废旧浓硫酸罐拆除实践

张卫红

（贵州磷化集团贵阳开磷化肥有限公司，贵州贵阳551109）

贵州磷化集团贵阳开磷化肥有限公司4个浓硫酸罐作为40 kt/a和60 kt/a硫铁矿制酸的储酸罐于1992年6月建成投用，4个罐体尺寸参数分别为直径 9 m、高 9 m，罐壁厚 12 mm。2002年后该公司200，600，800 kt/a 硫磺制酸投用后，建造了 10 kt浓硫酸储罐共6个。2013年，早期建设的4个硫酸罐由于罐体锈蚀严重，其附属的楼梯平台已无法保证人员在巡检维护过程的安全需求，需停用，并申请报废，研究拆除方案。由于罐内氢气浓度和一氧化碳气体含量较高，还有少量硫化氢气体，罐体底部只设置了一个φ150 mm的排酸阀，已被酸泥堵塞，罐底壁无人孔，无法对罐内酸泥进行清理和用碱中和，也无法对底部空气进行置换，尤其是2019年2#储罐罐壁开裂，威胁到周边设施及人员活动的安全，必须尽快拆除。2019年8月技术人员制定了方案，采用冷热切割相结合的办法，4个浓硫酸罐顺利进行了拆除。

1 浓硫酸罐拆除过程中存在的危害性

1）浓硫酸罐无法进行通风置换和清洗。4个浓硫酸罐在设计时可能为了减少漏点，在罐底部只设置了一个φ150 mm的排酸阀，未设排污管道和排污阀，罐底壁也未安装清理人孔，现排酸管已被酸泥堵塞（酸泥高600～700 mm），罐底部无法开孔进行通风置换罐内气体，当采用动火作业时，有爆炸风险。

2）浓硫酸罐罐体腐蚀有倒塌风险。4个浓硫酸罐从2013年4月开始停用，由于硫酸有吸水性，停用后酸无法进行循环使用和置换，罐内有少量硫酸无法排出，硫酸会吸收空气中的水分，酸泥中沉积的浓酸浓度逐步降低变成稀硫酸，由于稀硫酸可与多数金属（比铜活泼的金属）和绝大多数金属氧化物反应，生成相应的硫酸盐、水、氢气，加快了硫酸罐的腐蚀，罐壁局部腐蚀严重，尤其是2019年2#硫酸罐距底部700 mm高的位置罐壁开始变薄和开裂，部分已开始穿孔，威胁到周边设施及人员活动的安全，有倒塌的风险，必须尽快进行拆除，在拆除过程中存在施工风险。

3）罐内氢气含量高。稀硫酸可与一些金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气，罐底空气无法进行通风置换，氢气含量高。氢气在空气中点燃可能发生爆炸，理论计算，氢气爆炸极限是4.0%～75.6%（体积分数），遇火源就会爆炸，而当氢气体积分数小于4.0%或大于75.6%时，即使遇到火源，也不会爆炸，燃点为580 ℃，气体密度（压力为 101.325 kPa,温度 0 ℃状态下）为 0.089 9 g/L。拆除前操作人员在顶盖人孔处进行了3 d监测，氢气体积分数分别为4.5%，4.9%，4.8%，在爆炸极限内，因此，在拆除时不能有火星出现。

4）一氧化碳气体含量高易发生中毒。GB/T 2449—2006《工业硫磺》中规定工业硫磺优等品有机物质量分数小于或等于0.03%，但进口的工业硫磺有时有机物质量分数在0.06%以上，在溶硫过程中无法去除，硫酸生产中与硫磺一起在焚硫炉内燃烧，在氧气不充足时会产生一氧化碳，被硫酸洗涤进入浓硫酸产品中，拆除前对一氧化碳进行监测，体积分数分别为0.018 5%、0.016%、0.019 2%，罐底一氧化碳浓度可能还会更高但无法进行监测，人接触一氧化碳的限值φ（CO）为0.005%，当φ（CO）超过0.02%时在2～3 h内有轻微头晕、头痛、恶心等，人不能直接进入罐内，一氧化碳爆炸极限为12.5%～74.2%（体积分数），因此，据监测情况不会发生爆炸危险。

5）含有硫化氢气体易使人中毒。硫化氢是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，浓度极低时有硫磺味，有剧毒，相对密度为（空气密度为1）1.19，燃点为292 ℃。工作场所空气中硫化氢最高容许体积分数约为0.000 66%，在4个罐顶作监测时，发现硫化氢气体体积分数分别为0.000 72%，0.000 75%，0.000 69%，如果强制进入罐内有中毒危险，动火作业不会发生爆炸。

