淺談夾套管的配管設(shè)計(jì)

李 黎 ，陳 潔 ，王躍新

1.德希尼布工程咨詢(xún)（上海）有限公司，上海 200031 2.鄭州蘭博爾科技有限公司，河南 鄭州 450009

夾套管是一種具有雙層套管結(jié)構(gòu)的特殊管道，在小直徑管道外面套上同心的大直徑套管，內(nèi)管用于輸送工藝介質(zhì)，套管內(nèi)流動(dòng)著起保溫或加熱作用的熱載體來(lái)補(bǔ)充內(nèi)管在輸送或停輸期間的熱損失，靠對(duì)流完成熱交換，來(lái)保持恒定的工藝溫度。

1 夾套管伴熱的用途及優(yōu)勢(shì)

在石油和化工生產(chǎn)中，為了保持高粘度產(chǎn)品的流動(dòng)性，避免產(chǎn)品在低溫時(shí)產(chǎn)生成分的分離、防止產(chǎn)品固化、防止腐蝕性冷凝液的形成，使特定的產(chǎn)品的溫度保持恒定，避免工藝流體由于低溫時(shí)產(chǎn)生堵塞，在生產(chǎn)工藝上，常常采用工藝管道伴熱的方式，來(lái)維持管內(nèi)介質(zhì)的溫度在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶员Ｕ仙a(chǎn)操作的正常進(jìn)行。對(duì)管內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行加熱，來(lái)補(bǔ)充熱損失，補(bǔ)充熱量的方式之一就是夾套管的方式。

夾套管伴熱具有伴熱效率高、伴熱均勻的突出優(yōu)勢(shì)，當(dāng)管道的任意一個(gè)地方的溫度降低時(shí)，氣相熱載體冷凝而釋放出大量的潛熱，同時(shí)，由于冷凝處的局部壓力降低，會(huì)立刻有熱的介質(zhì)補(bǔ)充過(guò)去，因而，使得夾套管伴熱的溫度調(diào)節(jié)迅速、適用范圍廣，是工藝要求苛刻的場(chǎng)合、特別是對(duì)溫度控制要求嚴(yán)格的高溫場(chǎng)合的最佳選擇。

2 夾套管的配管設(shè)計(jì)及選用原則

2.1 夾套管的配管原則

1）適用于各種夾套管和各種冷熱媒體的總設(shè)計(jì)原則

在配管設(shè)計(jì)中，為保證夾套管內(nèi)伴熱介質(zhì)流動(dòng)通暢，盡量避免 U形管或死角出現(xiàn)，若必須有，則應(yīng)在其低點(diǎn)處設(shè)排液口。每一夾套管的冷熱媒體進(jìn)出口都需設(shè)置切斷閥。夾套管上須安裝水壓試驗(yàn)和操作時(shí)用的無(wú)閥排氣及排液口。冷熱媒體為間歇性使用或管線(xiàn)中有維修拆卸件時(shí)，此部分冷熱媒的停用不能影響管線(xiàn)其它部分冷熱媒體的運(yùn)行。

為方便安裝，不能使用45°度彎頭。對(duì)于易于固化需要機(jī)械清洗的管線(xiàn)的彎頭部分，用十字分支加法蘭的結(jié)構(gòu)來(lái)代替夾套管彎頭，必須避免有盲腸段或液袋，盡量避免使用偏心異徑管，泵的吸入口除外。安裝內(nèi)外管的異徑管時(shí)，要使異徑管的大端在同一位置。若必須使用偏心異徑管，內(nèi)外管應(yīng)同時(shí)裝成底平或頂平形式。內(nèi)管使用同心異徑管時(shí)，外管也要使用同心異徑管。當(dāng)水平管線(xiàn)上有異徑管時(shí)，夾套管內(nèi)的媒體從小管徑處流入。當(dāng)夾套管系統(tǒng)帶有變徑的分支管時(shí)，媒體應(yīng)從最小管徑處流入。工藝管線(xiàn)的管件用對(duì)焊式，特殊情況可以用承插焊式半管接頭。冷熱媒體的進(jìn)料、出料管和跨接管上拆卸點(diǎn)，必須位于夾套管的保溫層外，避免內(nèi)外管熱脹冷縮引起的相互影響。內(nèi)外管間的定位板應(yīng)根據(jù)管道支撐放置，不能影響冷熱媒體的進(jìn)出口和排氣排液口。冷熱媒體進(jìn)出口管上的閘閥/截止閥，要盡可能靠近分配管/集合管，并便于操作。

