锥形底磷酸储槽设计

毕金堂

（云南云天化红磷化工股份有限公司 技术中心，云南 开远 661699）

0 背景

云南云天化红磷化工股份有限公司湿法磷酸生产中，磷酸沉降共有4 个稀磷酸储槽和5 个浓磷酸储槽，稀磷酸储槽分为2个罐区，总容积约7 700 m3，浓磷酸储槽分为3 个罐区，总容积约9 900 m3。磷酸储槽容积较小，导致磷酸沉降时间不足，酸中的杂质得不到充分沉降分离，MER值（m（倍半氧化物）/m（五氧化二磷））高，影响后续产品质量。为提高成品磷酸品质，确保后续产品质量，新建2个容积约3 400 m3的磷酸储槽。

1 磷酸储槽结构特点

依据云南省化工研究院设计施工图，主体设备是2台磷酸储槽，槽体高16.22 m，直径18.2 m，容积3 400 m3；磷酸储槽整体采用碳钢制作，底板设计为双层结构，钢板厚度为16 mm，下层钢板水平铺设安装，上层板中间低、四周高，成1.73°锥形铺设安装；上、下层底板间设计有4条厚16 mm、长6 650 mm的支撑隔板，板间夹角为90°，支撑隔板点焊在下层底板上，与上层底板无焊接点，支撑隔板间每隔22.5°设置一个灌浆设施（共设置8 个），夹层缝隙间用C30细石混泥土灌浆填充支撑。酸槽内部整体衬4 mm厚预硫化丁基橡胶，底板衬230 mm×113 mm×65 mm 碳砖，筒体下部2 m 以下部分衬230 mm×113 mm×65 mm 碳砖，其余筒体衬230 mm ×113 mm×20 mm碳板。

2 设计方案中存在的问题及解决措施

2.1 存在问题

原设计施工图中，磷酸储槽底部筒体侧面设置有8 个锥斗，通过φ219 mm×8 mm 管道与底板夹层连通，将细石混泥土用泵送入锥斗，靠灌浆料自然流动来填充夹层；上下层底板间设置的4条支撑隔板，仅点焊在下层底板上，与上层板无焊接点。

这种结构虽然底板安装省事快捷，但存在2个问题：一是灌浆料的配比难以掌握，水含量少时灌浆料流动性差，容易产生气阻形成空隙，水含量多时虽然流动好，但水分蒸发、灌浆料收缩后会形成较大的空隙，不能很好地起到支撑、加固作用，设备使用过程中容易产生变形，影响使用寿命，在灌浆的过程中容易发生变形，影响设备安装质量、使用安全；二是上下层底板除内圈和外圈外，没有设计连接点，在灌浆料的作用下，底板容易产生不规则变形。

2.2 灌浆解决措施

经与灌浆专业技术人员研究、并与云南省化工研究院沟通达成共识后，变更灌浆方案，对灌浆设施进行了优化。具体措施：在上层底板上开8 个φ25 mm的孔，焊接8根长300 mm的φ25 mm×3 mm管道，管顶安装带牙球阀，选择其中一个低点作为灌浆点，用胶管与灌浆机连接，其余7个作为排气孔，用来排除底板夹层内的空气；用m（水泥）/m（砂浆）为1的水泥砂浆灌浆，以保证底板夹层填充密实。

3 施工中出现的问题及解决措施

3.1 存在问题

按变更后的方案组织施工，在2#磷酸储槽进行灌浆后，对设备进行了认真检查，刚开始未发现异常现象。随着灌浆的进行，发现靠近环形边缘板部位产生不规则凸起，中心锥形安装口及地梁也有不同程度往上翘起。出现该问题后，施工技术负责人和专业人员到现场查看，了解情况并分析后认为，上层底板与下层底板除两端焊接连接外中间没有连接点，由于半径大（9.1 m）、刚度不足，在砂浆的作用力下产生变形凸起。

因设备已成形并进行灌浆，没有更好的办法进行优化处理。为了保证夹层填充层灌满砂浆，满足设备正常使用要求，决定继续灌浆，一直灌到各个排气点溢出砂浆（即夹层灌满砂浆为止）。在后续灌浆过程，还在不断产生变形，灌浆结束后经检查、测量，环形边缘板变化不大，从环形边缘板往内均有不同程度变形上凸，其中半径6.0 ～7.3 m部位、底部中心锥形安装口及地梁变形较大，最大点达10 mm，出现了外侧环形边缘板部位低、半径6.0 ～7.3 m部位高、半径6.0 m以内部位低的不规则形状。

3.2 问题处理

针对施工中存在的问题，一是现场安排专人观察变形情况，随时掌握灌浆和设备变形情况，以防止变形失控；二是2#酸槽灌浆完成后，拆除灌浆临时接管并对开孔进行补焊，在条基与地梁间变形位置加钢板垫实；三是按施工图完成内衬防腐后，在半径6.6 ～9.1 m处，采用碳砖、浆泥从外往内砌筑找坡恢复锥形底板；四是对1#酸槽底板结构进行优化，每隔约2.5 m 割开200 mm × 150 mm 的口（共30 个），用厚16 mm 的钢板将上下层底板焊接后，焊接割开部位钢板使其恢复原状，安装完成后按预定方案灌浆。1#酸槽灌浆中在与2#酸槽同样的部位产生变形，但变形得到有效控制，最大点仅4 mm左右，最后在半径7.6 ～9.1 m处，采用碳砖、浆泥砌筑找坡处理。施工完成保养期间过后，酸槽按计划进酸投用，至今运行6个月，设备未发现异常情况。

4 改进建议

大型磷酸储槽底板采用锥形上下双层钢板结构时，根据设备半径的大小，上下层底板间每隔1.0 m左右（最大不超过1.5 m）设置一块支撑板。支撑板参数根据设备尺寸定，板厚考虑与底板相同，在做排板图时一并考虑设置点。在铺设底板时方便施工的位置同步安装焊接，不方便安装的点待底板全部铺设完毕后，对照排板图找到点，采用开口塞焊方式安装连接件，夹层用灌浆机灌注m（水泥）/m（砂浆）为1的水泥砂浆填充支撑。也可考虑取消水泥砂浆灌浆填充，直接用钢板支撑，增加纵向支撑隔板数量，数量根据设备尺寸定，每隔1 m左右再设置一道环向支撑环板，隔板和环板与上下层底板采用花焊焊接。

5 结语

锥形底磷酸储槽有利于清理沉积物、降低清理费用、提高设备运转率、降低运行费用。其中设备结构尤为重要，设计时须认真考虑。若结构设计不合理，施工过程容易出现问题，处理起来难度大，既影响工期又额外增加项目投资费用。因此，对于结构设计不理想的锥形底磷酸储槽，应合理进行优化加固，确保设备使用安全。酸槽经过加固处理后，未出现泄漏问题，保证了原有的使用功能，投用半年来运行良好。