装置冬季防冻防凝 常压五班崔立新

装置冬季防冻防凝
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引 言
“冬季四防”在化工厂是很重要的一项工作， 防冻是四防的重要 内容 ，由于气温 突然降 低 ，会导致某些露天装置的带水管道、设备 冻堵、冻裂，会影响生产及操作人员安全 ， 有时甚至会引发严重事故。在从事炼油工作 中 ，装置需要 频繁开停 车，如果在冬季停 车 ，就经常会发生管道冻裂的现象 ，有些螺 的 管道 会发生冻 ， 从 ，带有 水( )的 设备( 带的 )管 管会冻裂、 带 的 、 、水 会冻裂。 防冻 是 要 温就 事 ， 从装 置设 就严 防 ，在生产及开停车 要 ， ，防 然。
结语
防冻工作看 似无关 大局，一旦 管道或设 备 冻坏了，就可能给化工生产带来不 同程度的 损失。因此 ，应该从源头抓起 ，在设计 阶 段考虑全面 ，生产运行过程精心维护 ，停车 时彻底排净 ，才能避免冻害发生 ，确保装置 安全。
一联合车间常压五班 崔立新
管材需要的特性
1
热传导系数(kvalue)越小越好 ：保温或加温无非是不让外界低温与管壁 的高温 之间有热损失存在 ，如果管材的 本身之热传导系数 (K值 )很低 ，与保温材相若 ， 管材与保温或加温的问题就不存在。 2 抗张应力不能太高 Toughness(韧性)与 stifness(钢性 )的比例确 ：低温下冻结的管材应力破 坏是一种剪应力 ，管材 stifnes(刚性 )与 toughnes(韧性)性能 比例需要调 整 ，以满足管材的 stress．strain曲线之斜率 ，定义最适 当的管材之 降伏 stress strain 伴热及保温 点(yieldpoint)及降伏点应力 (yield stress)。防冻破坏 管材 的考虑若不依材 料学 和材料力学去计算检讨 ，是不会有结果的。 4 管材含有 足够份量 的天然橡胶成 分 (natural rubber)：天然橡胶 除了有耐低温 的特性外 ，可 以让材 料有更大的空间承受暂时性的弹性应变，这个性能决 定管 材是否可 以耐低温 、耐冻结应力破坏 的周期次数。按正确的材料选择规范 ，管 道在寒带低温外候条件下的耐冻能力是可以预期的。符合以上各项条件的管材 ， 在裸管(barepipe)状况下不需保温 ，可以长期在 一40~C条件下可靠运行而无爆管之 虑。塑料管、橡胶管及含塑料或橡胶等材料的复合管材大多用于居 民生活用水 、 采暖等 ，含 聚氯乙烯 、聚四氟乙烯 、玻璃钢等材料 的特殊管材在化学工程上已 取得广泛应用。但是因施工 、压力等级限制及习惯等原 因，目前大量使用的仍是 钢管。
防冻设计
1．1 需要防冻保护的对象 1. 2 防冻设计的内容 1．3 伴热及保温 1．4 合理加装倒淋、排净阀、切断阀 1．5 高层框架也要设立污水收集管 1．6 管道布置
化工装置中容易发生冻害的管道主要是 带水管慢形成 ，此时结 晶核形成的速率及 量都与管壁的热传 道，像生活水、循环水、 脱盐水、锅炉水、消防水，另外 导速率有 关，当 Vi>0m／s时，管壁与水速之间的阻 Vi>0m／ 力还有蒸汽及其凝液倒淋管 ，其 中蒸汽 、 循环水 、锅炉水在生产运行过程中由于其 温度较高 ，不会发生冻裂 ，一旦停车管内 积水在冬季就会发生冻裂。
管道布置
如果条件允许 ，长距离输水管道尤其是用量 较大的循环水总管尽量埋地敷设 ，埋地深度应 在 当地冻土层以下。在北方地 区，水表等计量 设施可安装在地下的检查井内，并用沙填埋以便 保温。
开停车防护
冬季开停车过程 中都存在防冻 的问题 ：漏保温的阀门、 间歇使用的水阀、突然堵塞的蒸汽管等等，这些地方即使 保温了，也难免被冻。开车过程中要加强责任心 ，在系统 允许 的情况下 ，尽量将水阀开大 ，适当提高流速。当气 温降到 一2'E以下时 ，要将所有 的水管倒淋 阀、水龙头 、 消防水泡等保 持滴 流，并 引入 下水道 ，严禁就地排放 ， 以免地面结冰伤人。安排现场操 作人员巡检所有 的蒸汽疏 水阀 ，一旦发现堵塞，立即拆检疏通 。系统长期停车或冬 季短停时 ，应尽量将系统 内的水排净 ，用水冷却或蒸汽 加热的设备 ，也要开阀排水 ，并吹干 ；将水、蒸汽管道 根部 阀切断 ，并将 管内水 、蒸汽排净并用氮气等惰性气 体吹干。
管内结冰的过程
