錐形底磷酸儲槽設計

畢金堂

（云南云天化紅磷化工股份有限公司 技術中心，云南 開遠 661699）

0 背景

云南云天化紅磷化工股份有限公司濕法磷酸生產中，磷酸沉降共有4 個稀磷酸儲槽和5 個濃磷酸儲槽，稀磷酸儲槽分為2個罐區，總容積約7 700 m3，濃磷酸儲槽分為3 個罐區，總容積約9 900 m3。磷酸儲槽容積較小，導致磷酸沉降時間不足，酸中的雜質得不到充分沉降分離，MER值（m（倍半氧化物）/m（五氧化二磷））高，影響后續產品質量。為提高成品磷酸品質，確保后續產品質量，新建2個容積約3 400 m3的磷酸儲槽。

1 磷酸儲槽結構特點

依據云南省化工研究院設計施工圖，主體設備是2臺磷酸儲槽，槽體高16.22 m，直徑18.2 m，容積3 400 m3；磷酸儲槽整體采用碳鋼制作，底板設計為雙層結構，鋼板厚度為16 mm，下層鋼板水平鋪設安裝，上層板中間低、四周高，成1.73°錐形鋪設安裝；上、下層底板間設計有4條厚16 mm、長6 650 mm的支撐隔板，板間夾角為90°，支撐隔板點焊在下層底板上，與上層底板無焊接點，支撐隔板間每隔22.5°設置一個灌漿設施（共設置8 個），夾層縫隙間用C30細石混泥土灌漿填充支撐。酸槽內部整體襯4 mm厚預硫化丁基橡膠，底板襯230 mm×113 mm×65 mm 碳磚，筒體下部2 m 以下部分襯230 mm×113 mm×65 mm 碳磚，其余筒體襯230 mm ×113 mm×20 mm碳板。

2 設計方案中存在的問題及解決措施

2.1 存在問題

原設計施工圖中，磷酸儲槽底部筒體側面設置有8 個錐斗，通過φ219 mm×8 mm 管道與底板夾層連通，將細石混泥土用泵送入錐斗，靠灌漿料自然流動來填充夾層；上下層底板間設置的4條支撐隔板，僅點焊在下層底板上，與上層板無焊接點。

這種結構雖然底板安裝省事快捷，但存在2個問題：一是灌漿料的配比難以掌握，水含量少時灌漿料流動性差，容易產生氣阻形成空隙，水含量多時雖然流動好，但水分蒸發、灌漿料收縮后會形成較大的空隙，不能很好地起到支撐、加固作用，設備使用過程中容易產生變形，影響使用壽命，在灌漿的過程中容易發生變形，影響設備安裝質量、使用安全；二是上下層底板除內圈和外圈外，沒有設計連接點，在灌漿料的作用下，底板容易產生不規則變形。

2.2 灌漿解決措施

經與灌漿專業技術人員研究、并與云南省化工研究院溝通達成共識后，變更灌漿方案，對灌漿設施進行了優化。具體措施：在上層底板上開8 個φ25 mm的孔，焊接8根長300 mm的φ25 mm×3 mm管道，管頂安裝帶牙球閥，選擇其中一個低點作為灌漿點，用膠管與灌漿機連接，其余7個作為排氣孔，用來排除底板夾層內的空氣；用m（水泥）/m（砂漿）為1的水泥砂漿灌漿，以保證底板夾層填充密實。

3 施工中出現的問題及解決措施

3.1 存在問題

按變更后的方案組織施工，在2#磷酸儲槽進行灌漿后，對設備進行了認真檢查，剛開始未發現異常現象。隨著灌漿的進行，發現靠近環形邊緣板部位產生不規則凸起，中心錐形安裝口及地梁也有不同程度往上翹起。出現該問題后，施工技術負責人和專業人員到現場查看，了解情況并分析后認為，上層底板與下層底板除兩端焊接連接外中間沒有連接點，由于半徑大（9.1 m）、剛度不足，在砂漿的作用力下產生變形凸起。

因設備已成形并進行灌漿，沒有更好的辦法進行優化處理。為了保證夾層填充層灌滿砂漿，滿足設備正常使用要求，決定繼續灌漿，一直灌到各個排氣點溢出砂漿（即夾層灌滿砂漿為止）。在后續灌漿過程，還在不斷產生變形，灌漿結束后經檢查、測量，環形邊緣板變化不大，從環形邊緣板往內均有不同程度變形上凸，其中半徑6.0 ～7.3 m部位、底部中心錐形安裝口及地梁變形較大，最大點達10 mm，出現了外側環形邊緣板部位低、半徑6.0 ～7.3 m部位高、半徑6.0 m以內部位低的不規則形狀。

3.2 問題處理

針對施工中存在的問題，一是現場安排專人觀察變形情況，隨時掌握灌漿和設備變形情況，以防止變形失控；二是2#酸槽灌漿完成后，拆除灌漿臨時接管并對開孔進行補焊，在條基與地梁間變形位置加鋼板墊實；三是按施工圖完成內襯防腐后，在半徑6.6 ～9.1 m處，采用碳磚、漿泥從外往內砌筑找坡恢復錐形底板；四是對1#酸槽底板結構進行優化，每隔約2.5 m 割開200 mm × 150 mm 的口（共30 個），用厚16 mm 的鋼板將上下層底板焊接后，焊接割開部位鋼板使其恢復原狀，安裝完成后按預定方案灌漿。1#酸槽灌漿中在與2#酸槽同樣的部位產生變形，但變形得到有效控制，最大點僅4 mm左右，最后在半徑7.6 ～9.1 m處，采用碳磚、漿泥砌筑找坡處理。施工完成保養期間過后，酸槽按計劃進酸投用，至今運行6個月，設備未發現異常情況。

4 改進建議

大型磷酸儲槽底板采用錐形上下雙層鋼板結構時，根據設備半徑的大小，上下層底板間每隔1.0 m左右（最大不超過1.5 m）設置一塊支撐板。支撐板參數根據設備尺寸定，板厚考慮與底板相同，在做排板圖時一并考慮設置點。在鋪設底板時方便施工的位置同步安裝焊接，不方便安裝的點待底板全部鋪設完畢后，對照排板圖找到點，采用開口塞焊方式安裝連接件，夾層用灌漿機灌注m（水泥）/m（砂漿）為1的水泥砂漿填充支撐。也可考慮取消水泥砂漿灌漿填充，直接用鋼板支撐，增加縱向支撐隔板數量，數量根據設備尺寸定，每隔1 m左右再設置一道環向支撐環板，隔板和環板與上下層底板采用花焊焊接。

5 結語

錐形底磷酸儲槽有利于清理沉積物、降低清理費用、提高設備運轉率、降低運行費用。其中設備結構尤為重要，設計時須認真考慮。若結構設計不合理，施工過程容易出現問題，處理起來難度大，既影響工期又額外增加項目投資費用。因此，對于結構設計不理想的錐形底磷酸儲槽，應合理進行優化加固，確保設備使用安全。酸槽經過加固處理后，未出現泄漏問題，保證了原有的使用功能，投用半年來運行良好。