防冻措施在循环水场设计中的应用

孙有宁原芝泉

（1. 神华宁煤集团烯烃有限公司, 宁夏银川 750411；2. 阿美科工程咨询(上海)有限公司，上海 200120）

防冻措施在循环水场设计中的应用

孙有宁1原芝泉2

（1. 神华宁煤集团烯烃有限公司, 宁夏银川 750411；2. 阿美科工程咨询(上海)有限公司，上海 200120）

防冻措施在循环水场设计中非常重要，作为工程设计人员应充分考虑，尤其在寒冷地区，现将某循环水场设计中采用的防冻措施提出并进行分析和探讨。

防冻措施；循环水场；应用

循环水场冬季运行中经常遇到防冻问题，如果设计时考虑不周全，将会给生产运行带来极大的危害，严重时将导致事故停车。在我国寒冷地区，防冻措施设计尤为重要，作为工程设计人员应充分认识到这一点，既要了解各个地方的地域特点，又要根据项目所在地的气候条件，做好防冻措施设计。

1 工程现状

某项目循环水场已建成投运，至今已经历了两个冬季，但在运行过程中却暴露出来一些问题，尤其在防冻措施设计方面还存在一些不足之处，看似是一些小问题，但的确给冬季生产运行带来了不利，因此，设计时不能忽视这些细节问题，往往由于细节问题的不合理，最终导致循环水场冬季运行的不可行。

某循环水场在补水系统、循环水上塔管、取样管、加药管线、过滤器进水管、过滤器排水管、洗眼器进水管、排污泵管道、循环水管排污排空等方面考虑了防冻措施设计，但在运行过程中却发现这些防冻措施的设计各有利弊，现将其存在的问题一一提出并进行分析和探讨。

2 防冻措施设计

2.1 补水系统

循环水补水系统设计通常有两种做法，即补水管从池顶进入和从地面下池壁进入，补水阀可放在水池顶面上也可放在地下阀门井中，具体采用哪种做法要根据项目所在地区的环境、气候条件和安装检修等因素综合考虑。

如西北某地区冬季室外温度一般零下15~20℃，这种气候条件下补水阀毫无异议的应该放在地下阀门井中，但设计人员却将补水阀放在了池顶上，为了防止冻坏补水阀，而对整个补水系统进行了电伴热保温，这种做法既增加了施工难度和成本，又加大了投运后的维护、检修成本。

补水系统的防冻完全可以靠地下阀门井，将补水阀安装在地下阀门井中，补水管道穿过池壁后埋地敷设，浮球导流小管穿池璧后在池内敷设，这样就可以彻底解决防冻问题。

在我国寒冷地区建设的项目，尤其应注意补水系统的防冻设计，图1、图2是二个设计不合理案例，图1补水阀设在了池顶上，补水阀等需电伴热保温；图2补水阀安装在阀门井中，但补水阀的浮球导流小管却沿池外壁进入水池，这样浮球导流小管也必须设电伴热保温，否则冬季结冰是肯定的。

图1 补水阀安装在池顶上

图2 补水阀的浮球导流小管沿池外壁进入水池

图3、图4是采用了电伴热保温后的图片，如果设计合理，将补水阀安装在阀门井中、将导流小管从阀门井中埋地进入池内，这样就可以完全不需要作上述电伴热保温。

图3 补水阀安装在池顶上需作电伴热保温

图4 补水阀的浮球导流小管需作电伴热保温

补水系统的防冻措施设计要尽量简单，能依靠自身维护结构保温，就不要考虑采用电伴热或者蒸汽伴热，增加伴热设施毕竟增加了运行管理，也造成不必要的麻烦。

2.2 循环水上塔管

图5为西北某地区循环水上塔管配管图，考虑系统运行安全需要，防冻措施共设计有6条管道，看似配管繁琐且复杂，但每条管道都有不可替代的作用，设计上考虑的很细致很周到，这样就充分保证了循环水系统冬季运行的安全性和可靠性。

图5 西北某地区循环水上塔管配管

A管为循环水上塔管，即温度高的循环回水通过A管进入冷却塔中进行冷却；B管是A管的导淋排空管。

C管为化冰管，其作用是当室外温度较低时，但循环回水温度又较高，循环水必须上冷却塔进行冷却；运行时打开C管的阀门，加大冷却塔进风口处的淋水密度，避免进风口处挂冰；D管是C管的导淋排空管。

