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1、盐酸贮罐损坏原因分析波.预防猎施洲 崎洲洲洲曰洲、洲洲一另从) :洲.狡狡狡.袱“风.杖_气_材.,乳洲杯、牙谊、杯丫杯牙杯妙洲牙润中国人 民解放军第97 15工厂技术处朱明隆盐酸 贮罐 是合成盐酸 工段的主要设备之一,由于盐酸具有极 强的腐蚀性,现 在多 数氯碱厂都采 用耐腐蚀性能良好的玻璃钢贮 罐。玻璃 钢材质脆,抗拉和抗 压性 能差,因此 设备不耐压。另外.合成盐 酸的 原料 城 气是极强 的氧化剂,氢气是还 原 剂,氢气又能与氧气混合形成爆炸性混合气体。因此 在合成盐 酸装段的设计、安 装和操 作中都要 考虑以上特点,否则会给盐酸贮罐的安 全使 用带来隐患。我厂合成 盐 酸 工 段 的
2、 两 个玻璃 钢贮罐先 后于1 9 94年4月和6月两 次发 生损坏。本文旨在分 析损 坏原因.以利采取 相应 的 防患措施,杜绝类 似事故的再度 发生。1贮罐损坏情况我厂盐 酸 贮罐的工艺配管如图1所示。装置中设有南 北 两罐,自膜式吸收塔a、b来的盐酸交替地 进入此两罐,罐中的 气体进入膜式吸收 器 用水 循环吸收后由水 流 泵抽 除。成品酸用 陶瓷泵送至用户。据J解,6月份北罐 损坏 前 合 成酸进南罐,北罐给 用户送酸,送 完酸 停泵 后几分 钟发现 损坏。罐体中部横向断裂,断 裂的顶部 脱落成 碎块,碎块中除一 大 块和 一 小片落在 离罐基础约3米的水坑中外,其余碎块 和人孔均落在
3、罐内底部,人孔 盖上部引 出的两 根 塑 料管,至人孔 盖根部姗掉,管子完好 无损。罐体两端的封头 除北端上 部局部撕裂 外,其余完好。4月份南罐的损坏情况与北罐大体相 似,也 是在送 酸 后发生的,只是损坏要 轻微些,尚可修复。2损坏原因分析由于盐酸 生产和玻璃钢具有前述特点,图l盐酸贮镶配管图l盐酸贮罐2盐酸泵3膜式吸收器4水流泵因此盐酸贮罐发生 损坏有以下两种类塑:一类是爆炸型,二类 是抽 瘪型。爆炸型又可分为因发生 化学反应 而引 起的 化学爆炸和 因罐内压力过高发生的物理爆炸。在作 事故 原因分析 时 认 为 发生 物理爆炸 的 可能 可以排除,但在区别是化学爆炸还 是抽 瘪型时 较
4、难分 辨。通过分析对比.笔 者认为这 两种类 型必 然 表现出以下特征:(1 )前类爆炸发 生快,放出 能量 大,爆 炸声较大 而 尖 厉;后类 损坏发 生 缓和,发出 的声音低而 沉闷。(2 )罐体的受压 状态,前类属 内压形、炸裂的碎片较小并 且是往罐外飞,有 的碎片可飞落得 相 当远。罐体裂 J的边沿往外翻边;后类属外压形,罐壁 在外的作用下相互挤压,在 产生破坏的一瞬 间.除少 数碎片可弹出罐外之外。多数 碎片将 被吸落入罐内,裂口边沿往罐内翻边。(3 )根据容器 的受 力 分析.前类 在内压的作 用 下 会产 生23边缘应力,此应力产 生 在简体 与封 头、接管等的 相 贯部 位,因
