高寒地区设计注意事项3

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1、高寒地区设计注意事项总结近年来，随着国家西部大开发战略的实施和产业转移热潮的兴起 越来越多中、东部地区的化工企业选择到西部建厂办企业。由于包括 宁夏、内蒙古等在内的西部省份具有煤炭资源优势，兴起了煤化工投 资热，已经和正在建设一批规模大、技术新、投资高的煤化工企业。 这些项目本身属于易燃、易爆、易泄漏的高危化工行业，技术和设备 十分复杂，而西部地区一年四季温差极大，冬季最低气温甚至低于零 下 40 多度，而中、东部地区不少化工企业和化工设计、施工单位缺 少严寒防冻经验和意识，极易使项目在最初的设计和施工等各个环节 出现对防寒、防冻或考虑不周、或防寒标准不够的情况，使项目建设 后出现设备“不受冻

2、”的现象，埋下安全隐患。工艺方案要求以对压缩机冷却系统与设备的要求为例:依据高寒地区工况特点，对冷却系统与冷却设备的总体要求如下（1）必须满足热力设计中对各级间冷却与终级冷却的温度要求， 即能释放所应导走的热量，满足压缩气体冷却的要求，压缩机终级气 体排气温度低于45C或不高于环境温度15C的要求。（2）满足润滑油冷却散热的要求。（3）压缩机停机后，冷却介质防冻的要求。（4）总传热系数高，使冷却器结构尺寸小、重量轻。（5）流动阻力损失小。在气侧可减小压缩机所消耗的功，也可 减少热交换器的热负荷。（6）系统应简单可靠，便于清洗维修。鉴于高寒地区工况特点及对设备的要求，压缩机的冷却方式有全 风冷式

3、、循环水冷式和水风混合冷却式等三种设计方案对策。压缩气体采用空冷却器强制风冷却，气缸与填料水套和润滑油采 用闭式循环水（环境温度低于0c是采用防冻液）冷却，适用于高寒 地区及特别缺水地区。（ 1）气体的冷却根据气体流动传热原理，使增压后的高温气体在不锈钢翅片管做 成的换热器内流动，风机产生的冷却空气则垂直于换热管束流过，使 换热器热量快速传递，将气体的热量带走，达到风冷却器强制冷却的 目的。气体空冷却器采用高翅片以达到高效换热效果，按照使用当地的 环境条件设计，保证可以在复杂的气候条件下有效地工作，使出口处 的气体温度不高于45c或不比环境温度高15C。（2）气缸和填料水套的冷却普通全风冷式压

4、缩机的气缸不设置散热翅片而采用自然冷却，机 身润滑油则采用翅片管冷却器由风扇强制冷却。但为保证气缸和填料水套的热量能有效带走，减小摩擦磨损，有 效延长寿命，本文作者推荐压缩机主机各级气缸和填料应设置冷却水 套，在空冷却器的下部设计相应传热面积的翅片管冷却器，通过空冷 却器、水泵、管道等组成闭式循环水冷却系统对其进行循环冷却。冷却循环液自各级气缸进水口通过进水汇管连接在风冷器循环 水泵出口上，各级气缸冷却水排水口口汇于排水总管后回到风冷器中 冷却，冷却水流量通过排水总管上的截止阀进行控制。因冷却气缸而 升温的水，再通过空冷却器释放热量。在环境温度低于0C时，采用 防冻液替代冷却水。3）机身润滑油

5、冷却压缩机运转时，要使润滑油不致因温度过高引起润滑性能变化， 同时，使运动部位散热降温，润滑油也必须进行冷却。压缩机机身润滑油的冷却一般采用专门的列管式冷却器进行冷 却。冷却循环液自机身油池冷却器进水口通过进水汇管连接在风冷器 循环水泵出口上，机身油池排水口汇于排水总管后回到风冷器中冷却 冷却水流量通过排水总管上的截止阀进行控制。采用水冷式冷却系统方案压缩气体、气缸与填料水套和润滑油采用开式循环水冷却。开式 系统是指在环境空气中爆气降温的冷却水循环系统。冷却循环水因冷 却气体、气缸与填料水套和润滑油而升温后，再送至玻璃钢水冷却塔、 水池进行冷却，然后再通过水泵进行循环使用。由于此种开式系统中的

