寒冷地区RTO系统管道设计和常见易冻位置及处理办法

通常全套RTO系统组成可分为：前处理、RTO、后处理及应急旁通四个部分。前处理设备主要用于除去废气中的颗粒物、腐蚀性介质、汽雾等；后处理设备主要用于给RTO出口烟气降温，除去腐蚀性介质（二氧化硫、氮氧化物、无机酸等）及颗粒物；当系统内的废气浓度过高需要应急直排时，应急旁通管路能杜绝安全隐患的发生。


朴华科技RTO设备安装在客户厂区
RTO系统内这四个部分的设备，在寒冷环境下，容易冻结的位置主要有：

（1）RTO本体易冻位置主要分布于炉体低温区及RTO出口至后处理设备之间的垂直管道区域；

（2）前处理及后处理设备易冻位置主要分布于循环水管道、备用的循环水泵、净化塔出口到除湿箱之间分布的含有水汽的垂直管道；

（3）应急旁通作为非连续工段，应急阀门两端为死路，管道和阀门均易胀坏；

（4）一些连接的附属设备中，产生积液的位置也易发生冻结；值得注意的是，易产生积液的设备未定期排液时，冬季时发生冻结，一旦天气回暖，溶解在积液中的挥发性有机物大量挥发，局部过浓，造成安全隐患。

（5）整个系统内的仪表（温度、压力、流量计、浓度检测仪等）精密部位冻结等。

以上可总结的RTO系统内易冻结的部位主要集中在管道和仪表阀门上，今天一起来了解一下RTO系统内的管道设计和常见的易冻位置及相应的处理办法。

首先，何为低温环境，最低温度指的是什么？

最低温度的设计定义：一般是根据设备在操作过程中预期的各种可能工况下可能出现的最低金属温度确定。

实际上，我国北方地区兼有介质低温和环境低温问题，关于最低环境温度的取值，一般参照该地区气象资料，取历年来月平均最低气温的最低值。那么在寒冷地区，满足介质低温以及环境低温时，在RTO系统设计之初就需要选定合适的最低设计温度和相适配的材料来满足实际运行工况及环境温度的要求。

１、低温环境下RTO系统内的管道设计

RTO系统设计时，需要先预判可能出现的低温区域，再对该区域做出相应的选值及选材。

（1）最低设计温度的取值

在实际操作过程中，由于金属壁温不便于准确预计，通常依据介质的最低操作温度确认设备和管道的最低设计温度，且最低设计温度需对应设备和管道的设计压力，其值选择下面列出各值中的最小值。

①介质连续运行最低温度减去5~10℃；

②最低环境温度（无管道伴热时）；

③非连续运行工况下的最低介质温度，计算金属壁温。

（2）管道、管件选材及低温韧性要求

低温工况下，RTO系统中的管道、设备及相应的焊材应选择具备足够的起裂韧性的材料以避免起裂。为了确保材料在低温工况下能够安全可靠地应用，目前能验证材料是否具有合格的起裂韧性的通用做法就是采用夏比冲击试验（在工程规定的试验温度条件下，夏比冲击吸收功满足规定后才能使用）。


在VOCs治理行业，我们常用的金属管道当属碳钢和奥氏体不锈钢，基于其化学成分及制造工艺的不同，不同牌号的钢材对应的最低使用温度也不一样。

GB/T20801.1和AEME B31.3规定了材料的最低使用温度和是否要进行夏比冲击试验的最低要求。通常，国标碳钢的最低使用温度为-20℃，美标为-29℃；国标低温碳钢的最低使用温度是-40℃，美标为-45℃；奥氏体不锈钢基本上都具有较好的低温使用性能，国标材料的最低使用温度是-196℃，美标为-198℃。

所以在北方地区的关键还是在于管道、设备及阀门的选材上，除了要考虑介质是否具有腐蚀性，还需综合考虑，计算/估算最低设计温度，选择低温碳钢还是不锈钢均需要综合考量。

我国北方寒冷地区冬季气温低，RTO系统内的设备和管线散热损失大，当外环境温度低于装置内介质的凝固点（冰点）时，工艺管道和设备内介质会发生凝结或冻结。下面介绍一些常见的易冻位置和处理方法。

2、RTO系统内管道常见的易冻位置和处理方法

（1）对于已经冻结的管线，处理方法有：

①设备冻结后应用蒸汽或热水解冻，碳钢/不锈钢管线和设备解冻应缓慢以防爆裂；

②禁止在密封状态下对冻裂的管线/设备进行加热，应先打开放空横管由低到高解冻，垂直管由上到下解冻；

③对于已经冻住的金属阀门要用温水或少量蒸汽慢慢加热，防止骤然受热损坏；

厂区操作人员还应在冬季时，加大巡查力度，及时发现问题，及时检修。

（2）旁通管路防冻措施：

RTO系统正常运行时，如旁通管路过长，旁通处于关闭状态，阀门两端为死路，极易发生冻结易胀坏管路或紧急关断阀，造成泄漏，影响系统的安全运行。此种情况伴热不经济，在冬季时，给旁通阀门一个小的开度，或在旁通阀门的两侧再接一个DN15/DN20的阀门保证有稳定介质流通。

（3）循环水管道防冻措施：

循环水管道直径比较大，伴热需要消耗大量的能量，这种情况下只能在循环水的进出口之间接一个小管径的旁通线，使循环水流动起来，防止冻结，只需牺牲一点能量就能防止冻结。

（4）含有水汽的垂直管道防冻措施：

对于部分垂直安装的气体管道，如果气体中含有水，正常工况下水以蒸汽形态和气体介质混合在一起，当外界的温度低于气体对应的露点时水就会凝结为液态，低于冰点时就会结冰。

这种水结冻的现象多发生在立管和其下面的连接弯头、三通、阀门附近，结冻会堵塞管道甚至会胀坏管道。在这样的情况下，可将立管和水平管90°弯头改为45°弯头，防止在弯头处积液，在方便操作的立管和水平管连接的地方将水平管45°斜插入立管，垂直向下接排液阀，定期排液。

（5）塔器加药泵、循环水泵露天布置时防冻措施：

①需要自动启动的泵，泵的进出口阀门需要打开。

②防止备用泵冻结→在备用泵出口设置暖泵线，从运行泵的出口止回阀后引一条细管线引至止回阀前，管线内的介质从备用泵内部回流，泵内此时有介质流动，可防止泵冻结。

③停工时，将泵内残液排出。泵冷却水进出管道中间设置旁通，让循环水在旁通之间循环，防止管路冻结。

④计量泵本身管径小，自身流速低，在寒冷地区极易冻结，需对计量泵出口加热水伴热。加药罐储罐外壁加热水伴热。