在设计处理硫酸的设备时，有一些必须特别注意的事项。
浓硫酸是许多化工厂中不可或缺的重要化学品，但其操作和管理风险也很高。
尤其是在设备设计阶段，与普通化学品相比，需要在腐蚀、材料选择、温度管理等方面进行更加慎重的考虑。
本文将从现场工程师的视角，整理在设计和运行浓硫酸相关设备（如储罐、管道、泵等）时需要掌握的基本要点。
内容尽量做到让初学者和年轻工程师也能理解，并能在实际工作中直接派上用场。
如果不能充分理解硫酸这一化学品本身的特性，就无法做好设备设计。
对新人工程师来说，硫酸通常是在完成水系设备设计后，才会挑战的代表性高风险化学品之一。
流程设计
以典型的硫酸流程为例进行说明。
流程示意：
从储罐中将硫酸通过泵输送到下游设备。
基本设计条件如下：
- 储罐容量：10 m³
- 泵流量：0.1 m³/min
- 硫酸浓度：98%（浓硫酸）
- 温度：常温
这些前提条件是设计的起点。
储罐容量通常由使用量和供货周期决定，
泵流量则取决于下游设备的需求。
大多数情况下，会按照工厂内部统一的设计思想（如标准流速）来确定。
储罐设计
材料
储罐材料优先选择金属材料。
对于约10 m³规模的储罐，也可以使用玻璃衬里等结构，但从成本角度看，通用金属材料更有优势。
常见候选材料包括：
- SS400
- SUS304
如果预算允许，推荐选择 SUS304。
在这两种材料的选择上，工程师之间常常存在分歧。
- SS400 在浓硫酸条件下可使用，但在浓度降低时问题较多
- SUS304 在浓硫酸和低浓度硫酸的特定范围内可用，但在其他浓度区间耐蚀性较差
如果只考虑“正常的浓硫酸工况”，两者差别并不明显。
真正的问题出现在发生稀释、形成稀硫酸的环境。
对于储罐而言，雨水和空气中的水分是最大的敌人。
积液（液体滞留）
储罐结构应尽量减少液体滞留。
一般的室外储罐结构不会有太大问题，但要特别注意气相空间。
如果液体滞留在气相部位，就会与空气中的水分接触，形成稀硫酸，从而引发腐蚀。
因此，气相部位更要避免积液结构，尤其是：
- 顶板与筒体连接部位的焊接结构
气相管线
气相管线应设计成不易进雨水和水分的结构。
相比直接向上开口，使用 180°弯头向下更为安全。
不过，这种结构在泵送液体时可能会吸入空气。
从长期角度来看，这仍然存在形成稀硫酸的风险。
可以考虑使用干燥空气或氮气进行密封（虽然我们公司并未采用该方案）。
插入管（落液管）
建议在储罐内部设置插入管。
如果在储罐已有硫酸的状态下，从顶部直接将硫酸喷洒到液面上，会增加硫酸雾与空气中水分接触的概率。
哪怕是瞬间，也可能形成稀硫酸，这是不理想的。
通过插入管将硫酸直接导入罐底附近、并在液相内部进料，会更加安全。
但需要注意：
管道内一定流速的硫酸会直接冲击罐底，因此需要设置冲击板（当板）。
对于一般情况，当板主要考虑变形问题；
但在 SS400 + 硫酸条件下，更需要关注的是腐蚀问题。
这是因为 SS400 在浓硫酸中是通过形成保护膜来获得耐蚀性的。
提高流速会破坏这层保护膜。
基于这一点，我个人在浓硫酸系统中更倾向于选择 SUS304。
泵的设计
泵的类型
选择无密封泵是较为稳妥的方案。
普通离心泵存在密封水问题，会提高形成稀硫酸的风险。
无论是罐式泵（Canned Pump）还是磁力泵，都可以接受。
其中，罐式泵相对更稳妥。
但需要特别注意：
禁止使用碳材料轴承，存在安全风险。
泵的能力计算
必须认真进行压力损失计算。
经验越丰富的工程师，反而越容易在这里掉以轻心。
“泵的扬程差不多估一下就行了吧？”
这种想法是危险的。
原因在于：
硫酸的密度和粘度都明显高于水。
以 20℃ 为例：
- 密度：1840 kg/m³
- 粘度：26 cP
这绝不是可以按“和水一样”来计算的水平。
与水或一般溶剂相比，
管径通常需要至少加大一个规格。
管道设计
材料
管道材料推荐使用 SUS304。
无论是 SGP，还是增加壁厚的 STPG，都不太理想。
如果犹豫不决，直接选 SUS304。
螺栓和螺母通常不需要特别考虑，
使用 SS400 即可。
连接方式
连接方式建议采用法兰连接。
在多数工况下，JIS 10K 法兰即可满足要求。
螺纹连接泄漏风险较高，不推荐使用。
垫片
垫片可选用非金属复合垫片（Joint Sheet）。
使用氟树脂类垫片也没有问题。
总结
本文整理了在设计浓硫酸设备时需要注意的关键点。
浓硫酸设备设计不仅仅是管道问题，
还涉及储罐、泵、换热器、阀门、搅拌装置等多个方面。
其中，温度与腐蚀性的关系、以及材料选择的正确性，对安全性和设备寿命有决定性影响。
初学者和年轻设计人员，应充分借助经验工程师的意见，
在设计中积极反映现场实际情况，谨慎决策。
如果你在化工装置的设计、维护或运行中有任何疑问，欢迎在评论区留言交流。
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