硫酸儲罐區(qū)設計探討

涂 瑞，杜 龍，胥 永，王召啟

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330031）

據(jù)中國硫酸工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，截至2021年底，我國工業(yè)硫酸裝置總產(chǎn)能已達1.28 億t/a，其中硫黃制酸裝置總產(chǎn)能為5 611 萬t/a，冶煉制酸裝置總產(chǎn)能為4 609 萬t/a，硫鐵礦制酸裝置總產(chǎn)能為2 324萬t/a。硫酸是重要的基本化工原料之一，硫酸儲罐區(qū)是硫酸生產(chǎn)裝置的重要配套設施，因不同規(guī)范的要求不同，導致設計單位和執(zhí)法部門對儲罐的容積、間距及其配套設施存在若干爭議。筆者對硫酸儲罐區(qū)的設計進行了分析和探討，并對設計規(guī)范提出了修訂建議。

1 硫酸和發(fā)煙硫酸的性質

不同的規(guī)范中，硫酸和發(fā)煙硫酸的技術要求和性質歸類存在一定差異。GB/T 534—2014《工業(yè)硫酸》中對濃硫酸的技術要求為w(H2SO4)92.5%，98.0%，發(fā)煙硫酸的技術要求為游離SO3(w)20.0%，25.0%和65.0%[1]。根據(jù)《危險化學品目錄（2015 版）實施指南（試行）》的附件《危險化學品分類信息表》[2]，硫酸和發(fā)煙硫酸性質見表1。根據(jù)GB 12268—2012《危險貨物品名表》[3]，硫酸和發(fā)煙硫酸屬于第8類腐蝕性物質，其中硫酸的包裝類別為Ⅱ類，發(fā)煙硫酸的包裝類別為Ⅰ類。

表1 硫酸和發(fā)煙硫酸性質一覽表

2 火災危險性類別判定存在的問題

2.1 火災危險性分類參照規(guī)范

在硫酸儲罐區(qū)的工程設計中執(zhí)行或參考執(zhí)行的規(guī)范有GB 50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規(guī)范》[4]、GB 50630—2010《有色金屬工程設計防火規(guī)范》[5]、GB 50160—2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設計防火標準》[6]、GB 50880—2013《冶煉煙氣制酸工藝設計規(guī)范》[7]、GB 50565—2010《紡織工程設計防火規(guī)范》[8]。由于各規(guī)范的編制背景和應用行業(yè)不同，對硫酸生產(chǎn)和儲存裝置的火災危險性分類存在不同的定義，硫酸儲罐區(qū)工程設計過程中遇到的儲罐容積、間距等問題皆因此產(chǎn)生。

2.2 火災危險性類別的判定

在不同的規(guī)范中，發(fā)煙硫酸的火災危險性類別判定不存在爭議，均歸為乙類火災危險性類別物質。

硫酸的火災危險性類別在不同規(guī)范中的判定有所不同，存在較多爭議。GB 50565—2010 中將稀硫酸定為丁類，將濃硫酸定為乙類，而GB 50630—2010 則將硫酸定為丙類。需要強調的是，上述硫酸火災危險性類別的來源均為相應規(guī)范的條文說明，不屬于規(guī)范中的正文，亦不屬于規(guī)范中的強制性條文，條文說明不具備與規(guī)范正文同等的效力。

GB 50016—2014（2018年版）為火災危險性類別判定的依據(jù)來源，其對丙類火災危險性類別物質的特征描述為：閃點不小于60 ℃的液體、可燃固體。根據(jù)《危險化學品安全技術全書 通用卷（第三版）》[9]和表1，硫酸屬于不燃性物質，此外，硫酸無閃點，因此硫酸不屬于GB 50016—2014（2018年版）中的丙類物質。在GB 50630—2010發(fā)布之前，國內硫酸生產(chǎn)和儲存裝置的火災危險性類別基本都按照丁、戊類執(zhí)行，我國硫黃制酸行業(yè)配套的硫酸儲罐火災危險性類別亦按丁、戊類執(zhí)行。