E为循环短路管，其作用是当A管上的阀门关闭时，此时，要打开E管阀门，让A管阀门以下的水流动起来并循环回到塔下水池中；F管是E管的导淋排空管。

当冬季室外温度较低时，循环水供回水温度也较低，此时，循环水一般可以不进冷却塔冷却，如果此时循环水仍上塔冷却，冷却塔填料往往会结冰，当填料上结冰面积越来越大时，就会造成塔内填料整体塌方，对冷却塔将会造成致命的破坏，此时一定要关闭A管上的阀门，打开E管上的控制阀，使回水直接回到塔下水池中，不再进入冷却塔，这样才能保证系统冬季安全运行，本系统经过两个冬季运行效果良好。

图6为循环水上塔管防冻措施考虑不周全的案例，原设计仅有4条管道，即G、H、K、I管道，冬季运行发生过事故，由于系统无法全部停车，管道中水又无法排空，为保证生产运行需要，临时增加了J管，这样才勉强熬过冬季运行时间。

图6 西北某地区循环水上塔管配管

G管为循环水上塔管， K管是G管的导淋管。

H管为化冰管，且管道上未设切断阀，一年四季处于运行状态，在炎热季节就会造成循环水冷却效果不均匀、不稳定。

I管为系统短路管，当冬季室外温度较低时，循环水不上冷却塔，通过I管直接回到塔下水池中。

图6循环水上塔管由于设计不合理，冬季运行时，关闭了G管上的切断阀，水直接通过I管回到了塔下水池，但G管切断阀以下部分水却成为了不流动的死水，由于天气寒冷且持续时间长，结果导致了管道结冰。根据现场运行情况，为使切断阀以下部分水流动起来，只好在G管切断阀上以上又加设了J管。H管上因为没有设切断阀，水继续进入冷却塔，结果造成了塔填料局部结冰塌方。

本系统要确保冬季安全运行，必须待停车后进行彻底改造，在H化冰管上增加切断阀和导淋阀；在G上塔管切断阀以下增加循环短路管和导淋排空管。看似几处不合理的防冻措施设计，却给生产运行造成了极大的困难。

2.3 取样管

循环水系统取样管包括补水系统取样、循环供回水系统取样、旁滤进出水系统取样等。

补水系统和循环供回水系统管道通常埋地敷设，在线检测取样一般应设在室内，取样水呈流动状态，取样后的水不能就地排掉，应回到循环水池中。图7、图8为防冻措施不合理设计的案例，取样管到取样间附近后，取样管从室外地面立起，从墙上穿洞进入室内，室外地上部分为了防止管道结冰而设置了电伴热保温；如果取样管从地面下穿墙进到室内从室内立起，不但管道不会结冰，而且也不需要设电伴热，简单而实用。

图7 取样管室外部分布置

图8 取样管室内部分布置

2.4 加药管线

循环水系统加药管线在寒冷地区一般沿管沟敷设，并且要作电伴热保温，加药管线到循环水池附近可穿池璧进入池内，再沿水池内壁支、吊架敷设，否则还需要作大量的电伴热保温。图9、图10为加药管线敷设图片，两图中加药管线的防冻措施设计是极其不合理的，图9中管线完全可以从地沟中穿墙到加药间内从室内立起，图10中管线完全可以在地沟中穿池壁后在池内敷设；这样敷设加药管线，既保证了冬季运行安全，又减少了大量电伴热保温，使生产运行更趋向简单化。

图9 加药管从加药间出沿地沟敷设

图10 加药管从地沟出沿池顶敷设

2.5 过滤器进水管

为操作和控制方便，过滤器进水管上一般设切断阀且多台过滤器并联运行。冬季运行时，由于室外温度较低，循环水用量可能比其它季节要减少，此时也要调节过滤器运行数量。如果关闭过滤器进水管上的切断阀，就会造成切断阀与总管之间的水不流动，成为死水，冬季就会结冰，此时，必须要考虑防冻措施。采用电伴热保温固然可以解决防冻问题，但它不是最佳的防冻措施。比较合理可行的防冻措施是在总管与切断阀之间增加回流管线，让水一直处于流动状态。图11、图12过滤器进水管没有考虑防冻措施，存在安全隐患，如果操作不当或停运其中几台时，将会造成停运的过滤器进水管结冰。