6、冷却循环水必须在环境空气中爆气降温， 不仅水质不容易控制，而且还需定期补充水，并且冷却塔与管道配置 及水泵要增加一次性投资，水泵与冷却塔中的风扇也要消耗一定电能在高寒地区使用采用水冷式冷却系统方案还应注意解决的问题 及应采取的对策如下：（1）在冬天使用的防冻问题及设计冷却系统的对策。在室内地下设置水容积10m3以上的水池，水泵及管道等设置在 室内，水池上的屋顶放置玻璃钢冷却塔。当压缩机在正常工作时，冷 却水因冷却气体而升温后由玻璃钢冷却塔散热。当压缩机在停止工作 时，冷却水即汇集在水池内，由于水池设置在室内，加之高寒地区的 室内均设有暖气，因此，无须放掉冷却器、气缸水套等水路系统内的 余水也不

7、致冻裂设备。（2）选择合理的换热器结构型式，提高冷却器换热效果，使冷 却器结构尺寸小、重量轻。应根据压力温度等技术参数选择合理的换热器结构型式，选择新 型高效的换热元件。建议采用不锈钢材质的三维内肋管作为换热管， 不仅可提高换热面积，同时，可将气体由层流变为紊流，提高传热系 数。（3）避免腐蚀结垢及便于清洗问题。 循环冷却水一般虽采用了电子除垢器或钠离子交换软化法进行 处理，但效果不佳。循环冷却水的水质受各种因素的综合影响，浊度 较高（有时高达600X10-6）、悬浮物含量高、硬度较高，甚至含油， 菌藻滋生严重，水质较差。冷却水的循环使用，对换热器带来腐蚀、 结垢和粘泥问题，尤其是管间环隙结垢

8、相当严重，甚至被堵死，冷却 效果极差，对压缩机的安全、稳定、长期运行构成较大危害。冷却芯 子一旦结垢，采用抽出人工清除的办法极难清除。目前，正逐步推广 循环水流再线清洗与化学循环水流停机清洗相结合的先进可行的除 垢新工艺。因此，冷却芯子应便于抽出清洗，换热管要求采用不锈钢 材质，以便于进行定期化学清洗除垢而不致化学腐蚀。采用混冷式冷却系统方案 将玻璃钢冷却塔及水池这种开式冷却循环系统改为水循环风冷 却器闭式循环系统，即各级排气、气缸填料水套、机身润滑油等的冷 却采用闭式循环水冷却。循环水的热量通过翅片管式风冷却器进行强 制换热冷却，循环水始终处于密闭系统内。在闭式系统中，使冷却循环水在冷热交换

9、时不和环境空气接触， 使用含防冻液的软化水的闭式系统，在防止水垢、腐蚀等方面，有着 强的综合优势。（ 1 ）由于采用风扇吸风式强制冷却，换热效果好，在满足冷却 循环水量需要情况下，实际所需要的水量不大，可设计成一定容积的 水箱。因此，可在水箱内加注蒸馏水或纯净水，完全避免了冷却水本 身水质差及蒸发浓缩等造成的腐蚀、结垢等一系列问题。特别是可以 在水箱内改加注防冻冷却液，以适应冬季高寒的北方地区及沙漠缺水 地区。（2）对循环水进行强制冷却的空冷却器为低压设备，翅片换热 管可采用铝材或铜材制造，传热效果比钢材更佳，制造难度和成本相 对较低。风冷式、水冷式和水风混冷式等三种方案，各有特点。若换热器

10、承担的热负荷相同、被冷却的压缩气体的降温相同的情况下，三种方 案比较如下。水冷式效果最好，水风混冷式效果其次，风冷式效果较差。开式 循环水冷系统中，冷却水通过玻璃钢冷却塔喷撒，冷却水在环境空气 中爆气降温彻底。压缩气体经过水冷却器后出口处的气体温度，一般 不高于环境温度10c。采用风冷式时，出口处的气体温度一般比环 境温度高1015C。水冷式体积最小，风冷式体积较大。空气的比热仅为水的 1/4， 则所需的空气量将为水的 4 倍，再由于为提高空气侧表面的换热系数 空冷器一般采用高翅片管作换热元件，因此，相对于水冷却器，风冷 却器体积就大得多。在吸排气压力、排气量相同的情况下，混冷式压缩机的制造成

