【工艺管道内介质冻结机理】
介质在管道内流动时，由于散热损失的存在，介质的温度沿流程逐渐降低。在有限的管道长度内，在一般的散热损失情况下，通常介质温度不至于降低到介质的凝固点或冰点；但当管内介质停止流动时，由于介质得不到热量的补充，温度就有可能降至凝固点或冰点，甚至更低，从而发生冻结，轻则堵塞管道，重则导致管道破裂。通常在管内介质冻结时，首先是紧靠管内壁的介质开始冻结，圆形管道中冻结的介质沿管壁呈环状，然后逐渐增加冻结层厚度，直至冻结到管中心而堵塞管道。
由上述介质冻结过程分析可知，管内介质冻结是一个不稳定的传热过程。由于不稳定传热过程的计算比较复杂，因此，在工程上一般采用简化方法，即按照稳定传热的热平衡方法计算防止冻结的保温层厚度，并适当考虑安全因素。
【工艺管道的防冻设计】
对于介质内含水的设备和管道，采用保温、伴热的方式防冻，亦采用设置坡度排液、辅助管道的方式防冻。对下列设备管道进行防冻设计：
①循环吸收液管道；
②工艺循环水管道；
③后产物处理管道；
④脱硫塔；
⑤泵、槽类尽量放在室内。
管道的防冻方式采用保温和伴热两种。为了防止管道或设备被冻坏，根据介质间断的时间计算出保温层的厚度。
加热保温是化工物料输送管道常用的一种保温形式，将输送管道向环境中的散热量用加热的办法加以补偿，使输送管道中物料温度保持不变或不冻结。
【管道布置要求和防冻措施】
所有易冻管道，均要按照防冻要求配管，压缩机、水泵、安全阀、泄压阀、公用工程管道也有其特殊防冻措施，处理方法如下:
1、埋地水管道
工业用水管道一般直径较大，且在寒冷地区需考虑防冻，故多采用埋地敷设的方法。直径较大的管道一旦发生结冰只是在管道内壁结一圈冰，虽然不会堵塞管道，但其流量会受到限制，考虑到埋地管道不易清理，通常将其埋至冰冻线以下，以保证管道内介质不会结冰。
2、冰冻线以上的水管道
★布置要求
(1)在寒冷地区埋地敷设的水管道引出地面时，应根据工艺要求，在冷却水出入口总管上设置切断阀、防冻排水阀和长流水等措施。设备管道阀门处应设置防冻排液阀和防冻循环旁通管，以便在停工或检修时，将设备和管内的存水排净，以避免冻裂设备。防冻循环旁通管和防冻排液阀应尽量靠近阀门，而且也需保温防冻。
(2)任何介质的管线，在任何场所都不设有“盲肠”管段，以避免管内介质冻结、凝固、局部腐蚀及吹扫不净等。架空敷设的水管道应避免死端、盲肠、袋状管段，可以将有易冻管道的盲端改至最短，或将盲肠管段改造为假管支撑，对难以避免的袋状管段应考虑设置低点排液阀。
★防冻措施
(1)为防止室外地上管道不使用时发生管道冻裂，应设置排水阀。平时没有水流动的管道，如孔板流量计的仪表管，应设置蒸汽伴热管，以防冻结。
(2)在装置运行时有可能暂时停车的设备，其冷却水管道的切断阀采用阀门保温箱或对阀门伴热的方法防冻。
(3)安装在垂直管道上的切断阀或止回阀的出口排放阀应尽量靠近切断阀或止回阀，若有可能可在阀体上排放。
(4)泵或压缩机的冷却水排放管道应设置成坡向管道，并将其沿坡向接至回水或下水管道。
3、压缩机入口管道
压缩机入口管道的防冻多采用热水或蒸汽伴热以及外敷保温层的方法。当然，伴热保温也是相对的，其热量是否满足要求还需考察其他因素。如果环境温度太低，可将压缩机放置在压缩机房内，采取统一供暖的方式。这时的压缩机入口管道可以不防冻，但暴露在室外的入门管道仍需保温防冻。
4、水泵
