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摘要分析了水煤浆气化装置防冻设计的必要性；从设备布置和管道布置两方面阐述防冻设计；
结合规范和工程经验，论述了防冻措施，布置要领和安装形式
关键词防冻，设计，布置，管线
中图分类号：S611 文章标识码：A文章编号：
在水煤浆加压气化装置设计过程中，保温和防烫虽然常见，但是在寒冷地区装置的防冻保温设计却容易忽略。笔者结合神华包头煤制烯烃现场遇到的问题，重点阐述水煤浆气化装置在寒冷地区防冻保温的设计方法和相关注意事项。
1防冻的必要性
水煤浆气化装置生产具有一定的特殊性，由于受气化炉耐火砖、工艺烧嘴和部分仪表阀门的连续运行周期的限制，单系列气化装置的连续运转时间一般为45~60天左右，然后就需要停车检修维护。为保证全厂工艺装置运行的连续性，要根据气化装置的规模设置备炉，另外受到单炉最大投煤量的限制，大型的煤化工厂一般需要设置多台气化炉才能达到要求，这样导致气化炉开停车的频率是很高的。
气化装置的工艺管线和设备中带有固体颗粒及生产过程中形成垢片，例如水煤浆管线，高温高压黑水管线，低温低压渣水管线，以及黑水经过的大部分设备。为防止堵塞，每次停车时都需要及时用水将设备和管道冲洗干净，并将剩余的存水排净，因此装置的楼层和地面上难免会有积水。在寒冷地区此种情况若不考虑防冻，在冬季，势必会导致设备、管道和厂房地面结冰，无法及时完成设备和管道的冲洗，影响工艺装置的正常生产和倒炉，从而降低整个气化装置的操作弹性和全厂的生产连续性，甚至可能因此而造成非计划性的全厂停车。另外由于备炉的存在，装置的公用工程管线即使在正常生产过程中也会有死区的情况出现，而且部分管线只是在气化炉开停车时才使用，这部分管线的防冻如果考虑不周会严重影响装置在冬季的正常运行。
2防冻设计
2.1布置防冻
2.1.1根据防冻的必要性，水煤浆气化装置在布置时除沉降槽和灰水槽因外形尺寸较大配管较少适当采取伴热措施外，其余设备均应布置在全封闭厂房内，而且在厂房内进行设计温度不低于5°C的采暖设计。
从“有害气体扩散”的角度来看，敞开式厂房是首选，但从《石油化工企业设计防火规范》GB 50160-2008第5.2.8条规定“设备宜露天或半露天布置……受工艺特点或自然条件限制的设备，可布置在建筑物内”，因此从规范来说，气化装置是可以封闭的。针对封闭的气化装置，在建筑、仪电、暖通等方面，必须采取相应的措施，以确保整个装置安全稳定的运行，当发生泄漏事故时，能够将损失和伤亡减小到最低。
首先装置的布置要满足建规的有关建筑物防火间距、防火分区、安全疏散的要求，其次电气设备根据防爆区的划分选择满足防爆要求的电气设备，暖通专业根据《采暖通风与空气调节设计规范》设置机械通风，风机应选用防爆风机。风机控制方式为手动控制和自动控制相结合，平时车间一般的通风换气由操作人员手动开启。另外由于封闭厂房不利于可燃或有毒气排放，容易造成聚集，因此，气化框架工段及渣水处理工段内均设置有可燃或有毒气体探测器，以检测设备泄漏及空气中可燃或有毒气体浓度。一旦发生泄漏事故，信号将被送至控制室显示、报警，在DCS室内由操作人员控制相应区域内的风机启动，将厂房内的危险气体即时排出。
2.2地沟防冻
