冰堵培训教材.doc

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1、冰堵培训教材冰堵培训教材冰堵培训教材目录1.0冰堵的必要性12.0冰塞制做12.1制做冰塞的常用方法12.2制做冰塞的先决条件22.3材料的低温脆性22.4冰塞的形成过程22.5冰塞解冻43.0应力分析44.0夹套和位置的选择54.1选择夹套54.2选择位置55.0冰塞形成的探测手段66.0冰堵的风险危害及预防措施76.1冰堵的风险76.2冰堵失效的原因及应对措施76.3管道破裂的原因及应对措施7冰堵培训教材1.0冰堵的必要性在核电厂或化工工艺系统（介质为液态）中，设备出现故障需维修或更换，必须对系统进行隔离，而该系统的相关

2、部分无隔离设备，或隔离设备不可用，或隔离设备本身需要维修等，造成系统不能隔离；同时，由于安全（例如，作为反应堆热阱的主热传输系统在任何时候必须充满水）和经济（系统介质量大、疏排和充装时间长；重水降级，放射性外逸）上的原因，介质疏排难度大或难于满足运行要求，这种情况下，采用冰塞来进行系统隔离是一种可行的方法，即：利用冷却剂（液氮或干冰等）对需要隔离的系统管道进行局部冷却，使该管段内的液态介质结冰，形成一段能承受相当高压力的冰塞，从而实现系统隔离的目的。同时，可以避免了整个系统的停运或疏排，避免了重水系统重水的降级，以及放射性物

3、质的外逸等。因此，具备冰堵的能力对堆核电站的安全运行和经济性有重大的意义。2.0冰塞制做冰塞是管道内的一段冰冻的液体，通过低温冷却剂冷却管道内介质来制做。冰塞形成后能承载相当高的压力，甚至能承受超过管道的破裂压力。根据实验得知，完整的冰塞至少能承受10Mpa以上的压力。液氮和液态二氧化碳都是理想的冷却剂。液氮的蒸发温度为-196℃；液态二氧化碳在常温常压下形成干冰，干冰的升华温度为-78℃。制做冰塞的常用方法制做冰塞方法通常有：液氮法、干冰法(1)液氮法：图一是利用液氮制做冰塞的典型做法。将冰塞夹套固定于工艺管道适当的位置，

4、当液氮供应阀打开时，液氮充满夹套，之后保持阀门一定开度，使夹套中液氮保持在满液位。管道内的液体逐渐冷却，从管壁向内结冰，直至形成冰塞。挥发的氮气从冰塞夹套上部2个排气口排到大气。液氮温度很低，可用于直径较大（2”-16”）的管道上制做冰塞。(2)干冰法：利用干冰制做冰塞的方法：第8页共8页冰堵培训教材如图二，将干冰夹套绑扎于工艺管道上，打开钢瓶阀门，在干冰夹套中形成足量干冰，关闭钢瓶阀门。适度挤压，保证干冰与管道接触良好。气化的CO2从干冰夹套和管道的间隙跑出。根据消耗情况及时补充干冰，直至形成冰塞。干冰法通常用在直径较小（

5、≤2”）的管道和管子。1.1制做冰塞的先决条件在系统管道上制做冰塞，必须满足以下3个先决条件：1）系统介质温度低于55℃。系统介质温度高，制做冰塞的过程中会产生较高的温度梯度，管道上产生较高的应力。因此，管道温度必须降低，以避免管道应力过大。2）管道内流体的流量必须为零或接近为零（直径为3”的管道，流量＜0.01升/秒）。管道流量高于以上规定时，就很难形成冰塞。此流量看似很低，但随着冰塞的逐步形成，冰冻处流通截面会减少而使流速增加。过高流速的冲刷将阻止冰塞的形成。3）管道内需充满水。对于一段气体管道，如环隙气体系统中的管道，

6、需要冷冻时，管道内必须充满水。1.2材料的低温脆性根据试验，用干冰制做冰塞，冰塞处管道外表面温度会降低到-40℃左右；而用液氮和双层夹套制做冰塞时，冰塞处管道外表面的温度通常会降低到近-120℃；液氮和单层夹套制做冰塞时，管道温度会降至很低，接近液氮温度。因此制做冰塞时，需特别注意的材料的低温脆性。脆性金属材料，主要是碳钢，还有400系列的铁素体不锈钢。300系列奥氏体不锈钢，如不锈钢304L、316和铝、镍等则是塑性材料。1.3冰塞的形成过程将夹套固定在管道上合适的位置，夹套中注入冷却剂后，管道内的液体介质开始冷却，从管壁

7、向内逐渐结冰，冰塞形成过程如图四。第8页共8页冰堵培训教材图四冰塞形成过程示意图随着冰塞的厚度慢慢增长。这时考虑以下两种情况：1）水不流动状态：水变成冰后体积增加，管道内水和冰的总体积会增加，如果不能将所增加体积的水排掉，管道内的压力会上升。如果压力上升过大，则有损坏管道的可能，必须采取措施排除掉增加体积的水。2）水在流动状态：随着冰塞的厚度的增加，管道中心的流通截面减少。等量的水通过较小流通截面时，流速就会增加。A1A2S2S1Q＝A1×S1＝A2×S2Q—质量流量A－流通截面积S—流速随着管壁内冰厚度的增加，流通截面积变

8、小，水的流速增加，冲刷更为严重。所以管道中心部分冰塞形成的时间较长。这也是流动的水实际上是不可能形成冰塞的。最后形成了两端各带一个水腔的圆柱形冰塞（图五）。径向截面看上去象一个沙漏。夹套外侧的管道也得到冷却，结果形成了一个比夹套稍长的冰塞。第8页共8页冰堵培训教材冰塞夹套冰塞冰塞端部图五冰