管道 内的水温降到 4~C时 ，冰晶的结晶核逐渐缓损失 、乱流效应 ，水流本身 的动量都足以减缓或破坏 冰晶结晶核的成 长。所 以管材本 身 良好 的 K值 (很 小很小)是绝对需要 的。当管道内的水速度 V=0m／S，管内的冰晶结晶核逐渐 缓慢形成 ，进而快速冻结成 冰 ，此时管道 内的冰之体 积将膨 胀增加 到 8．3 ％ ～ 9．0％，换 言之 ，固体体积 比液体 体积 多出 8．3％至9．0％，这个过 程的应力增加很大 ，极易将管线接头或 管道本体胀爆裂 。上面的简述 ，说明 管道 因结冻而破坏的基本应力变化机构 ，如何避开应力对管道 的破坏 ，需要 藉材料学 、材料力学 、水结冰冻结的物理力学、结 晶核形成后在管道内的运 动力学等等的基础知识 ，不仅对寒冬管道爆裂的问题迎刃而解 ，而且做到一 劳永逸的效果。
高 层 框 架 也 要 设 立 污 水 收 集 管
装置运行过程 中，冬季 要将所有的水管倒淋 、 水龙头、洗眼器 、蒸汽 管的低点倒淋微开保持 滴流 ，汇总后人装置外 的总排污系统，并将 阀 后的管道带一定的坡度， 以免积水结冰堵塞 。某 的一 装置 后 ，冬季开 程 运 ，系统 将所有的水 蒸汽倒淋微开 排 ， 积水 结冰， 冰 。
合理加装倒淋、排净阀、切断阀 合理加装倒淋Байду номын сангаас排净阀、
停车状态下，存有积水的管道 和设备即使外部有保温 ，也会 冻裂。只有将 内部 的水排净 ， 才能防止。对于长距离输送含 水介质的管道 的低点 、无法 避免的死点，入高层框架前的 公用工程管道低点应加装倒淋 阀。入换热器等设备 的水管、 设备盘管、管道的蒸汽伴热应 在低点加装倒淋 ，冬季停车后 立即排净设备管 总管地上消火 栓外部保 温，水炮立柱也应保 温 ，低点 道内的积水 ，如果 条件容许 ，尽量用低压氮气或 压缩 正下方设立排水 I=1，与 排污总管相连，冬季不用时将 空气等将内部的积水吹净 ，不 留死角
3
伴热及保温
伴热
工程上常用 的伴热方法有电伴热 、蒸汽伴热、热水伴热等 ， 是对于需要加热或保持温度 的物料设备及管线所采取的措施。其 中电伴热只适合局部使用 ，像设备及管道局部快速加热等，大面 积或长距离就不太适用了。常用的是蒸汽伴热或热水伴热 ，将蒸 汽或热水管道缠绕在设备外部或安装在待保护物料管线下部或一 侧 ，与设 备或主管 固定后 ，外面再保温 。表面 上这里不存在 防 冻问题 ，但是一旦装置冬季停车 ，或 者冬季运行过程 中管道堵 塞 、疏水器失灵、蒸汽系统 压力下降 ，积存 在伴热系统 内的水 无法排出 ，就会冻 堵甚至冻裂管道。因此 ，设备伴热系统要在最 低点设 倒淋阀，以便停车时排净 。管道伴热系统应在满足工 艺要 求 的基础上尽量避免死点 ，且尽量做 到一进一出，自成回路 ，便 于工艺操作 ，总管最低点设立 排净口，以免系统停车时凝液积存 ， 导致管道冻裂。
化工标准中跟防冻相关的设计是绝热工程 ，绝 热设计的原则主要是保温、防烫 ，保持生产能力 ， 提高经济效益。其主要工作是保温材料 的材质 、 厚度及辅助材料的选择。另外还有管道、设备布 置、材质选择等
材料选择
材料选择能够在天寒地冻的露天环境下，长期 承受低温条件而不会因管 内水 的冻结应力所 产生 的剪应力将 管壁撕裂造成爆管问题 ，．基本的解 决之道在于管材料的选择 。保温是治标而非治本。 材料学可 以轻易解决工程 上 的 问题 ，这 是 工程 上 许 多人 都 容 易 疏忽 的问题。
保温
绝热设计应符合减少散热损失 、节约能源 、满足工艺要求、保持生产 能力、提高经济效益、改善工作环境 、防止烫伤等基本原则。绝热按 目的分为保温、保冷 、防烫 、伴热 、防冻等 5种 。一般保温结构是 内 保温层加外保护层组成 ；带伴热的管道须将主管与伴管用铁丝网包扎固 定 ，再按标准保 温层 ，外层用薄铝板或不锈钢板保护 ；保冷 的管道及 设备外表面、埋地或地 沟内敷管道的保温层外表面均应加 防潮层 ，以 防止大 气中的水蒸气进入保冷层而影响绝热效果。此外 ，还 应根据操作温度 的范 围，选择合适 的绝热材料，并根据绝热施工 的目 的和管道 、设备尺寸确定保温层厚度。常用的保温材料见表 1。对于操 作温度高 于 20~C左右流速大于 Om／s的循环水、三次水总管，可以不 加保温，但其低点应加排净 阀，以便停车时或冬季开车时低点排放。