水煤浆气化装置根据其特点，要求做到尽可能最大量废水回用，所以厂房外地沟的设置不可避免。另外在生产过程中地沟内沉积煤浆等固体颗粒，想保证地沟内没水是很难实现的，因此在寒冷地区地沟的防冻也是一个很大的问题，曾经有工厂在没有经验的情况下，生产过程中的第一个冬季就造成地沟内结冰而导致损坏地沟。地沟内通蒸汽虽然可以有效的防止地沟结冰，但是这种措施会破坏现场的操作环境，无法避免从地沟盖上冒出蒸汽。在地沟内放置蒸汽管道，利用热传导来防止地沟结冰是一个不错的方案。
2.3管线防冻
在寒冷地区，所有易冻管道，如循环水管道、新鲜水管道、间歇性用水管道、间断用蒸汽管道、冷凝液管道、冲洗水管道及地漏排污管等，均要按照防冻要求设计，水泵、安全阀、泄压阀、公用工程管道也有其特殊防冻措施。结合水煤浆气化装置管道布置的特点，上述管线防冻的处理方法如下：
2.3.1埋地液体管线
对于水煤浆装置来说，埋地管线为循环水，新鲜水，生活水等，对于此类管线将其埋深确定为冻土层以下，以保证管道内介质不会结冰。
埋地管道引出地面时，如果引出地点不在室内，要特别注意，对于穿越冻土层及阀门与地面间的部分要做防冻处理，对于循环水管线来说，除要按工艺要求设置切断阀，防冻排水阀，防冻循环阀外，穿越冻土层及阀门与地面间的部分要做防冻保温。防冻保温层的厚度和材料由材控专业根据具体情况计算后确定。对于无回路的口径小于等于6“的新鲜水来说，建议设置阀门井，室内引出或口径大于6”的管线可以考虑在切断阀前设置长流水阀。具体安装方式见图1~3。
2.3.2气化装置内管廊上管线
随着装置的规模越来越大，设置的气化炉台数越来越多，装置内管廊也随之变大和变多。而且由于备炉的存在，总管布置在管廊上时不可避免的会出现死区，对于管廊上的管线，要分清其使用状况，针对不同的管线采用不同的防冻措施。
（1）管廊上的液体和湿气体管道应避免死区、盲肠、袋状管段等，以免造成管内介质冻结、凝固、局部腐蚀、沉积及吹扫不净等。可以将盲端改为最短或将盲肠改为假管支架，具体见图4。对于难以消除或避免的袋状管段应考虑低点排液阀，并保证阀门便于操作。
（2）对于开停车时使用的管线，如去沉降槽的黑、灰水管线，去研磨水池的低压煤浆泵回流管线等要设置坡度确保液体能自流干净，并在室外部分做上防冻保温。
（3）對于间歇使用的而且不能排空的液体管线，如冲洗水管线，室外部分要考虑伴热防冻。
2.3.3气化火炬管线
由于气化装置内火炬线内排放的是湿气体，而且是在安全阀起跳和开停车时排放，属于间歇排放，为避免在上一次排放结束管线冷却后内壁结冰，导致下一次排放时产生大量的冷凝水，从而导致形成水锤的风险加大，故除要求管线有0.3%的坡度外，室外的火炬管线还有考虑防冻保温。如果全厂的火炬管线过长，还要考虑每隔200~300m设置一个集液装置，考虑人工排放或自动排放。
2.3.4蒸汽管线
（1）过热蒸汽管道上的低点应设置排液阀，阀的位置应靠近蒸汽主管。如果阀门远离主管，则应在排放端设置疏水阀。
（2）室外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在靠近主管的地方，应设置切断阀，并且阀门要水平设置并靠近主管。
3结语
（1）水煤浆气化装置工艺生产有其显著的特点，对于管线的防冻，要清楚管线的工况，用途和具体使用时间，才能做出合理的防冻措施。
（2）设计人员要本着合理设计，节约能源的原则，对整个装置的防冻统一考虑，重点部位上多下功夫，以确保装置顺利过冬。
参 考 文 献
1.郑学锋，段中华化工厂工艺管道防冻保温设计方法-化肥设计2008，46（2）：19
2.HG/T20549.5-1998，化工装置管道布置设计技术规定