11、本 高于风冷式，风冷式压缩机的制造成本高于水冷式。但就加气站成套 设备和占地费用进行比较，由于循环水冷式压缩机需配置循环水泵、 玻璃钢冷却塔及盛水池、电子除垢器、水管路、水阀等，混冷式压缩 机也需配置循环水泵、风冷器、水管路、水阀等，这些都会增加辅助 设备费用和增加占地费用。可见不同冷却方式的气体加气站，其建站 总费用相差不大，甚至全风冷式压缩机可能更为经济。全风冷式压缩机无需增添一整套的管道、泵、水处理辅助设备， 空气可免费取得；由于水冷式系统存在腐蚀、结垢、清洗等一系列问 题，风冷系统的维护费用一般为水冷系统的 20%-30%，加上目前世 界水资源供应形势日趋严峻，故风冷的优越性亦愈来愈突

12、出。采用同样的成橇方式，水冷式压缩机的振动远小于全风冷式压缩 机。在无特殊降声措施如设置隔声罩，全风冷式压缩机的噪声远高于 水冷式。风冷式压缩机具有全天候地域运行的极强适应性，在水冷式压缩 机难以适应的高寒、缺水地区也能正常工作，表现出独特优点。风冷 式系统中，压缩机气缸填料、润滑油采用一套由较小的风冷器、管道、 泵等组成的闭式循环系统，比气缸无散热翅片而是自然冷却，各级气 体冷却器、机身润滑油冷却器采用翅片管式的全风冷式系统更优越； 根据压缩机个体的具体情况，客观、科学地选择压缩机的冷却方式。 既不能认为水冷式压缩机一定安全可靠、排气温度低，也不能认为风 冷式压缩机排气温度一定高；机身油池和

13、气缸填料润滑注油器中设置 防爆型电加热器，保证在高寒地区运行可靠。布置设计要求装置的设备布置设计是装置工程设计的关键环节，合理紧凑的装 置布置，可以减少土地的征用，缩短工艺管线、公用工程管线、仪表 电缆、电缆等工程量，节约工程投资，同时也能降低装置运行费用。 装置设备布置的好坏，还直接关系到生产操作是否便利和装置外观形 象是否美观。因此，装置的设备布置设计是装置工程设计中的关键环 节，应予以高度重视。高寒地区由于其的设备布置由于寒冷期长，昼 夜温差大，而且有些地区风沙很大，因此在设备布置方面有需要注意 的方面。在寒冷地区，塔区设备布置在其他方面同一般地区区别不大，泵 宜集中集中布置在泵房里，便

14、于检修和维护方面。泵房的上方不得布 置甲、乙、丙类容器，泵房的布置还应满足使泵的入口管线最短这一 工艺要求，因此适宜将泵房布置在管廊下面是合理可行。泵房内泵的 布置采用双排布置，动力端相对，中间留出操作和检修通道。塔侧的一排布置塔底抽出泵，框架侧的一排布置回流泵。这样， 塔、塔底抽出泵、回流罐、回流泵顺序对应，不仅做到了泵的人口管 线最短，同时也满足了流程式布置的要求。伴热要求当今石油化工装置趋向于露天化，而且采用直线型布置，这样对 于冬季的防冻问题就显得非常重要，因此合理选用伴热介质和伴热方 式则应取决于工艺条件。石化装置的物料在输送过程中，尤其在冬季因散热会导致温度下 降，甚至发生凝固和结