6）二氧化硫气体有刺激性。二氧化硫气体有刺激性，使人窒息，二氧化硫体积分数达0.002%时，引起咳嗽并刺激眼睛。二氧化硫体积分数达到0.04%时可使人产生呼吸困难，监测时二氧化硫体积分数为0.004 5%，人进去作业时也会呼吸困难，长期接触也有中毒危险。

综上分析，浓硫酸罐拆除过程主要危害是有氢气爆炸危险、中毒危险和坍塌危险。

2 浓硫酸罐拆除

4个罐子周围有职工操作室，还有其他10 kt的硫酸罐、输送泵等设备，在拆除时不能发生爆炸，引起人身伤亡和设备损坏，因有中毒气体，储罐又无法进行置换，对浓硫酸罐的拆除关键是要通风置换罐内的气体和清理罐内的酸泥，如何打开第一个通风孔是关键，必须采用最佳拆除方案，才能进行施工，通过分析可以采用水切割和冷热切割相结合的方法进行拆除，拆除前对2种方案进行比较。

1）水切割。水切割又称水刀，即高压水射流切割技术，是一种利用高压水流切割的机器。在电脑的控制下能任意雕琢工件，而且受材料质地影响小。因为其成本低，易操作，良品率又高，水切割正逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。水切割以加砂情况分有无砂切割和加砂切割；以设备分有大型水切割机、小型水切割机、三维水切割机、动态水切割机；以压力分有100 MPa以上的高压型和100 MPa以下为低压型。水切割的特点是属冷切割、不产生热变形或热效应；在一般环境中无污染、不产生有毒气体及粉尘，可一次完成钻孔、切割、成型工作。浓硫酸罐水切割存在的问题：4个浓硫酸罐底部只有1个φ150排酸阀，从上部人孔观察，底部还有大量酸泥，部分地方明显还看到有液体（硫酸），无法放出来，一旦采用水割，水割过程中的水进入罐内，罐内的酸被稀释，放出热量，冒出大量水汽，同时变成稀酸。由于有酸泥，稀酸质量较差，下一工序无法使用，须采用碱中和，浪费成本；用碱中和后的污水还需处理，中和后的渣需要运到专用渣场进行堆存，以防环境污染。目前国内水切割酸罐的厂家较少，每个罐须对开1 500 mm×2 000 mm清理人孔，4个罐需要26万元左右，清理成本较高。

2）冷、热切割相结合。采用冷切割过程不产生高温的技术手段或方法，使被切割物保持原有材料特性，切割过程温度没有剧烈的升温变化，通常温升不超过40 ℃，切割过程采用冷却液进行降温达到冷切割的效果。

根据两种方式对比，此次拆除选用冷、热切割相结合的方式较合适，可避免动火作业发生爆炸及中毒危险，拆除过程如下：

用磁力钻（磁座钻）在罐底酸泥上部先画一个φ300 mm的圆圈，通过磁力钻（钻头φ20 mm）在圆圈上连着钻孔，磁力钻可调速，在钻的过程中不断用水降温，用红外线测温枪测温升不超40 ℃，当孔钻完后就形成一个φ300 mm的孔，通过圆孔向罐内通风。

打开硫酸罐顶人孔盖，安装轴流抽风机抽槽内的氢气及一氧化碳气体，检测设备内部气体成分，置换空气48 h后，在φ300 mm孔处对罐内气体进行检测，氢气体积分数为0.003%，其他所有指标都合格，用氧气切割清理人孔，人孔为高2 m，宽1.6 m，并在罐子对边开一个同样大小的人孔进行通风。

清理罐内的酸泥送到磷酸生产系统进入萃取槽生产，若有重过磷酸钙生产系统或普通过磷酸钙生产系统的单位可将酸泥进行搭配使用，使酸泥中的酸再次与重钙磷酸钙中未反应完的磷进行反应。

酸泥清理完成后，采用氧气切割的方式，拆除工作执行以 “先高后低，先地上后地下，先小后大，先管道后设备，先附件后主机”的拆除原则，对罐子进行拆除。对罐子底壁有腐蚀的，在拆除前必须在罐体四周用槽钢固定支撑加固。

3 结语

通过采用冷、热切割相结合的方式，4个浓硫酸罐安全拆除。拆除过程中，未出现安全事故，未对周边设备造成安全隐患，未造成环境污染。目前国家对环保和安全要求越来越严格，使用年限较长的设备需拆除，在拆除过程中要保证人身及设备安全，又不能污染环境，针对罐内有易燃易爆气体又无法通风置换及需对罐内物质进行中和的设备，可采取冷热切割相结合的方法进行拆除，此方法值得研究和借鉴。