硫酸法钛白粉项目罐区设计探讨

邓云川

（中海油山东化学工程有限责任公司，济南 250101）

设计总结

硫酸法钛白粉项目罐区设计探讨

邓云川

（中海油山东化学工程有限责任公司，济南 250101）

介绍了某公司75 kt／a硫酸法钛白技术改造升级搬迁项目罐区设计中的一些问题。总结了硫酸罐区布置中的常见问题，并提出了设计和运行中的一些安全措施。

钛白粉；硫酸；罐区设计

1 概 述

钛白粉是目前白色颜料中性能最佳的，可谓是白色颜料之王，其与住宅、汽车产业密切相关，以产值计，仅居于合成氨和磷化工之后，为全球第三大无机化工产品，在涂料、塑料、造纸、油墨、橡胶、化纤、陶瓷等工业中得到广泛应用。

目前，工业化生产钛白粉主要有两种工艺方案［1，2］：如图1所示。①硫酸法：该法采用廉价的钛精矿或钛渣与硫酸为原料，经溶解、结晶、水解、洗涤、煅烧、后处理等工序得到钛白粉。硫酸法钛白粉工艺具有原料品位低、技术成熟、设备简单、防腐材料易解决、投资费用少的优点；主要面临污染物和副产物多、废酸难以回收、环保成本高、产品质量品位低、生产成本高的缺点。②氯化法：采用高品位钛原料，如高钛铁矿、天然金红石和人造高钛原料，加入焦炭和氯气为氯化原料，经氯化、纯化、氧化、后处理等工序得到产品。氯化法钛白粉工艺具有干法生产、流程短、工序少、能耗低、生产成本低、经济效益好等优点；缺点主要表现原料品位高、连续生产、技术难度大、操作需要复杂控制系统、生产装置弹性不大、设备要求高、腐蚀不易解决等方面。在经济上，硫酸法生产低档钛白粉具有经济优势，但是目前硫酸法还无法生产高档钛白粉产品。目前，两条工艺路线均有装置投产，不过在我国仍然以硫酸法为主。

图1钛白粉工艺流程

国家化工行业生产力促进中心钛白分中心对46家正常生产的生产商的统计结果显示［3］：2014年我国钛白粉总产量为2435014 t；其中，金红石型为1756 690 t，占72.14%，锐钛型为494 287 t，占20.30%；搪瓷等用非颜料级为125 189 t，占5.14%；纳米催化类为58848t，占2.42%。其中，锦州钛业、河南漯河兴茂钛业和云南新立3家采用氯化法生产，综合生产量为43 530吨，占全国总产量的1.78%，比上年提高了0.67个百分点，取得新进展。

本文以某公司75 kt／a硫酸法钛白技术改造升级搬迁项目的详细设计为基础，就罐区的设备布置、管道布置、支吊架设计和安全环保设计所遵循的原则及注意事项进行总结。

2 设备布置

罐区作为项目的重要装置之一，虽然工艺配置简单，却是存储、装运和装卸原料的重要场所，本项目主要包含不同浓度的H2SO4（质量浓度20%、60%、98%）、浓盐酸和45%NaOH碱液。本项目盐酸和碱液来自厂外槽车，硫酸来自厂区的上游硫磺制酸装置和废酸回收。

罐区主要包含3个3 000 m3的98%H2SO4罐、1个1 200 m3的60%H2SO4罐、200 m3的20%H2SO4罐、盐酸和碱液罐各1个、10台泵和相应辅助设施。罐区设备布置图见图2。由于该项目处于南方，不需要隔热和保冷，罐和泵均采用露天布置。不同介质的储罐间设置隔堤，发生跑、冒、滴、漏时，能有效阻挡物料四处流淌和污染环境。泵组采用成排布置，根据介质不同设计了简单的隔堤。

不同浓度的硫酸合并在一个隔堤内，隔堤高度参照防火堤设计，在硫酸罐发生泄露时，确保能够得到有效的处理。《石油化工企业设计防火规范》规定，防火堤内的有效容积不应小于罐区内1个最大储罐的容积［4］。项目中三个3000 m3硫酸储罐布置在86 m×32 m的隔堤内，根据一个最大储罐破裂时泄放的液体计算出隔堤的高度为1.0 m，在此基础上提高0.2 m，最终确定隔堤设计高度为1.2 m。另外，由于浓硫酸具有强烈的腐蚀性和氧化性，因此罐区地面应做防酸腐、防渗处理。

图2 罐区设备布置图

罐区附近设置喷溅报警、泄漏探测和洗眼器等紧急设备。洗眼器用于人体接触硫酸后的紧急处理。根据场地的实际情况，布置在人员易于达到的地方，同时需注意避免影响生产运行。硫酸罐区四周设置有地沟，罐区地面坡向地沟，在罐区的最低处设一个地坑，作为初期雨水、地坪冲洗水和发生泄漏事故时的收集池。在地坑附近布置污酸泵，若大量硫酸泄漏，通过污酸泵导入硫酸储罐暂时存储；若泄漏量较少，则在地坑内加入碱液中和处理，通过污酸泵将污水送入污水处理车间处理，避免发生环保事故。