15、壁等问题。为了弥补介质的热损失，维持正常 生产，需要进行伴热保温。大概装置用于伴热防冻费用占装置建设总 投资的1 %1. 5 %，随建厂地点的气候和项目有关。1. 化工厂的防冻问题。在当前能源紧缺、价格上涨情况下，要 做到注意节约能源，应根据不同生产工艺情况，既要防止冻结给生产 带来危害，又要防止能源浪费。因此在设计中，要尽量避免产生冻结 的可能性，要考虑管线能自排净，有时可增加旁通管路以备检修时仍 能维持循环。阀门要安装在合适的位置，并避免有死角以保证管线能 连续流动。2. 可优先考虑采用装置副产的低能位蒸汽。根据国内外经验， 使用电伴热系统的一次投资比蒸汽伴热约高50%，但电伴热能源利用

16、率高，常年运行费低，如果电汽价格比小于一定值时，则电伴热投资 差额回收期会缩短。3. 有些工艺条件不容许采用蒸汽伴热或电伴热，要采用如热盐 水、导热油或联苯- 联苯醚等热载体闭式循环系统，并在规定的温度 范围内循环运行。如输送物料苯（冰点5. 5 C,沸点80. 1C）时，在冬季时由苯库经管架管线输送至生产装置，而苯则在库区先加热到约30 40 C,外管线用热盐水伴热，使冬季苯在管内不被冻结。即使 输送完后，留在管内剩余的苯亦不会冻结。但不能用蒸汽来伴热，因 蒸汽会使管内苯沸腾气化。4. 当采用蒸汽伴热防冻时,常因光管伴热效果不佳。因此,建 议在伴管与主管之间敷设如导热胶泥一类高导热系数材料来

17、代替传 热性能差的空气,形成连续的热结合体,可有效地增加接触面积,降 低热阻。当采用一般光管做伴热管并以软质材料作外保温材料,应注 意在伴管与保温层之间加铁丝网以保证加热空间。5 应尽量使易冻结的管线布置在不被冻结的环境或在采暖厂房 内预先将物料加热,然后经架空不伴热的保温材料绝热管线送往用户 也可与热管线相平行合并敷设,以节省能耗。土建设计要求现代化工企业生产厂房逐步向轻型化、联合化的方向发展,发展 成为各工各工段整合到一起的现代化联合生产厂房,在同一建筑空间 内实等各种功能,缩短建设周期,从而提高管理效率、节约运行成本。 但同时由于厂房面积的扩大,对采光、通风、照明带来了新的挑战, 怎样做

18、好采暖、通风的设计,成为当务之急。在寒冷地区高大厂房的采暖通风系统设计中,排风宜采用自然与 机械系统相结合的原则以降低初始投资和运行费用；进风采用热风与 补风系统相结合的原则,以改善中心区域生产环境；根据置换通风原 理采用地面送风方式,改善气流组织；寒冷地区采暖负荷计算一定要 对通过屋面采光板的热辐射作用加以考虑。在高寒地区,气温较低,地表水含量高,所以冻胀非常严重,因 此在土建设计方面也需要多加考虑气候对建筑物的影响,以常见的散 水坡存在的问题为例，省定型图对散水坡的基层做法为素土 150mm 夯实（或砂垫层） ，此种做法无法满足高寒地区对抗冻胀的需求，设 计部门在设计时也没有因地制宜地考虑

19、本地区的实际情况，如果生搬 硬套省定型图的做法，结果散水坡随着气温的变化，出现各种变形， 直至破裂。散水坡在冬季施工时很容易受冻，一旦受冻，强度将大幅 度下降。这主要是水在低温下冻结时，体积增加 9 % ，解冻后不复 收缩。因而空隙率增大，同时骨料周围的 1 层水泥浆膜散水坡选用 定型图换土做法，要视其原土质和地势确定换土的深度， 散水坡采用定型图时，混凝土的厚度可由原来的 50mm 增加到 7080mm，强度等级应采用C15的混凝土。基层采用3050mm的 混砂石来增加其整体性来提高它的抗冻性能；散水坡回填土绝对不允 许用建筑垃圾和腐殖土，换填土要用非冻胀类材料，并且具有一定的 保温性能的材

