淺談萘法制苯酐項目中蒸汽夾套管的配管設計

張曉東

上海建安化工設計有限公司 （上海 201900）

工作研究

淺談萘法制苯酐項目中蒸汽夾套管的配管設計

張曉東

上海建安化工設計有限公司 （上海 201900）

在萘法制苯酐裝置中，因為原料和產品的熔點較高，需要大量的蒸汽夾套管伴熱。項目中選用內管焊縫外露型夾套管（半夾套）伴熱，以滿足被伴熱介質為有毒介質的要求；選用夾套管時管道轉向處改為一端盲法蘭的三通型式，以滿足經常性檢修的要求；選用中壓蒸汽替代低壓蒸汽作為伴熱介質，以解決內管溫度遠高于外管時夾套端部結構受力過大等問題。

萘 苯酐 蒸汽夾套 配管設計

1 蒸汽夾套設計基礎

1.1 伴熱基本方法

伴熱方式分為伴熱管伴熱、夾套管伴熱和電伴熱，夾套管伴熱從結構上可分為內管焊縫隱蔽型（全夾套）和內管焊縫外露型（半夾套），伴熱介質可以是蒸汽、熱水或導熱油。

1.2 蒸汽資源

工業萘法制苯酐項目按工藝流程可分為氧化反應、冷凝回收、尾氣處理、苯酐精制、結片包裝5個單元。在氧化反應單元中，工業萘氧化反應生成苯酐是放熱過程，大量反應熱通過蒸汽發生系統轉化為蒸汽，供設備、管道使用，部分蒸汽富余外送。

1.3 夾套被伴熱介質情況及特點

1.3.1 夾套被伴熱介質情況（見表1）

1.3.2 夾套被伴熱介質特點

萘、苯酐及熔鹽的熔點均較高，常溫時為固態。如果伴熱結構不合理或伴熱效果差，則會出現堵塞管道的情況。

苯酐具有極易吸水的特性，與水生成的鄰苯二甲酸（熔點高達210～211℃）會堵塞管道，因此苯酐管道被伴熱時嚴禁水進入。

1.4 同類項目生產實際情況和業主要求

由已建成的同類項目得知，工業萘法制苯酐項目在生產過程中易堵，給正常生產帶來了很大困難。尤其是管道轉向處，堵塞后清理困難，嚴重時生產一個月就要停工檢修一個星期。根據生產實踐，業主要求夾套管在保證工藝操作需求、伴熱效果的前提下，采用有利于經常性檢修的夾套結構型式。按照《石油化工管道伴管和夾套管設計規范》（SH/T 3040—2012），合理解決項目中管道伴熱的具體要求是本文重點。

2 蒸汽夾套管設計主要內容

2.1 伴熱介質及其參數的選擇

2.1.1 伴熱介質的選擇

工廠有足量的脫鹽水，可通過蒸汽發生系統轉化為蒸汽，高壓蒸汽壓力可達7MPa(G)，再通過調節閥減壓到中壓和低壓蒸汽，以滿足裝置內的多種伴熱需求。相對于電伴熱和導熱油伴熱，蒸汽伴熱有較好的經濟性和便利性。因此蒸汽作為伴熱介質是可行的。

2.1.2 伴熱介質參數的選擇

根據SH/T 3040—2012中4.3 d)條的規定：對于控制溫降或最終溫度的夾套管伴熱管道，伴熱介質的溫度應根據被伴熱介質的凝固點或最終溫度要求確定。在工業萘法制苯酐項目中，絕大多數伴熱的目的是防止介質溫度低于凝固點，因此選擇伴熱蒸汽參數的基本原則是根據被伴熱介質的凝固點來確定相應壓力的伴熱蒸汽。伴熱蒸汽參數見表2。對應表1中的被伴熱介質，液萘、粗苯酐、純苯酐夾套伴熱介質選用低壓飽和蒸汽；熔鹽夾套伴熱介質選用中壓飽和蒸汽。

2.2 夾套類型的選擇

（1）由表1可知，除尾氣外其他被伴熱介質熔點均大于50℃，根據SH/T3040—2012中4.2a)條的規定，宜采用夾套管伴熱。

（2）由表1可知，被伴熱介質均為有毒介質，根據SH/T3040—2012中4.2e)條的規定：輸送有毒介質且需夾套管伴熱的管道應選用內管焊縫外露型夾套管（半夾套）伴熱。