水泵的防冻常采用在泵的进、出口管道设置旁通管道的方式。为防止备用泵内介质冻结凝固，可采用配置设有限流孔板的防冻循环管道，使流体从备用泵的防冻循环管道经泵体返回入口管。一般防冻循环管道设置在泵出口切断阀前与泵出口之间，限流孔板须经过核算，防冻管线仍需保温。水泵防冻管道的安装形式如图所示。
图中启用泵的出口端(C和B)压力应大于入口端(A)的压力，备用泵的出口端(D)压力小于B点的压力。由于止回阀的存在，使得止回阀上段至B点处有积液，因此设置了旁通线，使积液从B端通过旁通线流经泵返回A点，以此达到防冻的目的。
5、安全阀、泄压阀
所有易冻介质或安全阀蒸汽放空、蒸汽放空阀放空后易产生冷凝液(无害)介质，应在靠近安全阀出口管底部处开设φ8mm泪孔，以防止安全阀出口结冰引起憋压爆炸。
若泄压阀排放至密闭系统，并且在最低环境温度下泄放总管中的气体有可能冷凝时，应在泄压阀的排出口凝液可能有积聚的部分伴热。配管应从泄压阀出口坡向泄压总管，绝对避免出现“袋形”，否则气体凝液将冻结在泄压阀出口管道内而引起阻寒，从而导致泄压不畅，发生事故。
6、公用工程物料管道
公用工程物料管道的防冻一般只是防止凝液的积聚，在工业装置中不仅要采取保温的方式防冻，还要在适当的位置设置排放阀或疏水阀等，以便及时将产生的凝液排放掉。
★蒸汽管道
(1)过热蒸汽管道上的低点应设置排放阀，阀的位置应靠近蒸汽主管。
(2)饱和蒸汽管道上有可能积聚冷凝水的低点或末端需设置疏水阀。如果蒸汽分配集合管和冷凝液集合管在靠近主管的地方，则应设置切断阀或止回阀，且阀门要水平设置。蒸汽伴热的每根支管末端应设置分液包和疏水阀，在蒸汽可能积聚凝液的低点要设置排放阀，以便在系统停止供气时，凝液能及时导出，避免冻结在管道内。
(3)蒸汽伴管在回冷凝液收集站时应尽量减少液袋(蒸汽伴管液袋是蒸汽伴管结冻的主要原因)，在不可避免的伴管液袋中，液袋高度按规范不能超4m。1个伴管最多只能有1个液袋，不能按规范可允许几个液袋同时存在。
★消防管
(1)设备的安全喷淋系统应在供水阀下游侧设置排放阀，当系统停止供水时应能排净，管道内不得留存液体，以免在冬季将管道冻裂。事故淋浴洗眼设施应尽量设在室内，如果必须设在室外时，应靠近建筑物的墙边安装，供水管道及其阀门应安装在建筑物内。
★空气系统管道
装置内空气系统(工厂空气和仪表空气)是管道防冻保温容易忽略的地方，因为工厂空气和仪表空气介质中含有少量水蒸气。防冻处理方法是在缓冲罐底部管口导淋阀后增加疏水阀或在缓冲罐底部增加伴热，在空气经过过滤器、分离器时，其中的水蒸气就会凝结积留在设备底部。缓冲罐需设置排放阀以排除凝液。在空气系统管道的低点有可能积聚冷凝水的地方也应设置排放阀。
7、放空和导淋
在通常的设计中，放空阀和导淋阀前短管按规范其长度为75至100mm，根据笔者在某气化工程现场和其他北方工程现场经验证明，放空阀和导淋阀前短管长度在75至100mm时经常出现冻结现象，应采用小于50mm的短管为宜，且焊接时必须采用有效的冷却措施。
【总结】
(1)化工厂工艺管道的防冻保温有其特有的处理方法。工艺管道多采用蒸汽或热水伴热防冻，保温防冻也是经常采用的方式之一。
(2)如果管道中的介质具有足够的显热，可利用保温层减少介质自身热量的损失，以此保证物料在管道内不至因黏度过大而滞流。
(3)以往公用工程物料管道和水管道多是采用设置排液装置来达到防冻的目的，随着化工装置的规模越来越大，操作人性化要求间歇操作时间过长的公用工程管道也应采用伴热保温的方式。
附：化工厂防冻的30个小知识
1.做好个人防护工作，穿暖，装置巡查过程中做好上塔下塔防滑工作。
2.加强脱水工作及时排掉各个脱水点的水分预防冻堵。