3.SH3012-2000，石油化工管道布置设计通则
4.张德姜，王怀义，刘绍叶石油化工装置工艺管道安装设计手册-第三版
结合规范和工程经验，论述了防冻措施，布置要领和安装形式
关键词防冻，设计，布置，管线
中图分类号：S611 文章标识码：A文章编号：
在水煤浆加压气化装置设计过程中，保温和防烫虽然常见，但是在寒冷地区装置的防冻保温设计却容易忽略。笔者结合神华包头煤制烯烃现场遇到的问题，重点阐述水煤浆气化装置在寒冷地区防冻保温的设计方法和相关注意事项。
1防冻的必要性
水煤浆气化装置生产具有一定的特殊性，由于受气化炉耐火砖、工艺烧嘴和部分仪表阀门的连续运行周期的限制，单系列气化装置的连续运转时间一般为45~60天左右，然后就需要停车检修维护。为保证全厂工艺装置运行的连续性，要根据气化装置的规模设置备炉，另外受到单炉最大投煤量的限制，大型的煤化工厂一般需要设置多台气化炉才能达到要求，这样导致气化炉开停车的频率是很高的。
气化装置的工艺管线和设备中带有固体颗粒及生产过程中形成垢片，例如水煤浆管线，高温高压黑水管线，低温低压渣水管线，以及黑水经过的大部分设备。为防止堵塞，每次停车时都需要及时用水将设备和管道冲洗干净，并将剩余的存水排净，因此装置的楼层和地面上难免会有积水。在寒冷地区此种情况若不考虑防冻，在冬季，势必会导致设备、管道和厂房地面结冰，无法及时完成设备和管道的冲洗，影响工艺装置的正常生产和倒炉，从而降低整个气化装置的操作弹性和全厂的生产连续性，甚至可能因此而造成非计划性的全厂停车。另外由于备炉的存在，装置的公用工程管线即使在正常生产过程中也会有死区的情况出现，而且部分管线只是在气化炉开停车时才使用，这部分管线的防冻如果考虑不周会严重影响装置在冬季的正常运行。
2防冻设计
2.1布置防冻
2.1.1根据防冻的必要性，水煤浆气化装置在布置时除沉降槽和灰水槽因外形尺寸较大配管较少适当采取伴热措施外，其余设备均应布置在全封闭厂房内，而且在厂房内进行设计温度不低于5°C的采暖设计。
从“有害气体扩散”的角度来看，敞开式厂房是首选，但从《石油化工企业设计防火规范》GB 50160-2008第5.2.8条规定“设备宜露天或半露天布置……受工艺特点或自然条件限制的设备，可布置在建筑物内”，因此从规范来说，气化装置是可以封闭的。针对封闭的气化装置，在建筑、仪电、暖通等方面，必须采取相应的措施，以确保整个装置安全稳定的运行，当发生泄漏事故时，能够将损失和伤亡减小到最低。
首先装置的布置要满足建规的有关建筑物防火间距、防火分区、安全疏散的要求，其次电气设备根据防爆区的划分选择满足防爆要求的电气设备，暖通专业根据《采暖通风与空气调节设计规范》设置机械通风，风机应选用防爆风机。风机控制方式为手动控制和自动控制相结合，平时车间一般的通风换气由操作人员手动开启。另外由于封闭厂房不利于可燃或有毒气排放，容易造成聚集，因此，气化框架工段及渣水处理工段内均设置有可燃或有毒气体探测器，以检测设备泄漏及空气中可燃或有毒气体浓度。一旦发生泄漏事故，信号将被送至控制室显示、报警，在DCS室内由操作人员控制相应区域内的风机启动，将厂房内的危险气体即时排出。
2.2地沟防冻
水煤浆气化装置根据其特点，要求做到尽可能最大量废水回用，所以厂房外地沟的设置不可避免。另外在生产过程中地沟内沉积煤浆等固体颗粒，想保证地沟内没水是很难实现的，因此在寒冷地区地沟的防冻也是一个很大的问题，曾经有工厂在没有经验的情况下，生产过程中的第一个冬季就造成地沟内结冰而导致损坏地沟。地沟内通蒸汽虽然可以有效的防止地沟结冰，但是这种措施会破坏现场的操作环境，无法避免从地沟盖上冒出蒸汽。在地沟内放置蒸汽管道，利用热传导来防止地沟结冰是一个不错的方案。
