寒潮来袭！化工厂管道防冻保温措施速收好！（附事故案例）
最近多地气温持续下降，化工厂或化工装置最重要的就是防寒防冻！防寒工作未落实好，容易使水管、冷却管冻裂，为火灾、爆炸事故埋下隐患。以下三起事故，无效的防寒防冻措施和方案是造成事故的主要原因。
01
杜邦拉波特化工装置有毒化学品泄漏事故
2014年11月15日，工人们彻夜加班加点清除管道内的水合物堵塞。由于一次开车失败，工人们停下来休息。休息期间，工厂遇到了另外一个问题：通风管道压力过高。该工厂2011年安装的通风管道长期存在问题，为了解决这些问题，工人们每天都需要将生产楼内的通风管道中的液体排出。事发当晚，工人们并没有意识到管道内的水合物堵塞已经清除，而当时液态甲硫醇和蒸汽排放管道系统之间的阀门已经打开，当液态甲硫醇从打开的阀门中排出后，楼内顿时被有毒蒸汽笼罩，两名工人当场死亡。一名工人拨打了求救电话，有两名工人在接到电话赶来处置过程中死亡。
02
Valero炼厂丙烷火灾
03
Bethlehem钢铁公司冷凝液火灾爆炸事故
▲可燃液体泄漏示意图
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，特别是在高寒地区的化工企业。管道的防冻保温设计需要根据介质温度和工艺要求具体设计保温措施。否则在恶劣的气候条件下，易出现液体管支管冻裂的情况，因此管道配管有其特殊的要求，不能按普通的要求设计。目前国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。
1、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。
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。
3、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。
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。
1、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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
1、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。
2、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。
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。
(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。
来源：中化舟山危化品应急救援基地 化工707
中国化学品安全协会
编辑：筑安
声明