2）流體為液體的夾套管的特殊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

冷熱媒體的進(jìn)口位于垂直夾套管的較低側(cè)和水平管的下方。冷熱媒體的流向宜與工藝流體的流向相反。冷熱媒體的出口位于垂直夾套管的較高端和水平管的上方。水平夾套管上的跨接置于管道上方環(huán)形段須向上彎曲，并且環(huán)上安裝一個(gè)無(wú)閥的排氣口。冷熱媒體進(jìn)出管不能有分支，每個(gè)進(jìn)口須有單獨(dú)的出口。垂直管段上的跨接管須在兩側(cè)交替分開(kāi)布置，以免冷熱媒體偏在一側(cè)流動(dòng)，管口要盡可能靠近夾套管端的法蘭處。在夾套管中安裝導(dǎo)流板，可以保證熱液體的有效循環(huán)，冷熱媒體分配更準(zhǔn)確，并能避免死點(diǎn)。注意夾套管排氣排液口的位置，為消除開(kāi)車(chē)時(shí)系統(tǒng)中的空氣，冷熱媒體的進(jìn)料分配管須位于系統(tǒng)的最低點(diǎn)，出料集合管須位于系統(tǒng)的最高點(diǎn)，并與地面或平臺(tái)上的操作空間相一致。對(duì)于全部夾套管的管線(xiàn)，與夾套管相接的設(shè)備管口法蘭用墊板式法蘭。冷熱媒體的進(jìn)口管與出口管的距離不得超過(guò)30m。

3）流體為蒸汽的夾套管的特殊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

蒸汽進(jìn)口位于垂直夾套管的較高端和水平夾套管的上方，蒸汽流向宜與工藝流體流向相反。蒸汽出口位于垂直夾套管的較低端和水平夾套管的下方。水平管線(xiàn)上的跨接口須向下布置，并需安裝無(wú)閥排液口。如有兩個(gè)跨接管，則須一根向上，加一排氣口，另一根向下，加一排液口。垂直管線(xiàn)上的跨接管須兩側(cè)交替布置，以免流體偏于一側(cè)流動(dòng)。碳鋼夾套管在內(nèi)管的蒸汽入口處，需設(shè)置加強(qiáng)板。夾套管的每一出口冷凝排放管須有單獨(dú)的疏水器。每個(gè)蒸汽疏水器在維修或更換部件時(shí)必須能夠單獨(dú)拆卸，而不影響蒸汽及冷凝液系統(tǒng)的操作（如有需要）。疏水器應(yīng)為熱動(dòng)力學(xué)式或溫度調(diào)節(jié)型。帶有切斷閥和旁路的疏水器應(yīng)置于適當(dāng)位置盡可能靠近回水集合管，為了不影響任何檢修和復(fù)位回水冷凝管上上游的疏水器與集合管的間距須大于2m。對(duì)于全部夾套管的管線(xiàn)，與夾套管相接的設(shè)備接口用墊板式法蘭。水平敷設(shè)的夾套管要求有坡度時(shí)，套管內(nèi)介質(zhì)流向應(yīng)與坡度一致。每節(jié)夾套管的長(zhǎng)度取決于管道布置，并受內(nèi)管與套管熱漲量差的限制，每節(jié)夾套管的長(zhǎng)度不宜超過(guò)6m。在規(guī)定的范圍內(nèi)，每節(jié)夾套管之間的蒸汽管宜采用跨接管進(jìn)行串聯(lián)，跨接管宜采用法蘭連接。夾套管蒸汽引入口至凝結(jié)水排出口的距離（即夾套管伴熱長(zhǎng)度）可根據(jù)蒸汽壓力按表1確定。

表1 夾套管伴熱長(zhǎng)度

4）夾套管材料的選用及注意的事項(xiàng)

