣體，儲罐又無法進行置換，對濃硫酸罐的拆除關鍵是要通風置換罐內的氣體和清理罐內的酸泥，如何打開第一個通風孔是關鍵，必須采用最佳拆除方案，才能進行施工，通過分析可以采用水切割和冷熱切割相結合的方法進行拆除，拆除前對2種方案進行比較。

1）水切割。水切割又稱水刀，即高壓水射流切割技術，是一種利用高壓水流切割的機器。在電腦的控制下能任意雕琢工件，而且受材料質地影響小。因為其成本低，易操作，良品率又高，水切割正逐漸成為工業切割技術方面的主流切割方式。水切割以加砂情況分有無砂切割和加砂切割；以設備分有大型水切割機、小型水切割機、三維水切割機、動態水切割機；以壓力分有100 MPa以上的高壓型和100 MPa以下為低壓型。水切割的特點是屬冷切割、不產生熱變形或熱效應；在一般環境中無污染、不產生有毒氣體及粉塵，可一次完成鉆孔、切割、成型工作。濃硫酸罐水切割存在的問題：4個濃硫酸罐底部只有1個φ150排酸閥，從上部人孔觀察，底部還有大量酸泥，部分地方明顯還看到有液體（硫酸），無法放出來，一旦采用水割，水割過程中的水進入罐內，罐內的酸被稀釋，放出熱量，冒出大量水汽，同時變成稀酸。由于有酸泥，稀酸質量較差，下一工序無法使用，須采用堿中和，浪費成本；用堿中和后的污水還需處理，中和后的渣需要運到專用渣場進行堆存，以防環境污染。目前國內水切割酸罐的廠家較少，每個罐須對開1 500 mm×2 000 mm清理人孔，4個罐需要26萬元左右，清理成本較高。

2）冷、熱切割相結合。采用冷切割過程不產生高溫的技術手段或方法，使被切割物保持原有材料特性，切割過程溫度沒有劇烈的升溫變化，通常溫升不超過40 ℃，切割過程采用冷卻液進行降溫達到冷切割的效果。

根據兩種方式對比，此次拆除選用冷、熱切割相結合的方式較合適，可避免動火作業發生爆炸及中毒危險，拆除過程如下：

用磁力鉆（磁座鉆）在罐底酸泥上部先畫一個φ300 mm的圓圈，通過磁力鉆（鉆頭φ20 mm）在圓圈上連著鉆孔，磁力鉆可調速，在鉆的過程中不斷用水降溫，用紅外線測溫槍測溫升不超40 ℃，當孔鉆完后就形成一個φ300 mm的孔，通過圓孔向罐內通風。

打開硫酸罐頂人孔蓋，安裝軸流抽風機抽槽內的氫氣及一氧化碳氣體，檢測設備內部氣體成分，置換空氣48 h后，在φ300 mm孔處對罐內氣體進行檢測，氫氣體積分數為0.003%，其他所有指標都合格，用氧氣切割清理人孔，人孔為高2 m，寬1.6 m，并在罐子對邊開一個同樣大小的人孔進行通風。

清理罐內的酸泥送到磷酸生產系統進入萃取槽生產，若有重過磷酸鈣生產系統或普通過磷酸鈣生產系統的單位可將酸泥進行搭配使用，使酸泥中的酸再次與重鈣磷酸鈣中未反應完的磷進行反應。

酸泥清理完成后，采用氧氣切割的方式，拆除工作執行以 “先高后低，先地上后地下，先小后大，先管道后設備，先附件后主機”的拆除原則，對罐子進行拆除。對罐子底壁有腐蝕的，在拆除前必須在罐體四周用槽鋼固定支撐加固。

3 結語

通過采用冷、熱切割相結合的方式，4個濃硫酸罐安全拆除。拆除過程中，未出現安全事故，未對周邊設備造成安全隱患，未造成環境污染。目前國家對環保和安全要求越來越嚴格，使用年限較長的設備需拆除，在拆除過程中要保證人身及設備安全，又不能污染環境，針對罐內有易燃易爆氣體又無法通風置換及需對罐內物質進行中和的設備，可采取冷熱切割相結合的方法進行拆除，此方法值得研究和借鑒。