废酸再生装置的结构设计

    倪光

    

    摘 ?????要：根据废酸再生装置的工艺流程及生产特点，从三个方面讨论了该装置的結构设计。对于结构材料及结构形式的选择，尽量以混凝土结构为主，尤其是易接触腐蚀性介质的结构;对于酸碱中和池及排水沟的防渗设计，应先根据规范确定污染防治区的分类，对于确定的分类提出对结构的构造要求，对不同的结构采取相应的防渗措施;对于装置内建、构筑物的防腐设计，应根据所接触腐蚀性介质的含量、环境相对湿度确定其腐蚀性等级，提出对结构主材的要求，并根据腐蚀性的强弱程度对不同的结构及部位采取相应的防腐措施;最后，在工程案例中，给出装置中建、构筑物的防渗及防腐设计的建议做法，并针对结构的特点，给出几处典型的构造详图。

    关 ?键 ?词：废酸再生;防渗;防腐;构造详图

    中图分类号：TQ 052 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）04-0867-05

    Abstract： According to the process flow and production characteristics of waste acid regeneration unit， structural design of the unit was discussed from three aspects. For the selection of structural materials and structural style， concrete structure should be given priority to as far as possible， especially for the structures that are easily exposed to corrosive medium. For seepage prevention design of acid-base neutralization tank and drainage ditch， the classification of pollution prevention area should be determined according to the code first. Based on the classification， construction requirements should be proposed and corresponding seepage prevention measures should be adopted for different structures. For anticorrosion design of buildings and structures in the unit， corrosiveness grade should be determined according to the content of the corrosive medium and relative humidity of the environment. Based on the corrosiveness grade， requirements of main structural materials should be proposed and corresponding anticorrosion measures should be adopted for different structures and parts according to the degree of corrosiveness. At last， in the engineering case， suggestions on seepage prevention and anticorrosion design of buildings and structures in the unit were put forward. According to the characteristics of structures， several typical construction details were also given.

    Key words： Waste acid regeneration; Seepage prevention; Anticorrosion; Construction details

    废酸再生装置，由于其工艺流程及产品的性质，对装置内的建、构筑物的设计与一般装置颇有不同。一般石油化工装置，由于混凝土结构施工周期长、施工精度难以精确控制、抗震性能较差、不易改造、不利于增设后期埋件及支吊架等缺点，除了一些特殊结构，混凝土结构已不如过去使用的那么广泛，相反，钢结构由于施工迅速、工厂预制精度高、抗震性能好、便于改造、利于后期的支吊架设置，已越来越多的应用于石油化工装置，且现阶段钢结构材料的大量生产及钢材价格的下降也进一步促成了钢材成为石化装置中结构主流材料的优势。然而对于废酸再生装置，由于其裂解、净化、转化、干吸等工段涉及到对硫酸及酸雾的处理，不可避免的会有硫酸、酸雾及其它腐蚀性介质的局部泄露，鉴于上述情况，该装置的结构材料及结构形式的选用、防渗设计、防腐设计及结构构造的做法均有区别于一般石油化工装置之处，本文拟从上述几方面对废酸再生装置的结构设计进行讨论，对该装置的设计思路进行阐述，并对该装置的结构设计及注意事项等方面进行归纳总结。

    1 ?结构材料及结构形式

    1.1 ?结构材料

    （2）裂缝要求：强腐蚀时，裂缝控制等级为三级，裂缝限值为0.15 mm;中、弱腐蚀时，裂缝控制等级为三级，裂缝限值为0.20。

    （3）钢筋的混凝土保护层最小厚度：强腐蚀时，板、墙为35 mm，梁、柱为40 mm，基础为50 mm;弱、中腐蚀时，板、墙为30 mm，梁、柱为35 mm，基础为50 mm。

    （4）当楼板上的预留孔有可能接触腐蚀性介质时，孔洞边梁与孔洞边缘的距离不宜小于200 mm，当上续专业要求必须在孔洞边缘布置边梁时，梁底面及侧面宜设置玻璃钢或树脂玻璃鳞片涂层[1]。

    （5）主要承重构件的纵向受力钢筋不宜小于16 mm，预埋件宜与受力钢筋隔离。

    （6）外露的预埋件，可根据腐蚀性等级设置防护层。可采用30～50 mm厚的树脂或聚合物水泥的混凝土、10～20 mm厚的树脂或聚合物水泥的砂浆、1～2 mm厚的玻璃树脂鳞片胶泥、200～320μm厚的防腐蚀涂层等。

