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目前國(guó)内实行的设计标准中尚无一个系统完善的设备、管道防凝、防冻准则，需要结合现场每根管道和设备，重点进行工艺管道防冻保温的设计方法说明和相关注意事项，以确保该防冻保温效果。
在化工厂管道设计中，管道的保温和伴热经常见到，管道的防冻保温设计不容忽视，特别是在高寒地區(qū)的化工企业。管道的防冻保温设计需要根据介质温度和工艺要求具體(tǐ)设计保温措施。否则在恶劣的气候条件下，易出现液體(tǐ)管支管冻裂的情况，因此管道配管有(yǒu)其特殊的要求，不能(néng)按普通的要求设计。
1、工艺管道内介质冻结机理(lǐ)
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(yǒu)限的管道長(cháng)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(yǒu)可(kě)能(néng)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(fēn)析可(kě)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(yòng)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。
2、工艺管道的防冻设计
对于介质内含水的设备和管道，采用(yòng)保温、伴热的方式防冻，亦采用(yòng)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(wù)处理(lǐ)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(yòng)保温和伴热两种。為(wèi)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(wù)料输送管道常用(yòng)的一种保温形式，将输送管道向环境中的散热量用(yòng)加热的办法加以补偿，使输送管道中物(wù)料温度保持不变或不冻结。
所有(yǒu)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(yòng)工程管道也有(yǒu)其特殊防冻措施，处理(lǐ)方法如下。
1
埋地水管道
工业用(yòng)水管道一般直径较大，且在寒冷地區(qū)需考虑防冻，故多(duō)采用(yòng)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1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(lǐ)，通常将其埋至冰冻線(xiàn)以下，以保证管道内介质不会结冰。
2
冰冻線(xiàn)以上的水管道
1.布置要求
(1)在寒冷地區(qū)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、防冻排水阀和長(cháng)流水等措施。寒冷地區(qū)冰冻線(xiàn)以上水管的防冻管道安装形式见图1～图4。其中，循环水时可(kě)采用(yòng)图1所示防冻措施；新(xīn)鲜水附近无回水管道可(kě)采用(yòng)图2或图3所示防冻措施；最冷月平均气温等于或低于0℃地區(qū)的循环水、新(xīn)鲜水等管道可(kě)采用(yòng)图4所示防冻措施(断流时间过長(cháng)时需伴热)。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)任何介质的管線(xiàn)，在任何场所都不设有(yǒu)“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(kě)以将有(yǒu)易冻管道的盲端改至最短，或将盲肠管段改造為(wèi)假管支撑，对难以避免的袋状管段应考虑设置低点排液阀。
(2)任何介质的管線(xiàn)，在任何场所都不设有(yǒu)“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(kě)以将有(yǒu)易冻管道的盲端改至最短，或将盲肠管段改造為(wèi)假管支撑，对难以避免的袋状管段应考虑设置低点排液阀。
2
防冻措施
(2)在装置运行时有(yǒu)可(kě)能(néng)暂时停車(chē)的设备，其冷却水管道的切断阀采用(yòng)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(yǒu)可(kě)能(néng)可(kě)在阀體(tǐ)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(duō)采用(yòng)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(tā)因素。如果环境温度太低，可(kě)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(kě)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(yòng)在泵的进、出口管道设置旁通管道的方式。為(wèi)防止备用(yòng)泵内介质冻结凝固，可(kě)采用(yòng)配置设有(yǒu)限流孔板的防冻循环管道，使流體(tǐ)从备用(yòng)泵的防冻循环管道经泵體(tǐ)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，防冻管線(xiàn)仍需保温。水泵防冻管道的安装形式如图所示。
图中启用(yòng)泵的出口端(C和B)压力应大于入口端(A)的压力，备用(yòng)泵的出口端(D)压力小(xiǎo)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(yǒu)积液，因此设置了旁通線(xiàn)，使积液从B端通过旁通線(xiàn)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(yǒu)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體(tǐ)有(yǒu)可(kě)能(néng)冷凝时，应在泄压阀的排出口凝液可(kě)能(néng)有(yǒu)积聚的部分(fēn)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”，否则气體(tǐ)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(yòng)工程物(wù)料管道
公用(yòng)工程物(wù)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。
(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(yǒu)可(kě)能(néng)积聚冷凝水的低点或末端需设置疏水阀。如果蒸汽分(fēn)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(fēn)液包和疏水阀，在蒸汽可(kě)能(néng)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(néng)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(kě)避免的伴管液袋中，液袋高度按规范不能(néng)超4m。1个伴管最多(duō)只能(néng)有(yǒu)1个液袋，不能(néng)按规范可(kě)允许几个液袋同时存在。
(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(néng)排净，管道内不得留存液體(tǐ)，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(wù)的墙边安装，供水管道及其阀门应安装在建筑物(wù)内。
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，因為(wèi)工厂空气和仪表空气介质中含有(yǒu)少量水蒸气。防冻处理(lǐ)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(fēn)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(yǒu)可(kě)能(néng)积聚冷凝水的地方也应设置排放阀。
4.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長(cháng)度為(wèi)75～100mm，根据筆(bǐ)者在神华煤气化工程现场和其他(tā)北方工程现场经验证明，放空阀和导淋阀前短管長(cháng)度在75～100mm时经常出现冻结现象，应采用(yòng)小(xiǎo)于50mm的短管為(wèi)宜，且焊接时必须采用(yòng)有(yǒu)效的冷却措施。
总结
(1)化工厂工艺管道的防冻保温有(yǒu)其特有(yǒu)的处理(lǐ)方法。工艺管道多(duō)采用(yòng)蒸汽或热水伴热防冻，保温防冻也是经常采用(yòng)的方式之一。
(2)如果管道中的介质具有(yǒu)足够的显热，可(kě)利用(yòng)保温层减少介质自身热量的损失，以此保证物(wù)料在管道内不至因黏度过大而滞流。
(3)以往公用(yòng)工程物(wù)料管道和水管道多(duō)是采用(yòng)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長(cháng)的公用(yòng)工程管道也应采用(yòng)伴热保温的方式。
转自懂一点化工
淄博汇捷化工股份有(yǒu)限公司
2023年12月12日
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