夾套管的內(nèi)管應(yīng)采用無(wú)縫鋼管，套管可采無(wú)縫鋼管或焊接鋼管。在夾套管長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)中，要充分考慮熱脹冷縮而造成的位移，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的長(zhǎng)度。套管材料宜要與內(nèi)管相同，或線(xiàn)膨脹系數(shù)相近，來(lái)保證套管和內(nèi)管的熱膨脹一致。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中由于內(nèi)管和套管的介質(zhì)不同，造成介質(zhì)的溫度差較大，所以管道的材料必然不同，其引起的熱膨脹應(yīng)力也不同，因此應(yīng)當(dāng)分別進(jìn)行熱應(yīng)力的計(jì)算。如果兩者熱脹差異產(chǎn)生的熱應(yīng)力超出許用值時(shí)，內(nèi)管與套管宜采用同種材質(zhì)或線(xiàn)膨脹系數(shù)相近的材質(zhì)。內(nèi)管產(chǎn)生的熱膨脹需要補(bǔ)償時(shí)，要采用自然補(bǔ)償，或者設(shè)π型補(bǔ)償器。在彎頭處，如果內(nèi)外管的膨脹位移不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，需要采取適當(dāng)改變外管的直徑做法，來(lái)改變內(nèi)外管的膨脹差。此種情況下，還要充分考慮導(dǎo)向板的位置，要根據(jù)導(dǎo)向板的位置來(lái)設(shè)計(jì)，使導(dǎo)向板盡量多地吸收膨脹差。隔板和導(dǎo)流板的材料要同與之相焊接的管道材料一致或等同于管道材料。在任何情況下，若工藝管道材料與夾套管道材料不一致時(shí)，板材則須與較高管道材料相一致。

夾套管材料的選用及壁厚的要求應(yīng)符合管道等級(jí)的規(guī)定，一般來(lái)說(shuō)，夾套管的內(nèi)管和套管的材料選擇要按照它們各自?xún)?nèi)含液體的特性、壓力和溫度來(lái)確定，要保證管壁的厚度要能承受最大的工作壓力。夾套管內(nèi)的實(shí)驗(yàn)壓力的確定，要按照內(nèi)外部設(shè)計(jì)壓力最大值的1.5倍來(lái)設(shè)定，實(shí)驗(yàn)壓力應(yīng)為套管設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。

2.2 夾套管型式的選用原則及安裝

工藝管道 DN15至DN150

工藝管道大于等于DN200

表2 夾套管彎頭

表3 定位板的間距

內(nèi)管與套管的連接形式分為內(nèi)管焊縫隱蔽型（全夾套）和內(nèi)管焊縫外露型（半夾套）。夾套管型式的選用原則應(yīng)符合以下要求：輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)在50℃～100℃的工藝管，適宜采用“內(nèi)管焊縫外露型”夾套管；輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)高于100℃的工藝管道，宜采用“內(nèi)管焊縫隱蔽型”夾套管，管道上的閥門(mén)、法蘭、過(guò)濾器等應(yīng)為夾套型；輸送有毒介質(zhì)的工藝管道，應(yīng)采用“內(nèi)管焊縫外露型”夾套管；夾套管的內(nèi)管焊縫為“隱蔽型”時(shí)，在內(nèi)管需要檢查的焊縫部位相對(duì)應(yīng)的外管部位應(yīng)留出一段剖分管段，剖分管段的最小長(zhǎng)度，要大于75mm；夾套管變徑時(shí)，內(nèi)管的異徑管與外管的異徑管的大口端，端部錯(cuò)開(kāi)距離最小為50mm；夾套管保溫時(shí)，外管上的所有連接管件的連接端部，都要露在保溫層外面。夾套管內(nèi)管應(yīng)采用定位板定位，其定位板安裝方位不應(yīng)影響內(nèi)管熱位移，定位板之間的間距如表3所規(guī)定。夾套管的內(nèi)管如果帶分支管，分支管部位的外管應(yīng)采用剖分三通；夾套管的彎頭處，內(nèi)管宜采用R<=1.5D的長(zhǎng)半徑彎頭，外管率半徑如表2規(guī)定；內(nèi)管彎管的曲率半徑R等于或大于3D時(shí)，套管彎管采用剖切型，套管彎管的曲率半徑與內(nèi)管的曲率半徑相等。

[1]SH3040-2002 石油化工管道伴熱和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]孫文強(qiáng)，孫光磊.夾套管道施工技術(shù)與工藝[J].石油化工建設(shè)，2009(3).

[3]陳慧文，劉雨民.夾套管的配管設(shè)計(jì)及管件選用原則[J].煉油與化工，2007(1).