5、此化学爆炸 炸 坏 的首先 应 是边缘应力集中的接管、封头的相贯部位,而对于 没有边缘应 力集中 的 平 滑筒体则 损坏次之;后类罐体 在承受 外 压时,是将压力传递给四周 的罐 壁 和封头,罐壁和封头的支撑作用随离支撑 点 的几何 长度的增 长而 减弱.因 此筒体的 中部 是薄 弱 环 节,但 其底部尚有酸的重 力、鞍 座和罐壁 的 自重可抵消一 部分外压,因此 罐 中 的顶部 是最薄弱的 部位.破坏 将 首先 发生 在此 部位。镇江化工)一梁 惠 明同志在盐酸贮槽爆炸原闪 和预 防措 施 (以下 简称, 仁文”)一文中 对 化学爆炸 作 了详细的剖析(见氯碱 工业19 92年 第10期)此
6、爆炸 就明显地 表现 出 化学爆炸 的特 征.而我厂贮罐的两次损 坏又明显地具有抽 瘪的特征。因此认为我厂发生的损 坏属抽瘪型。再 分 析 发生事故 的条件,在“上文”中介绍发生爆炸 的原 因是氢气 与空气 混合形 成爆炸性气体.遇 挣 电火花而 引起爆炸 我厂的盐酸罐 损坏前 合成酸 下进 此罐,并且是在 送 完酸 停 泵后儿分 钟发 生的.此 时罐 内 气、液 两 相均处在 宏观挣止状 态.因此产生静电火花的条件不具 备 再分析抽 瘪的可能性.计劝一罐体仁可能产 生多大的压勺一由图工可见.在操 作中若A、B、C阀全部关 闭.此时该罐是 一个完全封 闭的 容器(不计泄漏).当打开送酸管路上的
7、C、G、H阀,启动送酸泵给 用户送 酸 时,随着罐 内酸 量的 减少.液面逐渐1万降,此 时液面 上方气 相空 间的体积增人.外界不能 进入气体 来补充.罐内将 出现 负压.罐 内气 相压强由 柏努利方程可导出厂 式:P。一,、一Hog /夸。、 1:一。只乙hl式 中:Pa罐内液面卜方的气 相压强(Pa)P,一酸 泵叶轮入f一了处的压强(Pa)H一泵的交装高 度(n飞)g一贡力 勺日速 度角1、一)p一盐酸 在输 送温度 阳浓 度的密 度(kg/m、)u、一一酸 泵叶轮入口处的流速(m/ s)乙hf一酸 泵入口管路 系统的 全部 阻力(m)由上式可见,酸罐液 面 上方的气相 压 强等于泵 叶
8、轮入口处 的静压强、位 压头、速度 头和管路阻力 压头所 产生 的压强 之和。由离 心泵的性能可知,其流 量 随入口液面上方 的 压强 下降而 下降,当泵发生气蚀时 流量降至零。而 速度 头和管 路阻力压头 都与流速 的二次方成正比.因此流量 为零,则此两项也 为零。酸泵的安 装高度在罐体直径 的肠处,在本讨论中可取 为零,所以在 泵产生气蚀 时,罐内液 面上方的气相压强就等于泵叶轮入口处的压强p、。泵产生 气蚀时p:的最 低临 界压强 为盐酸在 该温度和浓 度下 的饱和蒸汽压p、。由以上讨论 可见盐酸 贮罐内液面 上方 的最低 压强 可接近于其饱和蒸汽压。若当地 的大气压为p,则罐内外的最
9、大压 差 为:乙Pm。,忿P一 Pa一P一PI一P一P、 :绪式 中:乙叭、一罐 内外的最大压星(P a)p当地的 大气压(pa)p一盐 酸 液面上方一的 饱和蒸汽压(pa)当地 的 大气压P一1丫1汀 Pa盐酸的饱和蒸汽压随其 温度和浓 度而改变我厂成品盐酸 的浓 度 为31%.温度25OC,在此 条 件 下酸面上方水和械化 氢的 蒸汽分压分 别是:p。,=92 4(Pa),p。 ;。;=31 6 5(Pa)罐内的 饱和蒸汽压为此两组分分压之和:p、一p比。)上p日(1一4089 (Pa)约 冬以 仁数值代入玄式得:乙p、一 !I中一4门89一9.不9、l)理(Pa)由压力容 器 设计 可知
