摘 要: 本文分析了火電廠濃硫酸系統(tǒng)、鹽酸系統(tǒng)、酸堿泵及酸堿廢水管道系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的泄漏，污染環(huán)境問題及存在的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)，通過濃硫酸計(jì)量箱材質(zhì)用 304 不銹鋼代替碳鋼、采用不同濃度的酸液解決了濃硫酸系統(tǒng)的泄漏和管道結(jié)晶問題。鹽酸系統(tǒng)通過優(yōu)化磁翻板液位計(jì)，增加中和式酸霧吸收器確保無環(huán)保問題，酸槽由碳鋼襯膠更換為聚乙烯材質(zhì)提高了設(shè)備的安全性能。使用氣泵代替離心泵，規(guī)范人員操作解決了卸酸堿時(shí)泄漏問題; 排水管道使用聚乙烯三層結(jié)構(gòu)防腐、優(yōu)化管道布置解決了廢水外漏引起的環(huán)境污染問題。本文同時(shí)提出應(yīng)提高酸堿區(qū)域的自動(dòng)化水平、加強(qiáng)外來人員的操作管控更有利于酸堿設(shè)備安全運(yùn)行的建議。

引言

本廠裝機(jī)容量 1960MW，全廠酸堿系統(tǒng)主要包括一二期精處理酸堿系統(tǒng)、鍋爐給補(bǔ)水處理酸堿系統(tǒng)、循環(huán)水濃硫酸系統(tǒng)及工業(yè)廢水處理酸堿調(diào)節(jié)系統(tǒng)。使用的酸堿有 30% 的鹽酸、30% 的離子膜堿、98% 的濃硫酸，均屬于腐蝕性物質(zhì)。運(yùn)行過程中，酸堿系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生泄露，這不僅在經(jīng)濟(jì)方面產(chǎn)生了巨大的損失，還增大了相關(guān)人員受到生命安全危險(xiǎn)的幾率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)危及生命。 

1 濃硫酸系統(tǒng)

本廠采用 2 個(gè)室內(nèi)高位酸槽，2 個(gè)酸計(jì)量箱，3 臺(tái)酸計(jì)量泵方式，因循環(huán)水加藥間距化學(xué)程控室較遠(yuǎn)，采用就地操作，無遠(yuǎn)程控制。高位酸槽和計(jì)量箱材質(zhì)是碳鋼。

1． 1 存在問題

1． 1． 1 濃硫酸計(jì)量箱、管道及計(jì)量泵多次泄露，箱體有滲漏，導(dǎo)致地面有大量濃硫酸，腐蝕地基，導(dǎo)致地面強(qiáng)烈腐蝕，嚴(yán)重到使就地電磁閥柜傾斜。統(tǒng)計(jì)一年內(nèi)該系統(tǒng)共發(fā)生 17 次泄露，安全形勢(shì)極其嚴(yán)峻。

1． 1． 2 加硫酸管道結(jié)晶。所在地區(qū)年平均zui低氣溫高于零度，所以設(shè)計(jì)硫酸濃度為 98% 。但在極端特殊天氣偶爾達(dá)到零下，而濃度 98% 的濃硫酸，凝固點(diǎn)0. 7℃，導(dǎo)致管道整體結(jié)晶堵塞。

1． 1． 3 原設(shè)計(jì)是酸車直接對(duì)接卸酸泵的入口管道，當(dāng)車身較長(zhǎng)時(shí)，受位置限制，槽車不能開近酸泵，連接管道較長(zhǎng)，為減少管道里的氣體，人員需抬起管道先放一部分酸，再連接管道，操作時(shí)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)較大。

1． 2 優(yōu)化

1． 2． 1 改變系統(tǒng)材質(zhì)。原計(jì)量箱材質(zhì)選擇普通碳鋼?，F(xiàn)酸儲(chǔ)槽除外全系統(tǒng)改為 304 不銹鋼。硫酸罐有多種材質(zhì)，硫酸產(chǎn)品濃度一般有: 77. 67% 、93% 、98% 、99% 、100% 。表 1 列出了濃硫酸對(duì)碳鋼、304 和316 不銹鋼的腐蝕速率。