    （7）基础的防腐蚀设计要求：

    （a）装置运行过程中泄露的介质对基础及基础梁的腐蚀性等级，可比上部结构的腐蚀性等级降低一级;

    （b）当污染土、地下水和装置运行过程中泄露的介质均对基础有腐蚀时，取其中最强的来确定腐蚀性等级;

    （c）装置运行过程中，当有氢氧化钠、硫酸渗入土壤时，易使地基土产生膨胀，最小埋置深度为2 m;

    （d）基础垫层可采用100 mm厚沥青混凝土、150 mm厚碎石灌沥青、100 mm厚聚合物混凝土等，基础、垫层及基础梁均应按防腐蚀规范采用相应的防护措施。

    3.3 ?钢结构的防腐蚀设计

    钢结构的防腐蚀设计应符合下列规定：

    （1）强腐蚀及中腐蚀时，主要受力构件不宜采用格构式构件、由双角钢组成的T形截面、由双槽钢组成的工形截面。

    （2）为保证钢构件的耐久性，最小截面厚度取值为：钢板组合的杆件取6 mm;闭口截面杆件取4 mm，角钢截面取5 mm。

    （3）对重要构件和闭口截面杆件的焊接应连续，最小焊脚尺寸：角焊缝取8 mm，当杆件厚度小于8 mm时，焊脚尺寸取杆件厚度。

    （4）钢结构表面应按防腐蚀规范附录C采用防腐蚀涂层防护。

    （5）钢结构连接的混凝土基础短柱，高出地面最小高度为300 mm，强腐蚀时，柱脚外包C25细石混凝土，钢柱外包混凝土的最小保护层厚度为60 mm，最小高度800 mm[1]。

    3.4 ?防腐蚀涂料

    3.4.1 ?防腐蚀底涂料

    （1）醇酸涂料不得与有机富锌或无机富锌底涂料配套使用，可配套使用的涂料为环氧云铁或环氧铁红涂料。

    （2）混凝土构件应配套使用耐碱的底涂料。

    3.4.2 ?防腐蚀面涂料

    （1）用于可能接触硫酸、酸雾的部位时，宜选用聚氨酯、聚氯乙烯萤丹、高氯化聚乙烯、乙烯基酯、氯磺化聚乙烯、丙烯酸聚氨酯、聚氨酯沥青、氯化橡胶、碳氟等涂料。

    （2）用于可能接触氢氧化钠的部位时，宜选用环氧涂料，也可以选用聚氨酯、聚氯乙烯萤丹、高氯化聚乙烯、乙烯基酯、氯磺化聚乙烯、丙烯酸聚氨酯、聚氨酯沥青、氯化橡胶、碳氟等涂料。

    （3）室外环境涂料，可选用丙烯酸聚氨酯、脂肪族聚氨酯、聚氯乙烯萤丹、碳氟、氯磺化聚乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡胶、聚硅氧烷和醇酸等涂料，不应选用环氧、环氧沥青、芳香族聚氨酯、聚氨酯沥青和乙烯基酯等涂料[1]。

    （4）地下工程涂料，宜采用聚氨酯沥青、环氧沥青等涂料。

    4 ?工程案例

    以下根据笔者负责设计的某“原油加工优化增效改造”项目废酸再生装置中的结构来讨论废酸装置的结构设计要求及注意事项。

    4.1 ?防滲做法

    （1）酸碱中和池：

    池壁厚度为300 mm，混凝土抗渗等级不低于P8，抗冻等级F200（根据装置所在地区的气温确定），池内壁、柱、底板顶面刷水泥基渗透结晶型防水涂料，厚度不小于1 mm。

    （2）排水沟

    沟体壁厚为150 mm，混凝土抗渗等级不低于P8，抗冻等级F200（根据装置所在地区的气温确定），沟内表面刷水泥基渗透结晶型防水涂料，厚度不小于1 mm。

    （3）储罐基础

    环墙壁厚为300 mm，混凝土抗渗等级不低于P6，防渗做法见图1。

    图1 ?储罐基础防渗做法

    Fig.1 Seepage prevention detail of steel tank foundation

    4.2 ?防腐做法

    （1）酸碱中和池：

    池内壁、底板、立柱表面及池外表面在地面以上300 mm范围内，贴30 mm厚耐酸砖，详见《建筑防腐蚀构造》08J333第130页做法1;顶板底面采用玻璃钢防腐，厚度不小于3 mm;池外表面在地面以下部分刷环氧沥青底漆一遍100μm、面漆两遍200μm，干漆膜总厚度不小于300μm;垫层采用100 mm厚沥青混凝土。

