寒冷地区化工厂工艺管道防冻保温设计方法.doc

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寒冷地区化工厂工艺管道防冻保温设计方法

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,特别是在吉林泉德脱硫项目中因天气严寒,管道的防冻保温设计要遵循以下原则,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,我们依据自身多年的化工经验和沿用的习惯做法进行设计。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,以确保该项目防冻保温效果。 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。 ??? 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。 2、工艺管道防冻保温设计方法及方案 2.1、工艺管道的防冻 ???本工艺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,我们也采取这种方法。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。该工程我们采用蒸汽伴热管。 2.2、保温计算的原则 ??? 保温设计应符合减少散热损失、节约能源、满足工艺要求、保持生产能力、提高经济效益、改善工作环境等基本原则。由于国家标准GB 8175-87《设备及管道保温设计导则》与GB 50264-97《工业设备及管道绝热工程设计规范》的考虑方法不同,故导出2种计算公式。GB 8175-87专指介质停止流动时的管道,在计算中取介质在管内允许形成的冻结层截面积为管道总截面积的1/4左右,管径大时可取大于1/4的数值,管径较小时可取小于1/4的数值。对于小管径的管道,由于其单位容积的散热面积较大,发生冻结的危险较大,因而在计算中要特别注意加大安全系数。GB 50264-97考虑到不少物料在温度接近凝固点时,黏度及流体阻力急剧增加,当贴管壁的物料凝固后还会引起安全阀、止回阀及仪表管件不能正常工作,故公式中未计入贴附在管壁上物料凝固时放出的热量。 2.3、保温层厚度的计算和确定 ??? (1)管道和圆筒形设备外径大于1020mm时,按平面计算保温层厚度(经大量核算,按圆筒面计算与按平面汁算,其结果基本一致),其余均按圆筒面计算保温层厚度。计算公式和有关参数可在GB 8175-87和GB 50264-97中查找。 ??? (2)为了减少保温结构散热损失的保温层厚度,应按“经济厚度”的方法进行计算,并且其散热损失不得超过GB4272-92《设备及管道保温技术通则》规定的数值。 ??? (3)设备及管道内介质在允许或指定温度降条件下输送时,保温层厚度按熟平衡方法计算。 ??? (4)为延迟管道内介质冻结、凝固的保温层厚度按热平衡方法计算。延迟管道内介质冻结、凝固、结晶的保温厚度计算,应使绝热层厚度满足如下恒等式要求: ??? ??? 式中,δ为绝热层厚度,m;D1为管道外径,m;D0为内层绝热层外径,当为单层时即为绝热层外径,m;Kr为管件及管道支吊架附加热损失系数,Kr=1.1~1.2(大管径取值应靠下限,反之应靠上限);λ为绝热材料在平均温度下的导热系数,W/(m2·℃)。λ的取值应符合下列规定:导热系数应取绝热材料在平均设计温度下的导热系数,对软质材料应取安装密度下的导热系数。T0为管道的外表面温度,℃;Tfr为介质凝固点,℃;Ta为环境温度,℃,室外管道应取冬季极端平均最低温度。tfr为介质在管道内不出现冻结的停留时间,h;αs为冬季最多风向平均风速下的放热系数,按公式计算。式中,W为年平均风速,m/s,当无风速值时可取为11.63[W/(m2·℃)];在防冻计算中,风速取冬季最多风向平均风速;V和Vp为介质体积和管壁体积,m3;ρ和ρp为介质密度和管壁密度,kg/m3;C和Cp分别为介质

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