3.注意仪表液位计现场的液位计上下部角阀有一个出现冻堵将会影响到真实的液位，远传液位计表头处出现冻堵将会影响机械转动，电流传导，影响真实液位。
4.循环水的温度不易控制过低，不能低于8度，低于八度后,会造成冷却器副线冻堵现象,严重时冻裂管道。
5.对车间循环水死水区管道进行保温；停用的循环水泵采用倒流措施，并放净。
6.车间停用的设备，如：补水泵、循环水泵、冷却器、冷凝器等，要采用放水、定时巡检等措施。压缩机冷却水，由操作人员定期检查，确保水阀保持长开状态。
7.如果液态烃管线出现冻堵，蒸汽吹扫管线时，注意物理爆炸，不要强制吹扫，慢慢预热。
8.现场压力表在冻堵的情况也会出现假象，根据经验去判断。不能确定的要及时上报进行处理。
9.吹扫冻堵管线时，用蒸汽吹扫弯头处。
10.注意天然气管线的加强脱液，以免液体带入锅炉。检查好天然气线防止出现因冻的晶体结构造成不畅。
11.加强巡检检查好各点的温度情况。
12.生水管线应避免关死，保持长水流。
13.停用的设备，管线与生产系统连接处要加好盲板，并把积水排放，吹扫干净。露天闲置的设备和敞口设备，防止积水积雪结冰冻坏设备。露天设备需增加巡回检查及盘车次数。
14.凡生产和生活及临时停用的设备，水汽管线，控制阀门要有防冻保温措施，存水排放干净或采取维持小量长水流、小过汽的办法，达到既防冻又节约的要求，停水停汽后一定要吹扫干净。
15.加强巡回检查脱水，各设备低点及管线低点检查脱水，泵冷却水不能中断，伴热、取暖保持畅通，压力表、液位计要经常检查、蒸汽与水软管接头、甩头、保持常冒汽长流水。
16.开关不动的阀门不能硬开关，机动盘不动车，不得启用。
17.冻凝的铸铁阀门要用温水或少量蒸汽慢慢加热，防止骤然受热损坏。
18.施工和生活用水，要设法排到地沟或不影响通行的地方，冰溜子要随时打掉。
19.加强管理建立防冻防凝台账(包括事故登记、防冻防凝设备完好状况、易冻凝管线等)。
20.低温处的阀门井、消火栓、管沟要逐个检查，排尽积水，采取防冻保温措施。
21.严禁用高压蒸汽取暖，严防高压蒸汽串入低压系统。高、低压蒸汽回水管不准互相串通。蒸汽取暖的暖气片管线上要设置减压阀，减压阀用的压力表要校验合格，暖气片要通汽试漏后方可使用。
22.凡进行登高作业，必须清楚工作场所所有的积水、积雪、积冰后方可进行。
23.所以蒸汽管线（消防蒸汽除外）关闭根部阀，关闭器壁阀，打开所有放空阀排尽存水，用氮气吹扫干净。
24.所有的排凝点需每个小时排。
25.循环水系统停后需将低点放空打开排净所有水分，用风吹净。
26.车间外吸附塔、脱硫塔、水洗塔、气液分离器排污管线，采用电伴热带进行防冻。车间内水分离器、冷却器停车后及时排净的方式防冻。
27.室内供暖停止时车间内的自来水、洗眼器、消防箱等安全设施，采用电伴防冻。
28.车间地面、平台上如果喷洒上水后，立即进行清理，以防结冰。车间人员在上平台和爬楼梯时，提高安全意识与防范意识。
29.车间人员在框架上进行维修作业时，如果达到了高处作业要求，落实好各项安全防范措施：戴好安全帽、系好安全带，并且要有专人进行监护。如遇阵风风力为六级（风速10.8M/S）及以上情况下进行的强风高处作业，属于特殊高处作业，必须有总经理批准之后才可进行作业。遇有雨雪，及时清扫楼梯。
30.车间人员在此期间，加强巡检次数，如发现异常，及时向上级领导进行反映。
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