    （2）排水沟：

    排水沟内表面贴30 mm厚耐酸砖，详见《建筑防腐蚀构造》08J333第130页做法1;排水沟外表面刷环氧沥青底漆一遍100μm、面漆两遍200μm，干漆膜总厚度不小于300μm。

    （3）净化构架、干吸构架、泵房、二氧化硫风机房：

    （a）基础表面刷环氧沥青底漆一遍100μm、面漆两遍200μm，干漆膜总厚度不小于300μm;基础梁表面刷环氧沥青底两遍200μm、面漆三遍300μm，干漆膜总厚度不小于500μm;垫层采用100 mm厚沥青混凝土。

    （b）净化构架、干吸构架混凝土平台顶面及柱在地面以上300 mm范围内，贴30 mm厚耐酸砖，详见《建筑防腐蚀构造》08J333第130页做法1;其余混凝土构件表面刷氯化橡胶底漆三遍100μm、面漆三遍100μm，干漆膜总厚度不小于200μm，在涂刷底漆之前，先涂刷稀释的环氧涂料一遍，并用腻子局部找平[7]。

    （4）装置管廊、楼梯间、净化构架及干吸构架的局部钢平台：

    （a）除锈：在制作前钢材表面应进行除锈处理，钢构件除锈质量等级应当达到Sa2.5级标准。

    （b）涂装：无防火要求的钢构件，采用环氧富锌底漆两遍厚70μm（锌含量不低于80%），环氧云铁中间漆两遍厚100μm，丙烯酸聚氨酯厚膜型面漆两遍150μm，钢构件干漆膜总厚度不小于320μm，颜色应符合《石油化工设备管道钢结构表面色和标志规定》SH/T 3043-2014的相关规定或由业主确定;有防火要求的钢构件，刷环氧富锌底漆两遍80μm，再涂防火涂料，然后再涂刷耐碱的阻燃型防腐蚀涂料两遍作为防腐蚀面层。所有涂层必须按照顺序施工且按涂料所需的时间间隔完成，不能刷底漆后久放，以免生锈。

    4.3 ?结构构造

    4.3.1 ?混凝土泵房柱顶

    装置管廊底有泵房处，底层为泵房混凝土柱，上层为管廊的钢柱，考虑到美观及施工的便利，钢柱与混凝土柱连接处采用外包式柱脚，见图2。

    4.3.2 ?净化构架平台上塔支座

    构架8.000 m层有3个塔落在平台上，分别为塔C-661、C-662、C-663，以塔C-661为例给出具体做法，基础支墩高出平台1 m，考虑到美观及操作人员通行方便，在设备梁上设置环墙基础，见图3。

    4.3.3 ?净化构架上混凝土与钢平台

    考虑到设备在使用一段时间后需要进行检修，必要的时候还需要更换，故混凝土构架平台上根据设备的尺寸及检修空间的要求设置了部分钢结构平台，混凝土平台表面贴耐酸砖，钢平台采用花纹钢板，为了使混合平台顶面标高相同，在混凝土梁顶部设置埋件，见图4。

    5 ?结束語

    对于废酸再生装置的结构设计，应当整体上把握装置的生产特点，熟悉工艺流程，合理选用结构材料及形式，同时应立足相关规范，对防渗设计、防腐设计应在不同部位有区别的对待，同时考虑到施工的便利尽量采取简便易行的结构构造，在设计过程中应勇于创新，追求卓越，这也是结构设计者的追求与工作态度。

    参考文献：

    [1] GB/T 50046-2018，工业建筑防腐蚀设计标准[S].

    [2] GB/T 50934-2013，石油化工工程防渗技术规范[S].

    [3] GB50473-2008，钢制储罐地基基础设计规范[S].

    [4] GB 50108-2008，地下工程防水技术规范SH/T 3132-20134[S].

    [5] GB 18445-2012，水泥基渗透结晶型防水材料[S].

    [6] GB/T 23446-2009喷涂聚脲防水涂料[S].

    [7] 08J333，建筑防腐蚀构造[S].