表 1 碳鋼、304、316 不銹鋼在濃硫酸中的腐蝕速率

              由表 1 可以看出，濃硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕速率要大于對(duì) 304 和 316 不銹鋼的腐蝕速率，原設(shè)計(jì)為碳鋼材質(zhì)，在保持一定的腐蝕裕量?jī)?chǔ)存的情況下，一般是可以接受的［1］。所以，通常常溫下使用的濃硫酸儲(chǔ)罐選擇碳鋼材料就可以滿足要求［2］，但實(shí)際運(yùn)行效果較差。濃度為 80% ～ 99. 5% 的硫酸，溫度小于 50℃ 時(shí)，對(duì)碳鋼的腐蝕速率≤1. 02mm /a，對(duì) 304 不銹鋼的腐蝕速率是 0. 38mm /a，遠(yuǎn)低于碳鋼的腐蝕速率?？紤]性價(jià)比及安全性，選擇不銹鋼 304，更換后運(yùn)行 2 年濃硫酸系統(tǒng)沒有出現(xiàn)過泄露。

1． 2． 2 由采購(gòu)一種濃度的硫酸改為兩種: 室溫在5℃以上，使用 98% 濃硫酸; 當(dāng)環(huán)境溫度低于 5℃，換 用 93% 的硫酸。所有管道閥門加裝伴熱帶，特別是計(jì)量泵到循環(huán)水前池在室外的管道。

由圖 1 可知，不同濃度硫酸凝固點(diǎn)不同，有幾個(gè)zui低的 凝 固 點(diǎn)［3］: 濃 度 93% ，凝固 點(diǎn) － 34℃ ; 濃 度98% ，凝固點(diǎn) 0. 7℃ ; 所以當(dāng)環(huán)境溫度低于 5℃，使用93% 的硫酸就可有效解決結(jié)晶問題。

1． 2． 3 增加卸酸槽。酸槽為 2 個(gè) 20m3 的容量，現(xiàn)在酸泵入口處增加一個(gè) 5m3 的酸槽，約為運(yùn)酸槽容積1 /3 左右。采用自流方式，槽車內(nèi)的濃硫酸先流入一個(gè)卸酸槽，再用泵輸送到硫酸儲(chǔ)罐，卸酸泵流量與自流卸酸流量一致。泵出口管道設(shè)置排氣閥及排污管，排氣門排污閥，解決向酸槽進(jìn)酸時(shí)因有氣體導(dǎo)致不能吸酸，同時(shí)也避免人員抬高管道排氣導(dǎo)致泄漏及人身傷害，消除卸酸過程存在的安全隱患。 2 鹽酸系統(tǒng)補(bǔ)給水系統(tǒng)和精處理系統(tǒng)的鹽酸罐共 6 個(gè)，均采用碳鋼襯膠，內(nèi)部塑料球覆蓋液面，高位酸槽加計(jì)量箱方式，每 2 個(gè)酸槽共用一個(gè)噴淋式酸霧吸收器，每 2個(gè)計(jì)量箱共用一個(gè)噴淋式酸霧吸收器。

2． 1 存在問題

2． 1． 1 補(bǔ)給水區(qū)域卸鹽酸時(shí)酸霧吸收器噴出大量酸霧，導(dǎo)致附近辦公樓都有酸味，污染環(huán)境。同時(shí)酸霧吸收器按要求保持長(zhǎng)流水狀態(tài)，不符合現(xiàn)行環(huán)保要求。為了防治跑冒滴漏，為節(jié)約用水，將進(jìn)水閥直接關(guān)閉，導(dǎo)致酸霧收集到吸收器后直通大氣，酸霧吸收器不能真正啟用。

2． 1． 2 一期精處理區(qū)域酸槽磁翻板液位計(jì)和罐體無隔斷門，設(shè)計(jì)不合理。鹽酸是揮發(fā)性很強(qiáng)的化學(xué)品，一旦設(shè)備出現(xiàn)縫隙，就會(huì)發(fā)生滲漏。精處理區(qū)域發(fā)生磁翻板液位計(jì)的排污門外漏，無法緊急隔離，只能用大量水沖洗至廢水池，將酸儲(chǔ)罐內(nèi)的酸液用泵全部導(dǎo)出，隔離檢修非常困難，對(duì)環(huán)境污染較大。

