管道冰塞冷冻隔离管道冰塞冷冻隔离1 范围本文件规定了在电厂、航空航天、化工等领域金属管道上以液氮或干冰作为制冷剂（低温介质）的 冰塞技术的要求。冷冻液体可以是水或水的混合物（例如硼酸混合物）。本文件描述了冰塞生成，冰塞判断和清除的技术要求，冰塞之前，期间和之后的质保措施以及人员 和非破坏性测试的要求。冰塞隔离技术不允许在带有内涂层的包覆管或管道上应用。压力测试的要求不在本文档的范围内， 应单独进行限定。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 15822.1 无损检测 磁粉检测 第1部分：总则GB/T 18851.1 无损检测 渗透检测 第1部分：总则GB/T 20967 无损检测 目视检测 总则GB/T 23909.3 无损检测 射线透视检测 第3部分：金属材料X和伽玛射线透视检测总则GB/T 39240 无损检测 超声检测 总则3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1冰 塞 ice plug利用低温冷冻剂对管道内的液体进行局部冷冻使之凝固，从而在管道内形成一段固态且能承受一定系统压力的冰块，以临时隔离管线以便实施下游管线、阀门等设备的检修工作。注：冰塞利用低温冷冻剂对管道内的液体进行局部冷冻使之凝固而形成，可便于下游管线、阀门等设备的检修工作。3.2冰塞夹套 ice plug jacket一套装置，包裹在管道外表面，内部含有制冷剂，可冷却管道内部介质，使之凝固形成冰塞并保持隔离所需时间。注：夹套长度的选取与管道直径有关，附录A给出了冰塞夹套长度选取参照表。3.3冰塞区域 ice plug area管道上冰冻的区域，不包括受冰塞影响的区域。3.4制冷剂 refrigerant12用于在管道内部产生冰塞（3.1）的冷媒。3.5冷冻介质 freezing medium冰塞冷冻的管道和部件内部的介质。3.6超声检测 ultrasonic testing UT使用超声波对固体材料进行无损检测，如空腔、非粘接和强度变化。3.7射线检测 radiographic testing RT利用短波长电磁辐射（高能光子）穿透各种材料的能力，检测材料中隐藏缺陷的无损检测方法。4 一般要求4.1 人员要求从事冰塞隔离施工的管理人员和作业人员应经过专业培训和安全培训。4.2 设备管理4.2.1 施工单位应具备专用夹套等冰塞施工设备和工器具，其中计量工具（温度计、压力表和氧表等） 应通过计量鉴定机构检测并且在有效期以内。4.2.2 施工单位应配备并使用防冷冻、防窒息等相关安全防护用品。4.3 冰塞实施前提条件4.3.1 管道应注满水或其他可以冷冻的介质，无气体存在。4.3.2 管道内液体流量应尽可能低并趋近于零，介质流速过大不利于冰塞的形成。4.3.3 环境温度低于 43。采用液氮作为制冷剂实施冰塞时，管道表面温度应低于 50，采用干冰作为制冷剂或电制冷实施冰塞时，管道表面温度应低于 30，若实际温度不满足该限值，则需要经过模拟论证方可进行冰塞作业。4.3.4 冰塞施工过程中，冰塞距附近热源（包含焊接作业部位）之间的距离应根据热量输入和管径综合判定。4.3.5 冰塞施工过程中，待冰塞冷冻隔离的管道无振动和冲击。4.3.6 含有以下缺陷的管段禁止实施冰塞：a) 裂纹；b) 点蚀；c) 管道减薄至不可接受厚度；d) 破口；e) 其他可能引起管道爆裂的情况。4.3.7 禁止在以下管道结构或管件中进行冰塞操作：a) 管道零部件，如插头、热电偶等；b) 活动接头。