图11 过滤器进水配管图

图12 过滤器进水配管图

2.6 过滤器排水管

当过滤器停运或检修时，为排净过滤器罐体内的水，过滤器上设有两道排空切断阀，但切断阀的位置设计也会影响到设备运行效果，如果切断阀位置设计不当，同样会造成管道结冰。图13、图14就是一个案例，原设计切断阀位置见图13，在安装时发现切断阀与过滤器罐体之间管道平常是充满水的，且水处于不流动状态，冬季运行管道结冰是肯定的，就此事与设计人员进行了沟通，设计人员答复在切断阀与过滤器罐体之间管道上作电伴热保温。把本来很简单的问题复杂化了，我们极力反对在此处采取电伴热保温，要求将切断阀位置移位，最终配管见图14，省却了电伴热保温，仅仅采用了普通保温。

图13 过滤器排污管

图14 过滤器排污管

2.7 洗眼器进水管

根据危化品特性，依据安全卫生要求，在危化品现场附近应设洗眼器。在寒冷地区，当洗眼器安装在室外时，其进水管需要考虑保温防冻措施，否则一旦管道结冰，即使发生事故，洗眼器也喷不出水，起不了作用，就成了十足的摆设。

考虑洗眼器的结构，进水管一般在地面上500mm的高度，这部分水平常不流动，如果不考虑保温肯定不安全，这部分管道采用电伴热保温是必须和必要的，见图15。

图15 洗眼器进水管配管图

在我国寒冷地区，洗眼器的选型也要周密考虑，首先，要选用自排水式的，当发生事故时，水喷出后能够自动排净，其次，要考虑洗眼器结构和配管接口，目前市场上还有一种电加热自排水式洗眼器，调研后如果可靠也可采用。

2.8 排污泵管道

图16 排污泵配管图

图17 排污泵配管图

排污泵在寒冷地区冬季运行时，要考虑防冻保温措施，图16、图17是一个基本合理的案例，但也存在一定的缺陷。排污泵的进、出水管采用电伴热保温是毫无疑义的，但图17中循环短路管也采用电伴热保温就显得不十分合理。设置循环短路管的目的是当单机试车时水可以回流到吸水池中，短路管平常是不用的，但图中的配管方式，管道中是充满水的，且水呈不流动状态，在寒冷地区冬季运行肯定是要结冰的。

循环短路管采用电伴热保温是一种有效的防冻措施，但不是最合理的，此段管道完全可以采用另外一种配管方式，即循环短路管从水泵出水总管上接出后就近加切断阀，将切断阀设在地下阀门井中，短路管穿池璧后直接进入吸水池，管道埋深置入冰冻线以下即可，完全可以不需要电伴热保温。

2.9 循环水管排污排空

为了确保生产运行的安全、可靠，大型循环水系统供、回水管道的排污排空设计是必须要考虑的，排空管道中的水才是防冻防护的最佳措施。

循环水场运行中将系统中的水全部排空，在正常工况下，几乎不太需要，但在系统清洗预膜阶段和停产检修阶段却是必须的，如果不设排污排空阀，将无法进行。大系统管道中的水量很大，最有效的方法就是设同步排吸自吸泵进行排污排空，设法兰盲板人孔，当需要排污时，打开法兰盲板人孔，将自吸泵吸水管置入人孔中即可。

3 结束语

结合循环水场的设计、施工、投运等情况，提出了防冻措施在工程设计和装置运行中的必要性和重要性，建议工程设计人员分清项目地域特点，认识到南北气候温度差异，合理地进行防冻措施设计。在我国寒冷地区防冻措施设计尤为重要，要合理地选择保温型式，不要一味的套用电伴热，应对各种防冻措施进行分析和比较，选择最合理的方案，确保建成的项目生产运行安全、操作方便可行。

[1] 中华人民共和国国家标准. 《工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102-2003). 中国计划出版社, 2003.

[2] 中华人民共和国国家标准. 《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007). 中国计划出版社, 2008.

[3] 中国石油化工总公司行业标准. 《石油化工企业循环水场设计规范》(SH3016-1990). 中国石油化工总公司, 1990.

Application of Freeze Protection Measures in Design of Cycle Water Station

SunYouning1YuanZhiquan2
( 1. Shenhua Ningxia Coal Group Propylene Co., Ltd Yinchuan 750411;2. AMEC Engineering & Consulting [Shanghai] Co., Ltd Shanghai 200120 )

It is important to prevent freezing in the design of cycle water station. As a designer, you must take it into account, especially the station is located in very cold area. The method for freezing prevention used in the design of on water station was presented in this article, at the same times, the analysis and discussion were carried out.

method for freezing prevention; cycle water station; application

TQ085

A

1008-455X(2010) 06-0040-05

2010-05-27

孙有宁（1984-），男，工程师，从事工程设计协调、施工和生产运行管理等工作。

Tel：13909510341 E-mail：synd_0629@163.com