酸罐呼吸器存在的问题及改进方案

褚相武

（广东东莞市东糖集团有限公司 广东东莞）

一、问题

吉林石化设计院为公司年产30万吨淀粉糖厂设计的玻璃钢盐酸储罐，直径为3.4 m、高度11.35 m、容积为 108 m3，盐酸浓度为31%，密度≤1.2 g/cm2，罐内装满物料时，总重 100～120 t。玻璃钢学名“玻璃纤维增强塑料”，俗称 FRP，它是用玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）做增强材料，用合成树脂做基体材料的一种复合材料。优点：质量轻、强度高、耐酸碱、工艺性好；缺点：脆性高、层间抗剪切能力低。

图1 厂家提供的安装技术交底图

2013年4月，某玻璃钢制品厂家按设计要求制作了该玻璃钢盐酸储罐，并配置了一个直径0.6 m、高度为1 m的酸罐呼吸器（又名酸雾吸收器），图1是厂家提供的安装技术交底图。玻璃钢盐酸储罐于2013年12月投入使用后，经常看到酸罐呼吸器盖板及填料散落在地上。2014年7月，在罐体的中上部6～8 m处，出现5处大小不一的横向裂纹，最长600 mm，最短300 mm。

二、酸罐产生裂纹的原因分析

由于盐酸易挥发产生酸雾，因此，安全储存盐酸的方法，是必须将盐酸储存在密闭的酸罐内。如厂家提供的安装技术交底图1所示，当进酸管、出酸罐的阀门关闭后，酸罐呼吸管被水封弯管中的水封闭，酸罐中的盐酸就处于密闭存储状态。在向酸罐内输送盐酸或受环境温度升高影响，盐酸产生大量酸雾时，酸罐内压力增大，酸罐产生膨胀变形，当酸罐内压力增大到一定程度时，酸雾就会顶开水封弯管中的水封，进入酸罐呼吸器，被喷淋水吸附化成稀酸，经酸罐呼吸器溢流管排入污水处理站。酸罐中排出一部分酸雾之后，压力降至与大气压相等后，喷淋水经水封弯管进水口淋入水封弯管，重新形成水封，使酸罐恢复密闭储存状态，同时，在自身材料的弹性作用下，酸罐迅速恢复正常形状。至此，酸罐完成一次呼气过程。

当需要从酸罐出酸管处取用盐酸时，酸罐内的盐酸液面迅速下降，致使酸罐内形成负压，酸罐产生较大收缩变形，水封弯管中的水封被吸上酸罐呼吸管中。当停止取用盐酸时，被吸上酸罐呼吸管中的水封失去吸力，迅速落下，冲回酸罐呼吸器中，其所产生的冲击气流将酸罐呼吸器的部分填料和盖板掀离酸罐呼吸器而落到地上。同时，在自身材料的弹性作用下，酸罐迅速恢复正常形状，至此，酸罐完成了一次吸气的过程。

因此，酸罐每完成一次呼气或吸气过程，罐体所产生的膨胀变形或收缩变形，都会使罐体的特定部位受到一次“弯折”，尤其是在吸气过程中，弯折变形的幅度大并且剧烈。由于玻璃钢材料具有脆性高、层间抗剪切能力低的缺点，因此，经过这样多次反复弯折变形后，罐体就产生了裂纹。

三、改进措施

1.第一次技术改进

查明了酸罐产生裂纹的原因，对酸罐生产厂家提供的安装技术交底图进行反复研究，发现存在一个错误，即废置了破真空回水管。于是做出图2所示的第一次改进。用一条破真空连接管将破真空回水管与酸罐呼吸管和连接管的结合处连通，这个连通点就是破真空点。原理：当酸罐进行吸气动作时，水封被酸罐的负压抽拉到破真空点处时，破真空连接管处的真空就会被破坏，水封的水就会通过破真空连接管和破真空回水管回到酸罐呼吸器底部，使空气进入酸罐消除负压，避免酸罐产生较大的收缩变形。

图2 第一次改进示意图

第一次改进的作用只是适当地减小了酸罐吸气过程中罐体收缩变形的幅度，但是剧烈程度没有得到改变，酸罐呼气过程中罐体膨胀变形的幅度也没有得到改变。因此，这种改进只是略微延长了罐体产生裂纹的时间，没有从根本上解决酸罐在呼气和吸气过程中因膨胀和收缩变形导致罐体侧壁被反复弯折损害的问题。

2.第二次改进

图3 第二次改进示意图

图4 虹吸先导管放大图

经过仔细研究第一次改进之后，引入虹吸先导技术，对酸罐呼吸器进行第二次改进。如图3、图4所示。工作原理：在酸罐呼气过程中，酸罐内产生的压力同时作用在水封和虹吸先导管的水体上，此时，虹吸先导管的第一单向阀封闭，第二单向阀开启，虹吸先导管内的水通过虹吸先导管弯头和虹吸先导管出水口流出，虹吸现象发生，第一单向阀开启，水封弯管内的水被吸出，水封被打开，酸雾就顺利排入酸罐呼吸器，酸罐中排出一部分酸雾之后，压力降至与大气压相等后，喷淋水经水封弯管进水口淋入水封弯管并进入虹吸先导管中，重新形成水封，使酸罐恢复密闭储存状态。

在酸罐吸气过程中，酸罐内产生的负压同时作用在水封和虹吸先导管的水体上，此时，虹吸先导管的第二单向阀封闭，第一单向阀开启，水封弯管内的水经过虹吸先导管被吸入破真空连接管，水封被打开，真空被破坏，此时，破真空连接管内的水位略高于水封弯管内的水位；真空被破坏后，破真空连接管内的水就会迅速回流到虹吸先导管内，此时，虹吸先导管的第一单向阀封闭，第二单向阀开启，虹吸先导管内的水通过虹吸先导管弯头和虹吸先导管出水口流出，虹吸现象发生，第一单向阀开启，水封弯管内的水被吸出，水封继续被打开。

与第一次改进相比，第二改进引入虹吸先导技术，设置了虹吸先导管，因此，无论酸罐呼气还是吸气，只要稍有一点动力，水封都会被迅速打开，也就是说，第二次改进仍然不能避免酸罐在呼气或者吸气时相应的产生膨胀变形或者收缩变形，但是，这种变形微乎其微、可忽略不计。

四、结语

设置水封弯管，能够控制酸罐保持间歇式的呼气形式，优点是酸罐呼吸器能够有效的处理酸罐排出的酸雾。如果没有水封弯管，虽然保证了酸罐不发生膨胀或收缩变形，但酸罐中的酸雾将连续排入酸罐呼吸器中，易导致酸罐呼吸器中的填料吸附酸雾能力达到饱和而失效。设置带虹吸先导管的水封弯管后，酸罐的呼气或吸气基本等同于没有水封弯管的效果，既保证了酸罐不发生膨胀或收缩变形，又能使酸罐中的酸雾保持间歇式的排放形式，避免酸雾逸出酸罐呼吸器。