4.3.8 当不满足上述 4.3.14.3.7 中的参数时，如实施冰塞，应先进行工艺验证，内容包括冰塞作业对管段和设备的影响分析和实验，以及冰塞可靠性测试等。4.4 工艺要求4.4.1 管道材质管道应为金属材质，以无缝钢管为宜。从技术上讲，对于冰塞区域，不允许进行焊接（不允许进行 圆周焊接和纵向焊接）。除非能证明没有更好的解决方案，而且在焊缝中没有缺陷，则可以对焊缝进行 冰塞操作。铸铜管、铸铁管、包管、衬管不得进行冰塞。在与重要的部件或管道安全连接的碳钢管道上使用冰塞时，应确认材料检验证书或其他考虑因素， 以避免低温脆性断裂。对于碳钢或低合金钢管道，会发生低温韧脆转变，在实施中应避免振动和外部冲击。对于不锈钢管道应避免与含卤素介质接触，防止应力腐蚀。4.4.2 冷冻介质根据管径和介质温度的不同，冷冻介质的选取原则如下：a) 液氮：液氮工作温度为-196，适用于不大于 DN400（16 英寸）的铁素体管，或不大于 DN300（12 英寸）的奥氏体钢管；b) 干冰：液态二氧化碳（干冰）工作温度为-78，适用于不大于 DN100（4 英寸）的管道；c) 氟利昂及其替代品：可以用于管道外径小于等于 60.3mm 的管道冰塞。4.4.3 冰塞位置4.4.3.1 为避免温度梯度造成的应力影响，冰塞离焊缝、管件（三通、弯头、活动接头等）之间的距离应大于管道外径的 20 倍或 600mm（两者中的较大者），若需要突破该限值，则需要经过模拟论证方可进行冰塞作业。4.4.3.2 在相邻的冰塞或冰塞和一个封闭的端之间需要一个减压装置。如果不可能，应确保它们之间的最小距离，以“吸收”由于冰塞膨胀而增加的压力，以保持低于管道的设计压力。如果冰塞与焊缝、 管件或冰塞与封闭端部之间的距离不符合标准，可通过验证模拟试验进行论证。4.4.3.3 冰塞实施建议选择弯头上游的直管，防止因冰塞故障影响下游设备。4.4.3.4 在选择冰塞区域时，应考虑到外部热源的影响。如果冰塞隔离与焊接作业同时进行，则应规定焊接区域和冰塞区域之间的最小距离，以避免温度梯度造成的应力影响。4.4.4 冰塞夹套冰塞夹套应由不锈钢、铝合金或其他经验证的低温材料制成。封套一般分为开放式冰塞夹套、半开 放式冰塞夹套和封闭式冰塞夹套。关于冰塞夹套和选择建议的说明见附录B。5 冰塞施工前准备5.1 作业环境冰塞施工前应对作业空间进行踏勘，保证设备有足够的空间进行布置和运行操作。在冰塞施工过程 中应持续监测环境氧含量。必要时在冰塞作业中强制通风，防止人员窒息。5.2 施工方案冰塞作业应编制施工方案，施工方案批准后，方可进行现场冰塞作业。冰塞施工方案应包含以下内容：a) 适用范围和管道距离测量方法；b) 风险分析（涉及对员工健康和环境的影响）和预防措施（包括冰塞失效时的应急计划）。;c) 冰塞实施步序；d) 施工前准备要求（包括制冷剂支撑冰塞的要求）；e) 冰塞实施前的质量保证措施（包括正确评估结构完整性，防止结构损坏；缩短冰塞堵时间， 以减少热应力）；f) 冰塞性能验证及冰塞性能执行过程中的质量保证措施；g) 关于移除冰塞的要求；h) 冰塞完成后的质量保证措施；i) 冰塞移除和记录的要求。工作流程图见附录C。5.3 施工工具冰塞冷冻隔离专用工具（夹套、软管、接头等）应经验证合格并处于完好状态。5.4 防护措施应准备冻伤防护用品，例如防冻手套、防护面罩、防护镜等。 应在冰塞施工过程中持续监测环境氧含量。若冰塞施工在辐射控制区进行，应按要求开展辐射防护。