2.3管线防冻
在寒冷地区，所有易冻管道，如循环水管道、新鲜水管道、间歇性用水管道、间断用蒸汽管道、冷凝液管道、冲洗水管道及地漏排污管等，均要按照防冻要求设计，水泵、安全阀、泄压阀、公用工程管道也有其特殊防冻措施。结合水煤浆气化装置管道布置的特点，上述管线防冻的处理方法如下：
2.3.1埋地液体管线
对于水煤浆装置来说，埋地管线为循环水，新鲜水，生活水等，对于此类管线将其埋深确定为冻土层以下，以保证管道内介质不会结冰。
埋地管道引出地面时，如果引出地点不在室内，要特别注意，对于穿越冻土层及阀门与地面间的部分要做防冻处理，对于循环水管线来说，除要按工艺要求设置切断阀，防冻排水阀，防冻循环阀外，穿越冻土层及阀门与地面间的部分要做防冻保温。防冻保温层的厚度和材料由材控专业根据具体情况计算后确定。对于无回路的口径小于等于6“的新鲜水来说，建议设置阀门井，室内引出或口径大于6”的管线可以考虑在切断阀前设置长流水阀。具体安装方式见图1~3。
2.3.2气化装置内管廊上管线
随着装置的规模越来越大，设置的气化炉台数越来越多，装置内管廊也随之变大和变多。而且由于备炉的存在，总管布置在管廊上时不可避免的会出现死区，对于管廊上的管线，要分清其使用状况，针对不同的管线采用不同的防冻措施。
（1）管廊上的液体和湿气体管道应避免死区、盲肠、袋状管段等，以免造成管内介质冻结、凝固、局部腐蚀、沉积及吹扫不净等。可以将盲端改为最短或将盲肠改为假管支架，具体见图4。对于难以消除或避免的袋状管段应考虑低点排液阀，并保证阀门便于操作。
（2）对于开停车时使用的管线，如去沉降槽的黑、灰水管线，去研磨水池的低压煤浆泵回流管线等要设置坡度确保液体能自流干净，并在室外部分做上防冻保温。
（3）對于间歇使用的而且不能排空的液体管线，如冲洗水管线，室外部分要考虑伴热防冻。
2.3.3气化火炬管线
由于气化装置内火炬线内排放的是湿气体，而且是在安全阀起跳和开停车时排放，属于间歇排放，为避免在上一次排放结束管线冷却后内壁结冰，导致下一次排放时产生大量的冷凝水，从而导致形成水锤的风险加大，故除要求管线有0.3%的坡度外，室外的火炬管线还有考虑防冻保温。如果全厂的火炬管线过长，还要考虑每隔200~300m设置一个集液装置，考虑人工排放或自动排放。
2.3.4蒸汽管线
（1）过热蒸汽管道上的低点应设置排液阀，阀的位置应靠近蒸汽主管。如果阀门远离主管，则应在排放端设置疏水阀。
（2）室外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在靠近主管的地方，应设置切断阀，并且阀门要水平设置并靠近主管。
3结语
（1）水煤浆气化装置工艺生产有其显著的特点，对于管线的防冻，要清楚管线的工况，用途和具体使用时间，才能做出合理的防冻措施。
（2）设计人员要本着合理设计，节约能源的原则，对整个装置的防冻统一考虑，重点部位上多下功夫，以确保装置顺利过冬。
参 考 文 献
1.郑学锋，段中华化工厂工艺管道防冻保温设计方法-化肥设计2008，46（2）：19
2.HG/T20549.5-1998，化工装置管道布置设计技术规定
3.SH3012-2000，石油化工管道布置设计通则
4.张德姜，王怀义，刘绍叶石油化工装置工艺管道安装设计手册-第三版