建设期的π型锅炉水压试验后，三大屏中的液态水无法完全排出。如果处于高寒地区，冬季来临前无法投产，那么寒冷天气来临前需要采取必要措施，避免残余水分在低温条件下结冰膨胀对三大屏管材造成破坏。

  一、目前采取的措施一般为保温法或烘干法。

1、保温法

1.1  燃料保温法：用煤炭等燃料在锅炉炉膛内燃烧。

这种方法劳动强度大，可靠性差。遇到恶劣天气，操作人员一旦不够尽职尽责，容易前功尽弃，造成结冰破坏。另外炉膛内长期集聚有毒气体，容易造成人身伤害事故。

1.2  电热保温法：在锅炉炉膛内设置电热带加热保温。

电热设备功率较小，极寒天气时难以提供足够的保温热量。一旦电热带损坏或者因故停电较长时间，极易造成结冰破坏。

1.3  如果项目现场具备蒸汽供应条件，利用蒸汽保温是比较理想的选择。

2、烘干法

以柴油、液化气等为燃料，在炉膛内架设临时烧嘴，将炉膛加热到合适的温度，让三大屏残余液态水转化为水蒸汽排出。

这种方法可以一劳永逸地解决冬季结冰膨胀破坏问题，比较可靠，但也存在一些显著的缺点。

2.1 临时烧嘴正上方的屏过组件，会一直承受800～1100℃的热烟气烘烤，容易造成潜在的损害。

烘烤起始阶段，屏过U型管内部有液态水，产生水蒸汽持续流动，管道温度不会过高。但烧嘴正上方的U型管道内部的液态水最先蒸发完毕，然后会持续干烧8～15小时，温度达到800～1100℃。这种状况对屏过造成的损害应当引起注意。

 2.2  低温环境下烘干，会在水冷壁下部集聚较多冷凝水。这些冷凝水因为出口冰堵难以排出，快速结冰后可能对水冷壁造成破坏。

由于受工程进度及其他因素的影响，有时需要在环境温度较低的情况下烘干。烘干过程初始阶段的水蒸汽流量较小，形成的冷凝水在水冷壁下部极易结冰，堵塞管道。后续产生的冷凝水不断集聚，持续结冰。这种情况不易发现，也难以消除。容易对下部水冷壁造成严重破坏。

2.3  烘干过程中炉膛内烟气中CO严重超标，烟气串行到其他部位，容易对交叉施工人员造成人身伤害；燃油、燃气供应系统易燃易爆，容易产生安全隐患；烘干项目与其他施工项目存在工期交叉、工序安排方面的矛盾；烘干法的整体成本相对较高。

二、特殊越冬方案--有序结冰法

液态水结冰后，体积膨胀约9%，产生巨大的膨胀力，容易对容器及管道产生破坏。π型锅炉三大屏管道数量大，其水压试验后有约50～60%的残余水分无法排出，越冬问题必须重视。

保温法和烘干法是常用的越冬方案，但具有一定的缺点，甚至存在重大的技术及安全隐患。

火电行业第一次采用烘干法越冬方案是我公司承担实施的（2016年国泰新华新疆五彩湾项目），此后我公司先后承担大唐发电、中煤能源、特变电工在新疆地区π型锅炉三大屏的烘干项目。深切感受到传统方法存在的技术隐患，所以一直致力于这方面的技术改进和创新。

经过我们多年的观察、思考、试验和研究，探索出一种简单易行、成本更低、优点突出的越冬方案--有序结冰法。就是让三大屏内的残余水分自下而上分步骤先后缓慢结冰。这种情况下，虽然结冰后体积仍然膨胀约9%，但管道不产生径向和轴向膨胀力，对于三大屏管道没有任何破坏力。

这一方法乍一听违背常识，离经叛道，其实符合科学原理。

水结冰膨胀时并不是均匀地向四周膨胀，而是向约束力更小的方向膨胀。在外围完全形成较强的约束时，后续结冰膨胀时才在各个方向都产生较大的膨胀力。

在-1～-10℃的温度区间内，管道内液态水的结冰过程如下：从管道内壁开始，向管道中轴线方向分层结冰，类似于管壁逐渐加厚的过程。管道内壁周向的环形冰层逐步加厚，管道中心轴部位在较长时间内一直是0℃的液态水。外层结冰后向内产生体积膨胀，挤压内部的液态水向自由端流动，不产生明显的膨胀压力。这个过程相对缓慢，中部液态水柱的直径不断缩小、逐渐变细，但一直保持流动性，从而保证结冰过程不对管道产生膨胀压力。直到管道中轴线部位的液态水完全结冰。

管道内的液态水完全结冰后，冰柱也遵循热胀冷缩的物理规律。冰的冷缩率大于金属管道，所以结冰后继续降温时，冰柱也不会对金属管道产生破坏力。

基于上述科学原理，结合π型锅炉三大屏组件及炉膛的结构特点，可以调节出合适的温度场条件，实现三大屏残余水分有序结冰而不对管道产生膨胀破坏。

π型锅炉三大屏组件呈U形结构，上下部存在一定的高差；三大屏组件所在的锅炉炉膛上部空间相对密闭；在炉膛外墙保温较好的情况下，通过一定的人为干预，可以形成比较理想的温度场。从而实现三大屏管道内的水分自下而上按先后顺序逐步结冰，体积膨胀挤压管道中心部位的液态水向高位流动，因此不产生明显的膨胀压力。直到管道内水分完全结冰。然后气温持续降低也不会造成管道破坏。

有序结冰法克服了保温法和烘干法的诸多缺点，简单易行，不影响其他项目的正常施工。但需要业界人员打破传统常识的认知局限，才能逐步接受这种比较特殊的越冬方案。

作者简介：  吴强国，1966年出生，男，工程师，1989年毕业于同济大学燃气工程专业。

工作单位：河南煜华科技有限公司，从事燃气工程及燃烧技术研究、高炉炉缸侵蚀机理及防治方法的研究。

联系电话： 13803862530（微信同号）   网址：henanyuhua.cn

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