2.3 儲罐區(qū)設計規(guī)范

GB 50880—2013 中籠統(tǒng)地要求硫酸儲罐區(qū)各種間距設置、儲罐容積及數(shù)量、儲罐排數(shù)、圍堰高度等必須符合GB 50630—2010、GB 50016—2014（2018年版）和GB 50160—2008（2018年版）中的有關規(guī)定，但上述3 項標準中，根據(jù)火災危險性類別的不同，對儲罐數(shù)量和間距要求是不同的。

在GB 50630—2010 的條文說明中，將“硫酸的生產(chǎn)、使用、存貯區(qū)域”的火災危險性分類定為丙類。按照此分類，GB 50016—2014（2018年版）對儲罐區(qū)總容積（不得超過25 000 m3）、儲罐成組布置時單罐最大容量（500 m3）、滅火系統(tǒng)（單罐容量大于1 000 m3的固定頂罐應設置固定式泡沫滅火系統(tǒng)）的要求顯然不適用于大中型硫酸裝置。筆者認為，GB 50016—2014（2018年版）中甲、乙、丙類液體儲罐設計規(guī)范主要適用于可燃液體儲罐，對因介質具有氧化性而將其歸類為乙類或丙類液體的儲罐設計適用性較差，如發(fā)煙硫酸（乙類）儲罐顯然也不能按GB 50016—2014（2018年版）要求設置固定式泡沫滅火系統(tǒng)。

根據(jù)GB 50880—2013 的要求，成品酸庫的儲酸量應根據(jù)運輸方式、運輸能力、銷售半徑等因素確定，儲存周期宜取15～30 天。我國冶煉煙氣制酸裝置的產(chǎn)能最大超過160 萬t/a，硫酸庫的儲存規(guī)模普遍超過8 萬t，如按丙類設計，則勢必出現(xiàn)儲罐數(shù)量多、占地面積大、造價高、管理復雜等問題，GB 50016—2014（2018年版）作為最基礎的防火規(guī)范，無法滿足硫酸工業(yè)裝置大型化發(fā)展的需求。

3 硫酸儲罐區(qū)設計要點

硫酸不屬于易燃易爆物質，主要危險性是其具有腐蝕性。對硫酸儲罐而言，儲存溫度為常溫時，會在碳鋼容器表面形成致密的鈍化膜，因此大中型硫酸儲罐均采用碳鋼材質，使用壽命均在20年以上，管道材質可以選擇鑄鐵管、厚壁鋼管或316 不銹鋼鋼管，均具有良好的耐腐蝕性。

盡管某企業(yè)在硫酸儲罐檢維修過程中出現(xiàn)了爆燃事故，但是事故本身屬于違規(guī)操作，將濃硫酸用水稀釋為稀硫酸，對碳鋼造成腐蝕生成了具有易燃性的氫氣，同時檢維修過程中也沒有執(zhí)行《工貿企業(yè)有限空間作業(yè)安全管理與監(jiān)督暫行規(guī)定》和《有限空間作業(yè)安全指導手冊》，即在有限空間內作業(yè)應執(zhí)行“先通風、再檢測、后作業(yè)”的安全要求。此類維護失誤、管理不力的違章操作具有較大的偶然性，筆者認為這不是將硫酸生產(chǎn)、使用和貯存場所的火災危險性類別劃分為丙類的充分依據(jù)。

從硫酸性質出發(fā)，筆者認為w(H2SO4)92.5%，98%硫酸儲罐的火災危險性類別也不宜參照GB 50630—2010 的條文說明劃分為丙類，宜按丁類、戊類火災危險性類別設計。硫酸儲罐區(qū)的容積不應參考GB 50016—2014（2018年版）設計，因為25 000 m3的庫區(qū)容積不能滿足硫酸裝置大型化的需求。