10、,气体 作 用 在 任意曲面卜的压力.等于作 用在 该 曲面上的压 强与i亥曲面沿压力方向所得投彩面积 的乘积。贮罐的几何尺寸为I)92 60。、53 0 0.计算得投影 面积S为1 : 3.f)sm艺因此罐内外产生的最大压力差 为:厂_F,;一5犷P,一l二59.弓9日, ,一1.2几、川吕(N)此压 力差相 当于127吨的重力。玻璃钢罐体承受如此大的压 力而损坏是可能的。通过以上分析可见,无论是从罐体的损坏情况或是 发生损坏的压 力 条件,都可推断我厂盐酸贮罐的损坏属抽瘪型。必须指出.此压 力是盐酸罐在上述条件下可能达到的最大极限压力,此 压 力随盐酸的浓度 和温 度的升高而 下降。另外,
11、如贮罐上方 的气相空间含有除水蒸气和氧化氢以外的其他气体时,由于这些 气 体分压的 作用,此压力也相应 减 小。再一方面是 一 次送 酸的多少,当酸 面上 方空间有 其 它气体存在 时,一次送酸越多,其上方空 间越 人,气体就 越 稀薄.则此压力会相应升高,压瘪 的危险性增 加。所以并不 是每次送酸 都会 发 生损坏,只有 达 到损坏的 条件时才可 能发 生。这就是过 去送 酸没有发 生损坏的原因。3预防措施综 合以上分 析,防患措施 是 在罐内既 不要 形 成爆炸性混合气体,又不 要产生 过 高 的负压。各厂要 根据本厂的具体情 况采 取相应的措 施。由于我厂a、b两膜式吸收塔酸出口管法兰距
12、楼板的高 度只有0.sm,U型液 封 高 度不够.造成未被吸 收 的HC I气体和其 它气体冲破 液封 走短路 进入酸贮罐、不 仅 给 化学爆炸带来了隐 患,还造成 因HC I气体吸 收不 完全而损失,既损失了酸,又污 染 了环境。为 了回收这部分HC I气体,又在装置中增加 了膜式 吸收 器、循环 泵、吸 收 液槽等设备.因此增加 了设备投资和 运转费用。根据我厂 的具体情况,建议采用 图2所示的改进方案。由于合成盐酸装置吸收 系统原设计采用三级吸收,一、二级为降膜吸收,三级为填料、声 下下下下下下b b b b b b b b b b b b b b b图2工艺改进方案图l盐酸叭罐2盐酸泵
13、凡液封分离器落水封罐。、b可莫式吸 收塔吸收,因此比较完善。只是 因U型液 封高 度不够而 造 成未 被吸收的气体 走 短路,使后 两级 的作用未得到 充分的发挥。只要工艺配置合理,避免气体走短路,充分地 利用各级 的 吸收 作用,则可割掉后 加的吸 收 系统。图中的 液封分离器就 是 借 鉴J “上文”的 整 改措施.不过 液封 的高 度必须 使其所 产生 的压差大于 后两级吸收 系 统 的总压差,以迫 使 未被 吸收 的气体不再 走 短路。图中配置了气相 平衡管,用以平衡 系统压力,当其 中 一罐进酸 或送 酸 时可利用 另一 个罐的压力来平衡,不 会 产 生过高的负压;当只进酸,不送酸 时,系统压 力 升高.可至水封泄压。这 样改进后在 盐酸 贮罐内既不 会形 成爆炸性混合气体,又不 会产生过高 的 负压,既砍掉了 后加的吸收 系统,又充分发挥 了原装置的潜 力,缩 短了流 程,节 省 了费用,根除 了隐患。参考文献l梁 惠明.盐酸 贮梢爆 炸原 因和 预 防措施.氯 碱工业,199 2,(10)2氯气、烧碱和 上要 抓产品生产手册.赵风桐、赵荣朽译3化工 设备机械基础编写组编.化工设备机械基础,第几册4天津大学化工原理教研室编.化工原理,L册