2． 1． 3 鹽酸槽采用碳鋼襯膠防腐，隨著使用年限的增加，酸槽內(nèi)橡膠襯里出現(xiàn)老化、松動(dòng)、穿孔等現(xiàn)象，性能會(huì)逐步下降，老化后橡膠防腐效果大大降低。一期補(bǔ)給水及精處理區(qū)域的酸槽用 5 年后大修檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部均有脫落現(xiàn)象。

2． 2 優(yōu)化

2． 2． 1 加裝堿液中和式酸霧吸收器，將兩種酸霧吸收器并聯(lián)使用，即平時(shí)正常接入堿液中和式酸霧吸收器，中和式酸霧吸收器不需要常年噴水，與噴淋填料式相比可以節(jié)約用水。卸酸時(shí)使用原有的噴淋填料式酸霧吸收器，解決了卸料時(shí)酸霧噴出問題。

2． 2． 2 將酸槽磁翻板液位計(jì)更換為 SC- UHZ 系列酸堿計(jì)量槽磁翻板液位計(jì)，見圖 2，新磁翻板液位計(jì)是由主體、磁浮子、傳感器、變送器和翻板指示器五部分組成。特點(diǎn)是液體介質(zhì)與指示器完全隔離，所以在任何情況下都非常安全、可靠、耐用，磁翻板液位計(jì)配有液位報(bào)警、控制開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)液位或界位的上、下限越位報(bào)警，控制或連鎖; 配有靜壓式液位變送器或干簧 － 電阻式液位變送器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離指示、檢測(cè)、記錄與控制。鹽酸系統(tǒng)的安全系數(shù)大大提高。

2． 2． 3 酸槽由碳鋼襯膠更換為聚乙烯材質(zhì)，運(yùn)行使用 2 年后檢查罐體完好。 3 卸酸堿泵原來用的卸酸堿泵是 FSB 型氟塑料合金離心泵，泵體采用金屬外殼內(nèi)襯聚全氟乙丙烯( F46) ，泵蓋、葉輪和軸套均用金屬嵌件外包氟塑料整體燒結(jié)壓制成型，軸封采用外裝式波紋管機(jī)械密封。 

3． 1 存在問題

3． 1． 1 多次出現(xiàn)泵體漏酸，法蘭墊片、機(jī)械密封、密封圈、螺栓等密封件在酸堿環(huán)境下老化導(dǎo)致。

3． 1． 2 由于離心泵不能全部打空，容易燒電機(jī)，所以卸酸結(jié)束時(shí)進(jìn)口管道上都會(huì)存留一定的酸堿液，停泵后，拆除連接管道時(shí)會(huì)有酸堿液流出，酸霧易擴(kuò)散，如果操作不當(dāng)，人員接觸到泄漏酸堿會(huì)造成傷害，吸入酸霧會(huì)造成呼吸道灼傷，且對(duì)酸堿區(qū)域內(nèi)設(shè)備也有一定的腐蝕。

3． 1． 3 泵運(yùn)行時(shí)需要排氣，排氣管道可能會(huì)帶出酸堿液及酸霧，存在安全隱患。

3． 2 優(yōu)化

3． 2． 1 更換為 All － Flo 氣動(dòng)隔膜泵，見圖 3。主氣閥由自潤(rùn)滑材料活性氧化鋁做成梭形結(jié)構(gòu)，使材料達(dá)到zui大潤(rùn)滑性，無需額外添加潤(rùn)滑; 氣閥組件數(shù)量少，備件更換費(fèi)用較低; 無通風(fēng)孔設(shè)計(jì)，且閥芯為塑料材質(zhì)，使其能忍受較“臟”和“濕潤(rùn)”的氣源; 即使膜片破裂，也不用擔(dān)心輸送的酸堿性介質(zhì)進(jìn)入空氣室腐蝕中心腔體; 一體成型的結(jié)構(gòu)避免了泄露的發(fā)生。

