01、 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。

02、 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。

03、 防冻保温管道的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，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。寒冷地区冰冻线以上水管的防冻管道安装形式见图1～图4。其中，循环水时可采用图1所示防冻措施；新鲜水附近无回水管道可采用图2或图3所示防冻措施；最冷月平均气温等于或低于0℃地区的循环水、新鲜水等管道可采用图4所示防冻措施(断流时间过长时需伴热)。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。

3.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。

4.压缩机入口管道

(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。

3.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。

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长度为75～100mm，根据笔者在神华煤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75～100mm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。