20、料，如:炉渣，砂或混砂石等材料不受水浸宜采用；回 填的非冻胀材料应按施工规范要求进行分层夯实，确保回填质量；散 水坡必须设置分格条，分格条的间距应不大于2m。并且应该刷上防 腐油，靠外墙处应该摄制20mm的缝隙，并用青麻丝填塞，不宜用通 长的板做与外墙的隔离缝，其坡度宜比常规做法增加 1%，冻胀拱起 或塌陷翘起时可随时进行修整。给排水寒冷和严寒地区建筑给排水设计的特点主要是防冻。1. 室内管道时，则需要设置电伴热系统保温。消火栓和喷淋立管 最好布置于和采暖管道合用的管道井内，不宜布置于楼梯间等不采暖 的部位。地下室如果不采暖的话，自动喷水灭火系统应采用干式系统， 或者代替干式系统的预作用系统（

21、可以不充气）。消火栓系统则要采 用电伴热保温，则需要电气专业提供足够的电量；如果暖通专业采用 值班采暖，自动喷水系统也可以采用湿式系统，局部与室外直接连通 的部位（地下车库的入口处等）给排水及消防管道可能结冰的部位， 可考虑局部采用电伴热系统，或局部自动喷水灭火系统采用干式系统 在非采暖建筑（厂房，库房等）设置消防系统时，一般可以采用干式 消火栓系统和干式或预作用自动喷水系统。2. 室内污水系统和雨水系统：污废水管道及雨水管道均应布置为 内排水系统。住宅类建筑的屋面雨水管道应和建筑专业密切配合，以 方便雨水立管及悬吊管均能布置在公共部位。由于阳台多为封闭阳台 景观阳台可以不设置排除阳台雨水的雨

22、水立管和地漏，放洗衣机的生 活阳台则需要设置排放洗衣机废水的排水立管和洗衣机专用地漏，如 果对于阳台可能冰冻的地区则应采用相应的保温措施。3. 室外给水系统和消防系统：室外埋地的给水和消防管道敷设的 常规做法一般有直接埋地式和架空敷设两种，直接埋地式最为常用， 管道要埋设在冻土层以下；架空敷设时应考虑管架和保温措施，在北 方寒冷地区常采用蒸汽伴热管线外加保温材料进行保温，即要敷设相 同长度的蒸汽管线以保证给水及消防管道不被冻坏；然后再分支处加 阀门阀门后加放空阀，冬季放空可以防冻；设循环双线，保证连续循 化，局部死端采取电伴热措施。当采暖室外计算温度低于-10 C的地区，各种室外水表井、阀 门

23、井、消火栓井、水泵接合器井、各种水池等均应做保温井口或采取 其他保温措施，一般在人孔处设保温井口及木质保温盖。消火栓井盖 高出周围地面 100mm 以上，以防雨雪水流入，为不影响交通，可将 消火栓设置在绿化带上，并设标记。室外埋地的各种水池也应有防冻 措施，水池应覆土保温，池顶覆土深度应尽量在冰冻线以下，确保水 池高水位在冰冻线一下，水池人孔，取水口设保温井口及木质保温盖。4. 室外污水系统和雨水系统：冻塞管道的原因一般有两个，一是 埋深过浅，保温措施不够；另一个是管道坡度过小，排水流速较慢， 污水的热量散失很快，在未进入检查井之前已经冻结。解决冻塞现象的根本办法是加大管道的埋设深度至冰冻线以

24、下，这样可确保管道常 年不结冰。冬季试压化工装置施工完成后需要对管道及设备进行压力试验，某些管道 属于脆性材料禁止使用气体进行；管道用水进行压力试验要求环境温 度必须在5C以上，高寒地区低温时段较长，管道在试压时必须采取 有效的防冻措施。试验用水中加入防冻液是一个比较好的方法。乙二醇防冻液是工业工艺管道冬季进行压力试验很好的防冻液， 能很好的解决冬季用水进行压力试验时管道冻裂的问题。乙二醇目前 最常用的汽车防冻液，使用性能良好，价格合理，因此可选用乙二醇 作为管道压力试验的防冻液；通过实验确定管道进行压力试验时乙二 醇水溶液体积比浓度和用量。一般情况下25%-30%的乙二醇水溶液凝 结点较低；