3． 2． 2 規(guī)范操作: ①使用耐鹽酸腐蝕的可撓性非金屬卸酸軟管，卸酸前將連接的軟管中間用支架固定好，與槽車和泵入口接頭用鋼絲固定，防止管道脫落造成酸泄漏; 軟管插入卸酸口后，兩者之間有少許間隙，用透明膠帶纏繞密封或用吸水毛巾環(huán)繞纏裹即可。②使用卸酸堿泵時(shí)應(yīng)先檢查泵所需的zui小進(jìn)氣壓力和zui低耗氣量是否滿足，如果隔膜泵在幾小時(shí)內(nèi)不啟動(dòng)，斷開氣源。③卸酸結(jié)束，將軟管中的殘余少量酸堿液倒進(jìn)入口水池，操作軟管時(shí)要避免鹽酸堿液體漏到地面。開大現(xiàn)場(chǎng)沖洗水，及時(shí)做好水封，避免鹽酸大量揮發(fā)。

4 酸堿廢水管道

二期精處理高位酸槽到計(jì)量箱管道采用溝道布置，且溝道內(nèi)還有其他排水管道，蓋板密封。一期廢水管道單獨(dú)溝道布置，采用玻璃鋼材質(zhì)，運(yùn)行 20 年沒出現(xiàn)過滲漏。

4． 1 出現(xiàn)問題

4． 1． 1 二期計(jì)量箱進(jìn)酸時(shí)，高位酸槽液位下降很快，但計(jì)量箱液位上漲緩慢，判斷為管道泄漏。排查漏點(diǎn)工作量大，每一個(gè)蓋板拆掉密封才能打開，且泄漏的酸液將相鄰的排水管道外部腐蝕，后期二期精處理再生時(shí)，外排水流量突增，排查發(fā)現(xiàn)排水管已被腐蝕破洞。

4． 1． 2 二期酸堿廢水管道使用襯膠防腐，正常排水時(shí)無滲漏。為調(diào)整排水的偏酸性，廢水管道引入沖渣水，沖渣水呈堿性。但主機(jī)沖渣水有顆粒性物質(zhì)時(shí)，易破壞襯膠，運(yùn)行不到三個(gè)月就出現(xiàn)管道因襯膠破損導(dǎo)致腐蝕泄漏。

4． 2 優(yōu)化

4． 2． 1 將溝道布置的管道全封閉式蓋板改為格柵式蓋板，發(fā)生酸堿泄漏時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。廢水管道改為架空敷設(shè)，布置占地小，不影響人行通道，且輕微的泄漏易發(fā)現(xiàn)。

4． 2． 2 排水水質(zhì)復(fù)雜，使用聚乙烯三層結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)，重新更換成聚乙烯管道。運(yùn)行半年無滲漏。 

5 結(jié)論及建議

5． 1 通過對(duì)卸酸堿泵更換，濃硫酸系統(tǒng)的優(yōu)化，及鹽酸系統(tǒng)增加酸霧吸收器和優(yōu)化磁翻板液位計(jì)，化學(xué)整個(gè)酸堿系統(tǒng)的操作量下降，風(fēng)險(xiǎn)降低，安全系數(shù)大大提高。

5． 2 循環(huán)水加濃硫酸系統(tǒng)應(yīng)提高自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)。取消 2 個(gè)酸計(jì)量箱，酸槽出口直接連接計(jì)量泵，加裝在線 pH 計(jì)，用在線循環(huán)水 pH 值對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行精確控制，減少了設(shè)備漏點(diǎn)，使計(jì)量更加準(zhǔn)確，減少人員現(xiàn)場(chǎng)操作閥門，有益于循環(huán)水安全運(yùn)行。

5． 3 為及時(shí)發(fā)現(xiàn)池內(nèi)形成的內(nèi)部腐蝕，放酸堿等腐蝕性廢水的池體，宜采用柵格型蓋板類加蓋代替全密封水泥蓋板。

5． 4 在線酸堿濃度計(jì)應(yīng)采用單獨(dú)取樣管，與系統(tǒng)由一次門隔開，便于檢修。電極直接插入管道式檢修非常困難，不建議使用。

5． 5 可用酸堿噴射器替代酸堿計(jì)量泵，減少泄漏，方便檢修。

5． 6 酸堿操作中的安全控制，人的因素很重要，尤其是對(duì)配合卸酸堿的廠家人員的管控。