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目前國(guó)內(nèi)實(shí)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中尚無(wú)一個(gè)系統(tǒng)完善的設(shè)備、管道防凝、防凍準(zhǔn)則，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)每根管道和設(shè)備，重點(diǎn)進(jìn)行工藝管道防凍保溫的設(shè)計(jì)方法說(shuō)明和相關(guān)注意事項(xiàng)，以確保該防凍保溫效果。

在化工廠管道設(shè)計(jì)中，管道的保溫和伴熱經(jīng)常見(jiàn)到，管道的防凍保溫設(shè)計(jì)不容忽視，特別是在高寒地區(qū)的化工企業(yè)。管道的防凍保溫設(shè)計(jì)需要根據(jù)介質(zhì)溫度和工藝要求具體設(shè)計(jì)保溫措施。否則在惡劣的氣候條件下，易出現(xiàn)液體管支管凍裂的情況，因此管道配管有其特殊的要求，不能按普通的要求設(shè)計(jì)。

01工藝管道內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)機(jī)理

介質(zhì)在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于散熱損失的存在，介質(zhì)的溫度沿流程逐漸降低。在有限的管道長(zhǎng)度內(nèi)，在一般的散熱損失情況下，通常介質(zhì)溫度不至于降低到介質(zhì)的凝固點(diǎn)或冰點(diǎn)；但當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)停止流動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)得不到熱量的補(bǔ)充，溫度就有可能降至凝固點(diǎn)或冰點(diǎn)，甚至更低，從而發(fā)生凍結(jié)，輕則堵塞管道，重則導(dǎo)致管道破裂。通常在管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)時(shí)，首先是緊靠管內(nèi)壁的介質(zhì)開(kāi)始凍結(jié)，圓形管道中凍結(jié)的介質(zhì)沿管壁呈環(huán)狀，然后逐漸增加凍結(jié)層厚度，直至凍結(jié)到管中心而堵塞管道。

由上述介質(zhì)凍結(jié)過(guò)程分析可知，管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)是一個(gè)不穩(wěn)定的傳熱過(guò)程。由于不穩(wěn)定傳熱過(guò)程的計(jì)算比較復(fù)雜，因此，在工程上一般采用簡(jiǎn)化方法，即按照穩(wěn)定傳熱的熱平衡方法計(jì)算防止凍結(jié)的保溫層厚度，并適當(dāng)考慮安全因素。

02工藝管道的防凍設(shè)計(jì)

對(duì)于介質(zhì)內(nèi)含水的設(shè)備和管道，采用保溫、伴熱的方式防凍，亦采用設(shè)置坡度排液、輔助管道的方式防凍。對(duì)下列設(shè)備管道進(jìn)行防凍設(shè)計(jì)：①循環(huán)吸收液管道；②工藝循環(huán)水管道；③后產(chǎn)物處理管道；④脫硫塔；⑤泵、槽類(lèi)盡量放在室內(nèi)。管道的防凍方式采用保溫和伴熱兩種。為了防止管道或設(shè)備被凍壞，根據(jù)介質(zhì)間斷的時(shí)間計(jì)算出保溫層的厚度。

加熱保溫是化工物料輸送管道常用的一種保溫形式，將輸送管道向環(huán)境中的散熱量用加熱的辦法加以補(bǔ)償，使輸送管道中物料溫度保持不變或不凍結(jié)。

03防凍保溫管道的布置要求和防凍措施

所有易凍管道，均要按照防凍要求配管，壓縮機(jī)、水泵、安全閥、泄壓閥、公用工程管道也有其特殊防凍措施，處理方法如下。

1埋地水管道

工業(yè)用水管道一般直徑較大，且在寒冷地區(qū)需考慮防凍，故多采用埋地敷設(shè)的方法。直徑較大的管道一旦發(fā)生結(jié)冰只是在管道內(nèi)壁結(jié)1圈冰，雖然不會(huì)堵塞管道，但其流量會(huì)受到限制，考慮到埋地管道不易清理，通常將其埋至冰凍線以下，以保證管道內(nèi)介質(zhì)不會(huì)結(jié)冰。