3 管道布置

管道布置设计遵守有关设计规定、规范和规定，同时依据管道布置专业工程设计统一规定。管道布置过程中，确保管道系统具有必要的柔性，同时确保管口应力不超限。在保证管道柔性、管道设备之间接口位置的力和力矩前提下，尽可能做到管道最短，管件用量最少。

罐区内管道采取集中、架空布置，整体走向并列平行敷设，交叉少，节省管架材料，便于施工，罐区管道布置图见图3。来自硫磺制酸工段生产的98%H2SO4，经外管廊进入储罐，管道布置采取“步步高”的方式，避免管道形成积聚液体的“液袋”和“盲肠”。外管廊到60%H2SO4罐则采取“步步低”方式进行布置。装置内管廊穿过泵组上方与外管廊对接，方便操作检修和节约成本，整体美观协调。浓硫酸属于强腐蚀性、强氧化性和有毒介质，因此储罐的出口设置分别一个球阀和截止阀用于切断，便于检修，提高安全性。

图3 罐区管道布置图

98%硫酸进液时液位会有波动，进液管口开在储罐顶部，避开液位计管口。储罐顶部管口集中开口，以便于操作和检修。上罐管道集中布置，上到罐顶后再分开去往各个管口，储罐管口管道布置见图4。

4 支吊架设计

支吊架在管道敷设工程中是必不可少的，其不仅仅起着支撑管道的作用，即承受管道的垂直荷载，还需要承受来自各方的力和力矩。只有这样，管道和与之相连的设备的安全才能得到保证。

满足支撑管道荷载的同时，防止管系产生过量变形是设置管架必须综合考虑的两个基本问题。1.满足刚度要求：即控制管道扰度不超限，管架间距必须不超过管道基本跨距；2.满足柔性要求：尽可能利用管道自支撑作用，少设置或不设置管架；管架布置应保证安装、操作、维修的方便，同时管架的数量和形式应尽可能的结构简单、经济合理、安全可靠，既能减缓和抑制振动，又能抵御地震、风载等恶劣环境的影响。

图4 浓硫酸储罐管口管道布置图

由于储罐较大，为消除储罐基础沉降对管道柔性的破坏，在出液口切断阀后都设置了金属软管。储罐出液管支架具体做法：如图5所示，在设备基础上预埋钢板，焊接三角托架支撑出液口管道和阀门重量，在金属软管后就近设置第一个T型架，确保管道具有一定的柔性。

图5 浓硫酸储罐出液管支架示意图

5 安全和环保设计

罐区的安全设计尤为重要，是整个设计成功的决定性因素。储罐区的安全主要分为罐区安全和运行安全。

储罐安全。腐蚀是影响硫酸储罐安全、性能和使用寿命的首要因素。常温下，浓硫酸会在碳钢表面形成一层致密的钝化膜，钝化膜能阻止进一步的氧化腐蚀，因此采用碳钢材质存储浓硫酸需要留一定的腐蚀裕量。稀硫酸的存储，因稀硫酸对碳钢的腐蚀速度即使在较低的温度下也很大，因此需要采用更耐腐蚀的材质或耐腐蚀的非金属材质制造，如316L不锈钢或玻璃钢。因此，常温下的浓硫酸储罐通常选用碳钢，稀硫酸储罐选用玻璃钢等材质制造［5］。通过正确选材，合理设计，减轻腐蚀及危害，同时生产中加强管理，延长储罐使用年限，保证储罐的运行安全。

运行安全。装置运行过程中，通过减少人、酸接触实现人身保护的目的，泵及管接头是需要重点关注的位置。管接头或法兰处应安装保护装置，防止管接头断开、泄漏，造成酸液喷溅。硫酸储罐的材质采用碳钢制造，储罐本体须做防雷接地，罐区须按照规范要求安装避雷针。硫酸罐区安装铁门并设警示牌，罐区附近存储有防化物品，如沙坑，碱液罐等。浓硫酸具有吸水性，要防止空气中的水分进入到储罐内，因此罐顶排气口应设干燥器，且放空管口（线）可能因硫酸铁积聚而造成堵塞管道，由此运行中应定期检查，确保运行安全。

为确保罐区的安全运行，详细设计阶段应全面而综合的考虑。作为设计人，一方面必须深刻认识罐区安全和设计的重要性；另一方面，伴随新技术的进步，需要不断学习和改进，针对罐区的预防保护措施更加全面的考虑和设计，设计出更加优秀的作品。

［1］陈朝华，刘长河.编著.钛白粉生产及应用技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］张益都.编著.硫酸法钛白粉生产技术创新［M］.北京：化学工业出版社，2010.

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

［4］GB 50160.石油化工企业设计防火规范［M］.北京：中国计划出版社，2008.

［5］左景伊，等.腐蚀数据与选材手册［M］.北京：化学工业出版社，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

邓云川（1986－），男，四川雷波人，毕业于中国石油大学（北京）化学工艺专业，获工学硕士学位，助理工程师，从事化工设计。邮箱：dengych2＠cnooc.con.cn