鑒于GB 50880—2013 提及可參照GB 50160—2008（2018年版），同時GB 50160—2008（2018年版）給出的較硫酸更為危險的可燃液體儲罐，允許庫區(qū)容積大于等于50 000 m3，因此硫酸儲罐區(qū)的容積可參考該規(guī)范設計。

以年產(chǎn)硫酸146 萬t，平均日產(chǎn)硫酸4 270 t 的某硫酸廠為例，其硫酸儲罐區(qū)設計見圖1。

圖1 典型硫酸儲罐區(qū)配置示意

該硫酸儲罐區(qū)設計如下：

1）設置10 個同規(guī)格的10 000 t 硫酸儲罐，規(guī)格為直徑D=20 m，罐高H=18.8 m，總容積55 000 m3，儲存周期約23 天，儲罐數(shù)量符合GB 50160—2008（2018年版）規(guī)定的“當含有單罐容積大于或等于1 000 m3且小于10 000 m3的儲罐時，儲罐的個數(shù)不應多于16 個”的要求，總容積符合GB 50160—2008（2018年版）規(guī)定的“固定頂罐組的總容積不應大于120 000 m3”的要求。

2）設置圍堰（采用不燃材料），圍堰規(guī)格為141 m×64.5 m×2.0 m，罐壁到圍堰的間距為9.5 m，大于0.5H，均符合GB 50160—2008（2018年版）的要求。

3）儲罐間距參照GB 50016—2014（2018年版）中4.2.2 條附注6，按5.5 m 進行設計。

4）圍堰內設計排水溝，設污水收集池（兼事故中和池）和排污泵。

5）儲罐區(qū)設8 組踏步。

6）儲罐區(qū)內設置洗眼器、淋洗器。

4 生產(chǎn)實踐

根據(jù)中國硫酸工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021年我國硫酸生產(chǎn)開工企業(yè)總計304 家，其中產(chǎn)量100 萬t 以上的生產(chǎn)企業(yè)33 家，企業(yè)數(shù)量同比增加6 家，總產(chǎn)量5 054 萬t，占比46.2%；產(chǎn)量30 萬t 以上的大中型企業(yè)108 家，占比78.8%。硫酸生產(chǎn)大型化趨勢明顯，相應酸庫儲量隨之增大。2021年我國硫酸企業(yè)規(guī)模統(tǒng)計見表2。

表2 2021年我國硫酸企業(yè)規(guī)模統(tǒng)計

據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，國內大型煙氣制酸企業(yè)硫酸罐區(qū)情況見表3。

表3 大型煙氣制酸企業(yè)硫酸罐區(qū)基本信息

按照GB 50880—2013 設計的大型冶煉煙氣制酸企業(yè)單個酸庫儲量基本大于25 000 m3。根據(jù)上述生產(chǎn)實踐情況，筆者認為儲罐總容積大于25 000 m3，單罐容積大于500 m3，硫酸（非發(fā)煙硫酸）儲罐區(qū)未設置固定式泡沫滅火系統(tǒng)是可行的。

5 結語及建議

火災危險性類別、單罐容積和儲罐總容積是影響硫酸儲罐區(qū)設計的重要因素，特別是火災危險性類別，宜根據(jù)硫酸本身的性質調整現(xiàn)有規(guī)范的不適宜處，亟需對上述規(guī)范進行修訂并協(xié)調統(tǒng)一，或專門編制適用于硫酸儲罐的設計規(guī)范。

隨著硫酸裝置的大型化，現(xiàn)有的硫酸儲罐區(qū)設計規(guī)范存在不適宜現(xiàn)象，按原有規(guī)范生搬硬套進行設計和安全檢查是不合理的。設計規(guī)范是實踐經(jīng)驗的總結，現(xiàn)階段我國大中型硫酸儲罐區(qū)設計宜綜合 GB 50880—2013、GB 50016—2014（2018年版）和GB 50160—2008（2018年版）進行設計。