吴 越

（中国恩菲工程技术有限公司，北京100038）

浓硫酸是重要的化工原料，常需要大容量储存容器以保证生产稳定。在寒冷地区或时节，室外大型浓硫酸储罐常需要采取伴热和保温措施，一方面w(H2SO4)为98%的浓硫酸的凝固点约-7 ℃，受冷容易凝固；另一方面，浓硫酸的黏度随着温度降低而大幅增加，不利于输送和使用[1]。

浓硫酸储罐的伴热主要通过外置伴热管方式实现，按伴热位置的不同又可分为底部伴热和侧壁伴热。底部伴热需要在储罐基础施工的同时埋入伴热盘管，在盘管发生泄漏时，不易及时发现和修补。侧壁伴热在施工中相对独立，对伴热管泄漏的发现和修补则比较及时和方便[2]。

浓硫酸储罐在伴热设计时应严格控制罐壁温度，避免局部温度过高而导致腐蚀加速。研究表明，40 ℃时w(H2SO4)为98%的浓硫酸对碳钢的腐蚀速率为0.75~1.0 mm/a[3]，50 ℃时其对碳钢的腐蚀速率为0.5~1.3 mm/a[4]，在考虑一定腐蚀裕量的前提下，使用碳钢材质储存浓硫酸应控制壁温在50 ℃以下[5]。

笔者以某w(H2SO4)为98%的浓硫酸储罐的冬季防冻为例，通过ANSYS Fluent有限元模拟，对伴热过程进行分析，重点分析储罐在伴热结构中的温度分布情况，讨论可能的风险及应对措施。

1 伴热过程分析

1.1 物理模型简化

硫酸储罐伴热及保温结构示意见图1。

如图1所示，该储罐的内径Di=16 m，平均壁厚δ=20 mm，侧壁设置140 ℃的蒸汽伴热管，并采用100 mm硅酸铝纤维毡进行保温。该储罐布置于室外，所在地区的冬季平均气温为te= -10 ℃，平均风速为W=8 m/s。

图 1 硫酸储罐伴热及保温结构示意

为方便模拟和分析，对该物理模型进行如下简化：