（3）設計中采用內管焊縫外露型夾套管（半夾套）伴熱，可以杜絕伴熱蒸汽泄漏到內管的可能性，從而避免苯酐遇水凝結的情況發生。

2.3 夾套結構設計要點

2.3.1 夾套管組合尺寸

當伴熱的目的是防止介質溫度低于凝固點時，伴熱的作用是保溫，而不是加熱，內管介質在流動時不需要很大的加熱量。因此在選擇夾套管組合尺寸時，在滿足夾套管安裝要求的條件下可以適當降低外管管徑。對比（見表3）與SH/T3040—2012中6.1中的表15可知，當內管管徑DN80時，我們選用的外管管徑是DN100，而規范上選用的是DN125。另外DN125管相對來說不常使用，采購較困難，我們這么做也可以規避這個問題。

2.3.2 夾套管端部結構

項目中選用的內管焊縫外露型夾套管（半夾套），端面封口采用管帽式，較端板結構具有較好的強度，以解決應力集中帶來的安全問題。外管及管帽為碳鋼，當內管為不銹鋼材質時，管帽與內管之間應用不銹鋼墊板分開，這樣可以防止在內管上發生的電化學腐蝕。帶墊板的管帽式夾套管詳見圖1。

2.3.3 可以檢修的夾套結構

由于工業萘法制苯酐項目在生成過程中易堵，嚴重時需經常性檢修，所以在設計中提供了在夾套管合適位置可以檢修的方案。我們在夾套管轉向處沒有按常規選用彎頭，而是改用三通形式，在三通檢修側加盲法蘭。當管道出現堵塞時，可打開盲法蘭疏通管路。該方案的示意圖由圖2所示。

2.4 夾套設計需要注意的問題

選擇伴熱蒸汽參數的基本原則是根據被伴熱介質的凝固點來確定伴熱蒸汽，但也有特例，當被伴熱介質的操作溫度遠高于伴熱蒸汽的操作溫度時，在夾套管端部結構處應力非常集中，有時候能達到破壞管道的程度。此時可以選擇有更高操作溫度的伴熱蒸汽替代原有的伴熱蒸汽，以降低被伴熱介質與伴熱蒸汽的溫差，從而達到降低夾套管端部結構處應力集中程度的目的。在具體設計中，通過應力分析得到的結果作判定依據，將個別夾套管的伴熱蒸汽從低壓改為中壓。

3 結論

根據工業萘法制苯酐生產實際情況，合理配置內管焊縫外露的半夾套蒸汽伴熱，采用夾套管道轉向處改為一端盲法蘭的三通形式；個別情況用中壓蒸汽替代低壓蒸汽作為伴熱介質等措施，較好地解決了經常性檢修、被伴熱介質的操作溫度遠高于伴熱蒸汽的操作溫度時夾套端部結構受力過大等問題，使夾套伴熱更安全、有效、節能，滿足國家設計規范要求的同時，符合工廠的實際操作要求，提高了生產效率。

在蒸汽夾套管伴熱設計過程中，需綜合考慮多方面的要求來確定伴熱參數及夾套管結構，以便于應力專業及材料專業設計工作的順利開展。

Piping Design of Steam Jacketed Tube in the Project of Preparing Phthalic Anhydride from Naphthalene

Zhang Xiaodong

In the device of preparing phthalic anhydride from naphthalene,a lot of steam jackets for heat tracing are needed because of the high melting points of raw materials and products.Selects the jacketed piping with exposed inner tube welds(part jacketed piping)for heat tracing tomeet the requirement of the toxic heated medium.Selects the tee with a blank flange end as the jacketed tube steering tomeet the demand of the frequentmaintenance.Selectsmedium pressure steam instead of low pressure steam as the heatingmedium in order to solve the problem of excessive force at the end of jacketed pipingwhen the temperature of inner tube ismuch higher than thatof the outer pipe.

Naphthalene;Phthalic anhydride;Steam jacket;Piping design

（略）

TE 973.1

2014年5月

張曉東 男 1978年生 本科 工程師 研究方向為石油化工設計