发烟酸硫酸储罐液封的设计计算

陈 芳

(中国恩菲工程技术有限公司 化工环保事业部， 北京 100038)

发烟酸硫酸储罐液封的设计计算

陈 芳

(中国恩菲工程技术有限公司 化工环保事业部， 北京 100038)

发烟酸硫酸储罐液封是与发烟酸储罐配套使用的重要装置，它既可保证发烟酸中的SO3不外泄造成空气污染，又可防止空气中的水气进入储罐影响发烟酸的品质。本文对发烟酸储罐所用液封设计计算进行探讨。

储罐； 液封结构； 液封高度

0 引言

为保证储罐的正常工作，工程中使用的93%H2SO4、98%H2SO4硫酸储罐罐顶均设有排气口，排气口通常采用弯管直接与大气连通的形式，只有在常年空气湿度较大的地区为防止大量水进入储罐，影响硫酸浓度，才会在出口处安装呼吸阀。但对于发烟酸储罐上述结构却无法满足要求，由于发烟酸中过剩的SO3随时都会溢出，因此如排气口直接与大气连通或仅安装呼吸阀，都会使SO3外泄造成空气污染。为了防止此种情况发生，我们在发烟酸硫酸储罐排气口处设置了液封罐。

1 液封的作用

(1) 为了防止污染，将液封气体出口接至制酸系统干燥塔，利用干燥塔的负压，使从储酸罐中不断溢出的SO3顺利被吸收。液封能保证当储酸罐缓慢进酸的时候，气体出口的负压不会直接传至储罐，造成发烟酸的游离SO3大量逃逸，降低发烟酸的浓度，而当酸罐内压力到一定程度时能及时排气；

(2) 当储酸罐开始放酸时，液封能保证即使空气进入酸罐内，避免酸罐因负压产生变形，且空气进入时经过液封内硫酸的脱湿，避免水气造成酸罐腐蚀。

2 设计计算

2.1 结构

在硫磺制酸工艺中，发烟酸储罐设计的液封的结构如图1所示。a口为进气口与储酸罐上的排气口相连，b、c、d、e口分别为气体出口、空气进口、进酸口和溢流口，f、g口为排液口，g口常开，f口常闭。图中件2下部开有连通孔。

图1 液封结构图

图2 酸罐进酸及平衡时状态

图3 酸罐排酸时状态

2.2 液体的选择

由于储罐中外溢的气体主要为SO3，且用于硫酸系统中，同时要求有脱湿作用，因此，为保证液封系统结构简单，液封液可循环使用，选用98%H2SO4硫酸作为液封液体最为理想。

2.3 工作原理

(1) 储酸罐进酸时，先将b口的阀门关闭，d口阀门打开，开始进酸，当液封中液位达到图中件3的顶面标高时，将b口的阀门打开，此时件2内部气体空间为正压，件1与件2之间气体空间为负压(b口为负压接口)，件2内的酸通过连通口进入件1与件2之间，同时b口持续进酸，当储酸罐停止进酸时，件2内外酸液达到如图2所示的平衡状态，多余的酸液由溢流口e排出。

(2) 储酸罐出酸时，先将b、d口的阀门关闭，此时由于储酸罐液位下降，件2内部气体空间压力下降，由正压逐渐变为负压，件2外部液体进入件2内部，液面下降，进入内部的液体当高度超过件3高度时就会由f口排出。当件2外部液面降至低于件4所需液封高度时，空气即从c口进入，件2外部的压力上升，此压力变化与件2内部的压力变化叠加作用导致件2内外压差改变，使外筒的液面进一步下降，液位降低又会使空气进入…，由于件2外部始终是负压，上述过程一再重复，直到件2内外压力相等为止，从而达到平衡，此平衡压力由件3的高度决定。如果件2内部压力进一步降低，则件2外部液面将降至连通口以下，空气即进入件2内部，使储酸罐气体空间压力上升，负压值小于允许负压，从而保证罐体不被抽瘪。

2.4 计算

(1)溢流口下沿高度H1

溢流口高度值应保证储酸罐在装酸量达到有效容积时，件2内外酸柱可达到平衡状态。

H1=h+ΔP1/ρg=(p1-p2)/ρg

式中p1—储酸罐总蒸汽压Pa，查表得在40 ℃时，104.5%发烟硫酸为156 Pa；p2—件2外部气体空间气压Pa，由b口压力决定，此计算中取-3 000 Pa；ρ—40 ℃时，104.5%发烟硫酸密度kg/m3，查表得1 869.8 kg/m3；h—连通口顶面高度，mm。

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

(2)空气进气管下沿距液封底面距离H2

H2=h+172-ΔP2/ρg=(P3-P2)/ρg

式中p3—大气压Pa，表压为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

为了储酸罐在放酸时上部气体空间负压不大于设计允许负压，H3的大小要考虑当件2中负压接近规定值时，件2外部液位要降低至连通口上沿以下。

JB50341《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》3.0.1中规定，固定顶储罐“负压不应小于0.49 kPa”，因此在计算H3时考虑在件2内部负压达到-400 Pa时，件2外部液位要降低至连通口上沿以下。

由(2)的计算可以看出，当件2外部液位降至(h+8.28)mm时，c口露出液面，此时件2外部气体空间压力等于大气压为0 Pa。

H3=h+ΔP3/ρg=(P3-P4)/ρg

式中P4—最大允许负压Pa，取-400 Pa。

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

3 结语

对于发烟酸储罐，液封的使用，完全克服了呼吸阀无法完全阻止SO3溢出及水气进入，导致环境污染、设备腐蚀的缺点，在生产实际中使用效果良好。

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

陈 芳(1962-)，女，北京市人，高级工程师，大学本科，主要从事化工设备设计工作。

TQ111

B

1003-8884(2015)06-0017-02