5.5 冰塞施工前管道检查在实施冰塞作业之前，对待冰冻的管段按照GB/T 20967进行目视检查，按照GB/T 18851.1进行渗透检查或按照GB/T 15822.1进行磁粉检查。不锈钢管道表面应无腐蚀、裂纹、严重壁厚减薄等危险性缺陷； 碳钢管道应无点蚀坑、裂纹、严重壁厚减薄等危险性缺陷。必要时应按GB/T 39240进行超声检查或按照GB/T 23909.3进行射线检查。6 冰塞施工6.1 冰塞制作确保相关的隔离阀关闭，使得待冰塞管段的流量趋于零。 缓慢将制冷剂充入夹套，直到达到稳态并保持。在冰塞工作过程中，保持对冰塞处管道的温度监测和压力（如有）监测。6.2 冰塞形成判断判断冰塞状态是否达到隔离要求的方法有：a) 单侧压力法：初步判定冰塞形成后，延长一定冷冻时间，对冰塞的一侧管道实施打压。如该段管道能承受一定的压力（试验压力应高于冰塞另一侧压力），则表明冰塞形成。这种方法适用于现场具备打压条件的情况。b) 完全疏水法：初步判定冰塞形成后，延长一定冷冻时间，对被隔离侧管道进行疏水，若水可以被完全疏排，则表明冰塞形成。c) 部分疏水法：初步判定冰塞形成后，延长一定冷冻时间，对被隔离侧管道部分疏水，采用专用装置检查被隔离侧管道液位，若液位保持不上升，则表明冰塞形成。这种方法适用于管道水装量较大，排水时间较长的情况。d) 管道温差法：初步判定冰塞形成后，延长一定冷冻时间，如被隔离侧管道离冰塞夹套大于 1 米处的温度接近环境温度，而另一侧对称位置的管道温度仍为系统温度，则表明冰塞形成。这种方法适用于管道系统温度高于环境温度的情况。不能根据管道上结霜程度来判断内部冰塞是否形成。6.3 冰塞解除作业结束后，待冰塞在自然环境下完全融化，管段恢复到常温后拆除相关设备。禁止使用火烤或电 热等外部加热方法解冻冰塞。对于竖直管道的冰塞作业或上游带压管道的冰塞作业，应在冰塞解除过程中采取措施（如下游注水），防止冰塞脱落对下游设备和管道造成冲击损伤，以及防止系统跑水。解除冰塞时应尽量避免由于冰塞两侧的压差引起的冰塞突然松动。为消除两侧的压差，应对冰塞两侧的空管进行介质填充。通过对温度的控制，可以避免冰塞的意外去除。因此，可以在适当的位置用热空气装置（禁止使用燃烧器或类似装置）形成一个小通道，液体可以通过这个通道流动，进行压力调节， 对于竖直管道，通道应形成在12点钟的位置。冰塞施工结束后，对管道进行无损检测，检查方法和要求同5.5。解除冰塞后，工具和添加剂必须完全去除，并恢复至系统正常运行状态（重新安装松动保温、弹簧 吊架等）。7 冰塞的质量保证（QA）7.1 冰塞实施前的 QA待冷冻的管段表面应易于接触，清洁，无涂层，残留物，腐蚀（内外表面），裂缝，严重的壁面变 薄和其他危险缺陷。冰塞实施区域必须在管道等轴测图上标注。冰塞实施之前，要冷冻的管段（冰塞区域+200 mm两端）应进行目视检查（VT），渗透检测（PT） 或磁性检测（MT）。铁素体管上优先选用MT。任何检测到的不可接受缺陷（VT，PT或MT）都应报告，在 这种情况下，该区域不允许进行冰塞。若要冷冻的管段有腐蚀或冲蚀导致壁厚减薄的风险，则必须进行UT或RT壁厚检查。如果检测到与预 期值的任何偏差，则必须在风险分析中考虑结果。7.2 冰塞实施期间的 QA在整个冰塞测量期间必须监测冰塞的产生。依据6.2节中描述判断冰塞是否生成。必须报告开始时间和结束时间以及冰塞实施期间的任何偏差。7.3 冰塞实施后的 QA拆除冰塞（见6.3）后，冻结的管段（冰塞区域+200 mm两端）应按照与冰塞性能前相同的方法进行检查（见7.1）。冰塞不改变壁厚，因此在冰塞操作后无需进行RT或UT。记录并比较冰塞性能前后的无损检测报告，应