2冰凍線以上的水管道

布置要求

(1)在寒冷地區(qū)埋地敷設(shè)的水管道引出地面時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝要求，在冷卻水出入口總管上設(shè)置切斷閥、防凍排水閥和長(zhǎng)流水等措施。寒冷地區(qū)冰凍線以上水管的防凍管道安裝形式見(jiàn)圖1～圖4。其中，循環(huán)水時(shí)可采用圖1所示防凍措施；新鮮水附近無(wú)回水管道可采用圖2或圖3所示防凍措施；最冷月平均氣溫等于或低于0℃地區(qū)的循環(huán)水、新鮮水等管道可采用圖4所示防凍措施(斷流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)需伴熱)。設(shè)備管道閥門(mén)處應(yīng)設(shè)置防凍排液閥和防凍循環(huán)旁通管，以便在停工或檢修時(shí)，將設(shè)備和管內(nèi)的存水排凈，以避免凍裂設(shè)備。防凍循環(huán)旁通管和防凍排液閥應(yīng)盡量靠近閥門(mén)，而且也需保溫防凍。

(2)任何介質(zhì)的管線，在任何場(chǎng)所都不設(shè)有“盲腸”管段，以避免管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)、凝固、局部腐蝕及吹掃不凈等。架空敷設(shè)的水管道應(yīng)避免死端、盲腸、袋狀管段，可以將有易凍管道的盲端改至最短，或?qū)⒚つc管段改造為假管支撐，對(duì)難以避免的袋狀管段應(yīng)考慮設(shè)置低點(diǎn)排液閥。

3防凍措施

(1)為防止室外地上管道不使用時(shí)發(fā)生管道凍裂，應(yīng)設(shè)置排水閥。平時(shí)沒(méi)有水流動(dòng)的管道，如孔板流量計(jì)的儀表管，應(yīng)設(shè)置蒸汽伴熱管，以防凍結(jié)。

(2)在裝置運(yùn)行時(shí)有可能暫時(shí)停車(chē)的設(shè)備，其冷卻水管道的切斷閥采用閥門(mén)保溫箱或?qū)﹂y門(mén)伴熱的方法防凍。

(3)安裝在垂直管道上的切斷閥或止回閥的出口排放閥應(yīng)盡量靠近切斷閥或止回閥，若有可能可在閥體上排放。

(4)泵或壓縮機(jī)的冷卻水排放管道應(yīng)設(shè)置成坡向管道，并將其沿坡向接至回水或下水管道。

4壓縮機(jī)入口管道

壓縮機(jī)入口管道的防凍多采用熱水或蒸汽伴熱以及外敷保溫層的方法。當(dāng)然，伴熱保溫也是相對(duì)的，其熱量是否滿足要求還需考察其他因素。如果環(huán)境溫度太低，可將壓縮機(jī)放置在壓縮機(jī)房?jī)?nèi)，采取統(tǒng)一供暖的方式。這時(shí)的壓縮機(jī)入口管道可以不防凍，但暴露在室外的入門(mén)管道仍需保溫防凍。

5水泵

水泵的防凍常采用在泵的進(jìn)、出口管道設(shè)置旁通管道的方式。為防止備用泵內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)凝固，可采用配置設(shè)有限流孔板的防凍循環(huán)管道，使流體從備用泵的防凍循環(huán)管道經(jīng)泵體返回入口管。一般防凍循環(huán)管道設(shè)置在泵出口切斷閥前與泵出口之間，限流孔板須經(jīng)過(guò)核算，防凍管線仍需保溫。水泵防凍管道的安裝形式如圖所示。

圖中啟用泵的出口端(C和B)壓力應(yīng)大于入口端(A)的壓力，備用泵的出口端(D)壓力小于B點(diǎn)的壓力。由于止回閥的存在，使得止回閥上段至B點(diǎn)處有積液，因此設(shè)置了旁通線，使積液從B端通過(guò)旁通線流經(jīng)泵返回A點(diǎn)，以此達(dá)到防凍的目的。

6安全閥、泄壓閥

所有易凍介質(zhì)或安全閥蒸汽放空、蒸汽放空閥放空后易產(chǎn)生冷凝液(無(wú)害)介質(zhì)，應(yīng)在靠近安全閥出口管底部處開(kāi)設(shè)φ8mm淚孔，以防止安全閥出口結(jié)冰引起憋壓爆炸。若泄壓閥排放至密閉系統(tǒng)，并且在最低環(huán)境溫度下泄放總管中的氣體有可能冷凝時(shí)，應(yīng)在泄壓閥的排出口凝液可能有積聚的部分伴熱。配管應(yīng)從泄壓閥出口坡向泄壓總管，絕對(duì)避免出現(xiàn)“袋形”，否則氣體凝液將凍結(jié)在泄壓閥出口管道內(nèi)而引起阻寒，從而導(dǎo)致泄壓不暢，發(fā)生事故。