25、乙二醇防冻液吸水性强，在运输、存放及使用过程中时必 须密封；乙二醇有毒，严禁在生活水系统管道中使用；压力试验完毕 后必须用压缩空气或氮气把管道内的余液吹扫干净。仪表选用与布置高寒地区的化工工艺仪表的配置也当有所注意，被测介质通过测 量管线传送到变送器时，常出现环境温度过低时就会发生冻结、凝固、 析出结晶等现象，耐震压力表因环境温度过低而超出所使用仪表的正 常工作温度区间，直接影响到仪表测量显示的准确性。因此在仪表的 选取和使用方面需采取必要的措施，采取的措施通常有：选型，保温 伴热，维护（点巡检、排污）等。1）选型措施选带保温装置型仪表。 差压变送器 根据仪表的类别用途及拟安装地理位置，提出该

26、仪表的保温防冻需求，再提交与厂家来处理。高寒地区昼夜温差太大，夜间可以到达20 多度，若从选型上解 决则性价比相当大不合算而选择保温伴热，维护（点巡检、排污） 等方法则是防冻最佳的解决办法。2）保温和伴热措施用保温材料保温，即用保温材料将仪表易冻或怕冻的部位包起来。 冬季来临时要检查、经常排污，防止包装的保温材料破损。伴热措施 较多，常用的有以下几种：1. 蒸汽伴热措施即使用管蒸汽暖气保温。冬季保温送汽之前要检查一下蒸汽保温 管路是否畅通或堵塞。最好蒸汽是24 小时通的，不要太热，有时还 要根据天气温度变化来调整供保温汽量，以防止温度太高使变送器引 压管内冷凝液汽化影响变送器工作或因温度太低使

27、变送器引压管内 冷凝液冷冻影响变送器工作畅通。2. 保温保护箱措施a、电热管伴热保温箱，由箱体、加热器、仪表托架等三大部分组 成，其结构形式与保护箱相同，所不同的是箱内装有电器加热装置， 起结构形式如图，电热装置是由电热管，温度控制器组成，箱体侧面 装有插座，当接通电源后，箱内加热到所需温度时，再由温度控制器 接通电源继续升温。通过反复工作使箱内温度能保持在一定范围 内。b、蒸气管伴热保温箱，伴热管是用金属管制成S型结构.箱体上 下采用焊接式穿板接头与伴热管焊接而成，伴热管安装在箱内为上进 下出，通过蒸气在管腔内的循环而达到加热目的。伴热管材料一般分 为两种，即紫铜管，无缝钢管（碳钢）。c、为

28、关键仪表箱再加一层保温棉，在保温箱门口和进出管线口加 胶密封，可达到仪表系统更佳保温防冻效果。3、电加热带措施电伴热保温技术是一种新型的由电能直接转化为热能的供暖技术。 加装保温电缆，将伴热带，缠绕在仪表上，或粘在仪表柜内部（但要 注意所用伴热带的长度，要经济适度）。适用于管道、阀门、耐震压力表、 差压变送器 泵体的伴热、防 冻和保温或者维持仪表管线工艺温度的单相恒功率电热带，单位长度 发热量恒定，输出功率不受环境温度变化而改变，使用长度和功率成 正比，在安装时可以任意剪接，但必须保留有一个发热节（即至少 2.5m）,外层编织层具有传热、散热作用，同时能作为防静电的安全 接地。主要用于各种管道、仪表的防冻、保温，最高维持温度150C。 注意：对温度要求严格控制的液体管线的伴热和保温（须配用温度控 制器）。在冬季由于室外仪表采取了拌热保温措施，仪表的维护和监控也需 要检查冬季和夏季的区别，主要是环境温度的变化对测量介质和测量 仪表的影响；冬季主要是检查防冻保温，避免仪表本体和测量介质冻、 凝等现象的发生；加强巡检力度，对重要仪表要检查保温箱内外保温 情况；根据天气情况，适当调整疏水器开度；如遇系统停车，通知调 度确保仪表保温的供给3）维护措施高寒地区的气候状况给自控装置安全稳定运行带来很大危害，必 须采取一定维护措施才能保证正常运行。因此必须在仪表的使用过程 中需加强巡检。