建設期的π型鍋爐水壓試驗后，三大屏中的液態(tài)水無法完全排出。如果處于高寒地區(qū)，冬季來臨前無法投產(chǎn)，那么寒冷天氣來臨前需要采取必要措施，避免殘余水分在低溫條件下結冰膨脹對三大屏管材造成破壞。

  一、目前采取的措施一般為保溫法或烘干法。

1、保溫法

1.1  燃料保溫法：用煤炭等燃料在鍋爐爐膛內燃燒。

這種方法勞動強度大，可靠性差。遇到惡劣天氣，操作人員一旦不夠盡職盡責，容易前功盡棄，造成結冰破壞。另外爐膛內長期集聚有毒氣體，容易造成人身傷害事故。

1.2  電熱保溫法：在鍋爐爐膛內設置電熱帶加熱保溫。

電熱設備功率較小，極寒天氣時難以提供足夠的保溫熱量。一旦電熱帶損壞或者因故停電較長時間，極易造成結冰破壞。

1.3  如果項目現(xiàn)場具備蒸汽供應條件，利用蒸汽保溫是比較理想的選擇。

2、烘干法

以柴油、液化氣等為燃料，在爐膛內架設臨時燒嘴，將爐膛加熱到合適的溫度，讓三大屏殘余液態(tài)水轉化為水蒸汽排出。

這種方法可以一勞永逸地解決冬季結冰膨脹破壞問題，比較可靠，但也存在一些顯著的缺點。

2.1 臨時燒嘴正上方的屏過組件，會一直承受800～1100℃的熱煙氣烘烤，容易造成潛在的損害。

烘烤起始階段，屏過U型管內部有液態(tài)水，產(chǎn)生水蒸汽持續(xù)流動，管道溫度不會過高。但燒嘴正上方的U型管道內部的液態(tài)水最先蒸發(fā)完畢，然后會持續(xù)干燒8～15小時，溫度達到800～1100℃。這種狀況對屏過造成的損害應當引起注意。

 2.2  低溫環(huán)境下烘干，會在水冷壁下部集聚較多冷凝水。這些冷凝水因為出口冰堵難以排出，快速結冰后可能對水冷壁造成破壞。

由于受工程進度及其他因素的影響，有時需要在環(huán)境溫度較低的情況下烘干。烘干過程初始階段的水蒸汽流量較小，形成的冷凝水在水冷壁下部極易結冰，堵塞管道。后續(xù)產(chǎn)生的冷凝水不斷集聚，持續(xù)結冰。這種情況不易發(fā)現(xiàn)，也難以消除。容易對下部水冷壁造成嚴重破壞。

2.3  烘干過程中爐膛內煙氣中CO嚴重超標，煙氣串行到其他部位，容易對交叉施工人員造成人身傷害；燃油、燃氣供應系統(tǒng)易燃易爆，容易產(chǎn)生安全隱患；烘干項目與其他施工項目存在工期交叉、工序安排方面的矛盾；烘干法的整體成本相對較高。

二、特殊越冬方案--有序結冰法

液態(tài)水結冰后，體積膨脹約9%，產(chǎn)生巨大的膨脹力，容易對容器及管道產(chǎn)生破壞。π型鍋爐三大屏管道數(shù)量大，其水壓試驗后有約50～60%的殘余水分無法排出，越冬問題必須重視。

保溫法和烘干法是常用的越冬方案，但具有一定的缺點，甚至存在重大的技術及安全隱患。

火電行業(yè)第一次采用烘干法越冬方案是我公司承擔實施的（2016年國泰新華新疆五彩灣項目），此后我公司先后承擔大唐發(fā)電、中煤能源、特變電工在新疆地區(qū)π型鍋爐三大屏的烘干項目。深切感受到傳統(tǒng)方法存在的技術隱患，所以一直致力于這方面的技術改進和創(chuàng)新。

經(jīng)過我們多年的觀察、思考、試驗和研究，探索出一種簡單易行、成本更低、優(yōu)點突出的越冬方案--有序結冰法。就是讓三大屏內的殘余水分自下而上分步驟先后緩慢結冰。這種情況下，雖然結冰后體積仍然膨脹約9%，但管道不產(chǎn)生徑向和軸向膨脹力，對于三大屏管道沒有任何破壞力。

這一方法乍一聽違背常識，離經(jīng)叛道，其實符合科學原理。

水結冰膨脹時并不是均勻地向四周膨脹，而是向約束力更小的方向膨脹。在外圍完全形成較強的約束時，后續(xù)結冰膨脹時才在各個方向都產(chǎn)生較大的膨脹力。

在-1～-10℃的溫度區(qū)間內，管道內液態(tài)水的結冰過程如下：從管道內壁開始，向管道中軸線方向分層結冰，類似于管壁逐漸加厚的過程。管道內壁周向的環(huán)形冰層逐步加厚，管道中心軸部位在較長時間內一直是0℃的液態(tài)水。外層結冰后向內產(chǎn)生體積膨脹，擠壓內部的液態(tài)水向自由端流動，不產(chǎn)生明顯的膨脹壓力。這個過程相對緩慢，中部液態(tài)水柱的直徑不斷縮小、逐漸變細，但一直保持流動性，從而保證結冰過程不對管道產(chǎn)生膨脹壓力。直到管道中軸線部位的液態(tài)水完全結冰。

管道內的液態(tài)水完全結冰后，冰柱也遵循熱脹冷縮的物理規(guī)律。冰的冷縮率大于金屬管道，所以結冰后繼續(xù)降溫時，冰柱也不會對金屬管道產(chǎn)生破壞力。

基于上述科學原理，結合π型鍋爐三大屏組件及爐膛的結構特點，可以調節(jié)出合適的溫度場條件，實現(xiàn)三大屏殘余水分有序結冰而不對管道產(chǎn)生膨脹破壞。

π型鍋爐三大屏組件呈U形結構，上下部存在一定的高差；三大屏組件所在的鍋爐爐膛上部空間相對密閉；在爐膛外墻保溫較好的情況下，通過一定的人為干預，可以形成比較理想的溫度場。從而實現(xiàn)三大屏管道內的水分自下而上按先后順序逐步結冰，體積膨脹擠壓管道中心部位的液態(tài)水向高位流動，因此不產(chǎn)生明顯的膨脹壓力。直到管道內水分完全結冰。然后氣溫持續(xù)降低也不會造成管道破壞。

有序結冰法克服了保溫法和烘干法的諸多缺點，簡單易行，不影響其他項目的正常施工。但需要業(yè)界人員打破傳統(tǒng)常識的認知局限，才能逐步接受這種比較特殊的越冬方案。

作者簡介：  吳強國，1966年出生，男，工程師，1989年畢業(yè)于同濟大學燃氣工程專業(yè)。

工作單位：河南煜華科技有限公司，從事燃氣工程及燃燒技術研究、高爐爐缸侵蝕機理及防治方法的研究。

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