7公用工程物料管道

公用工程物料管道的防凍一般只是防止凝液的積聚，在工業(yè)裝置中不僅要采取保溫的方式防凍，還要在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置排放閥或疏水閥等，以便及時(shí)將產(chǎn)生的凝液排放掉。

1.蒸汽管道

(1)過(guò)熱蒸汽管道上的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排放閥，閥的位置應(yīng)靠近蒸汽主管。

(2)飽和蒸汽管道上有可能積聚冷凝水的低點(diǎn)或末端需設(shè)置疏水閥。如果蒸汽分配集合管和冷凝液集合管在靠近主管的地方，則應(yīng)設(shè)置切斷閥或止回閥，且閥門(mén)要水平設(shè)置。蒸汽伴熱的每根支管末端應(yīng)設(shè)置分液包和疏水閥，在蒸汽可能積聚凝液的低點(diǎn)要設(shè)置排放閥，以便在系統(tǒng)停止供氣時(shí)，凝液能及時(shí)導(dǎo)出，避免凍結(jié)在管道內(nèi)。

(3)蒸汽伴管在回冷凝液收集站時(shí)應(yīng)盡量減少液袋（蒸汽伴管液袋是蒸汽伴管結(jié)凍的主要原因），在不可避免的伴管液袋中，液袋高度按規(guī)范不能超4m。1個(gè)伴管最多只能有1個(gè)液袋，不能按規(guī)范可允許幾個(gè)液袋同時(shí)存在。

2.消防管

(1)設(shè)備的安全噴淋系統(tǒng)應(yīng)在供水閥下游側(cè)設(shè)置排放閥，當(dāng)系統(tǒng)停止供水時(shí)應(yīng)能排凈，管道內(nèi)不得留存液體，以免在冬季將管道凍裂。

事故淋浴洗眼設(shè)施應(yīng)盡量設(shè)在室內(nèi)，如果必須設(shè)在室外時(shí)，應(yīng)靠近建筑物的墻邊安裝，供水管道及其閥門(mén)應(yīng)安裝在建筑物內(nèi)。

3.空氣系統(tǒng)管道

裝置內(nèi)空氣系統(tǒng)（工廠空氣和儀表空氣）是管道防凍保溫容易忽略的地方，因?yàn)楣S空氣和儀表空氣介質(zhì)中含有少量水蒸氣。防凍處理方法是在緩沖罐底部管口導(dǎo)淋閥后增加疏水閥或在緩沖罐底部增加伴熱，在空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、分離器時(shí)，其中的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)積留在設(shè)備底部。緩沖罐需設(shè)置排放閥以排除凝液。在空氣系統(tǒng)管道的低點(diǎn)有可能積聚冷凝水的地方也應(yīng)設(shè)置排放閥。

4.放空和導(dǎo)淋

在通常的設(shè)計(jì)中，放空閥和導(dǎo)淋閥前短管按規(guī)范其長(zhǎng)度為75～100mm，根據(jù)筆者在神華煤氣化工程現(xiàn)場(chǎng)和其他北方工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明，放空閥和導(dǎo)淋閥前短管長(zhǎng)度在75～100mm時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，應(yīng)采用小于50mm的短管為宜，且焊接時(shí)必須采用有效的冷卻措施。

總   結(jié)

(1)化工廠工藝管道的防凍保溫有其特有的處理方法。工藝管道多采用蒸汽或熱水伴熱防凍，保溫防凍也是經(jīng)常采用的方式之一。

(2)如果管道中的介質(zhì)具有足夠的顯熱，可利用保溫層減少介質(zhì)自身熱量的損失，以此保證物料在管道內(nèi)不至因黏度過(guò)大而滯流。

(3)以往公用工程物料管道和水管道多是采用設(shè)置排液裝置來(lái)達(dá)到防凍的目的，隨著化工裝置的規(guī)模越來(lái)越大，操作人性化要求間歇操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的公用工程管道也應(yīng)采用伴熱保溫的方式。

來(lái)源：流程工業(yè)、加氫設(shè)備工程師