熱水夾套管設計過程中的注意事項

袁錦瑞

中國五環工程有限公司 武漢 430223

夾套管是由內管、外管組成的雙層管道結構，正常生產時工藝物料在內管流動，熱介質在內、外管道間的環隙中流動。熱介質與工藝物料通過內管管壁進行熱量傳遞，有較大的傳熱面積和導熱系數，故其傳熱效果及傳熱穩定性遠優于普通伴熱，經常被用于熱敏性流體、易結晶流體及高粘流體等工藝要求較高的場合。

夾套管的類型：根據熱介質的不同，可分為蒸汽夾套、熱水夾套及熱油夾套；根據管道結構形式的不同，可分為全夾套或半夾套。下面將簡要介紹熱水夾套系統設計過程中的注意事項。

1 夾套管管徑、管件選用原則

1.1 夾套管管徑選用

根據《石油化工夾套管施工及驗收規范》SH/T3546-2011，夾套內管、外管、熱介質引入引出管及跨接管組合尺寸通常按表1進行選擇。

表1 夾套內管、外管、熱介質引入引出管及跨接管組合尺寸(mm)

1.2 夾套管管件選用

1.2.1 彎頭

當內管采用1.5DN標準彎頭時，內管、外管的曲率半徑通常按表2確定：

表2 采用1.5DN標準彎頭時，內管、外管的曲率半徑 (mm)

1.2.2 法蘭

全夾套管道的連接法蘭一般為夾套法蘭，施工時夾套內管與法蘭徑焊接，夾套外管與法蘭壁焊接。值得注意的是，部分全夾套管道的設備接口法蘭、調節閥連接法蘭可能采用普通法蘭，設計時應根據具體情況選擇配對法蘭，以免造成管道與閥門、設備無法對接。

根據HG/T20592-2009及HG/T20615-2009附錄B，公制夾套帶頸對焊法蘭規格最高可做到PN40、DN350X450；英制夾套帶頸對焊法蘭規格最高可做到300LB、DN350X450。因此，對于全夾套管道，當管道壓力等級大于等于600LB時，夾套管連接法蘭、閥門僅可選用普通形式。在此情況下，應對管道的閥門、儀表件進行蒸汽伴熱，避免長距離管道無熱水夾套伴熱，造成管道堵塞。詳見圖1。

圖1 法蘭的連接與伴熱

需要引起設計者注意的是，《石油化工管道伴管與夾套管設計規范》SH/T 3040-2012第5.2.5條規定：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。設計者應根據輸送介質的毒性、管道壓力等級綜合判定夾套管的夾套類型。

1.2.3 異徑管

夾套管變徑時應采用標準異徑管，內、外異徑管大口端設計時應錯開布置，相距距離不小于50 mm，連接形式見圖2。

圖2 異徑管布置

1.2.4 三通

夾套內管有支管引出時，按兩種情況考慮：① 夾套內管、外管均為等徑、或異徑三通時，外管不需擴徑，按原管徑接三通引出;② 夾套內管采用鞍座或者半拷貝倫時，外管的公稱直徑原則上要比內管大兩個等級，并增加大小頭變徑；詳見圖3。

圖3 夾套內管引出時三通的設置

2 夾套管、隔斷、熱介質接管及跨接管設計注意事項

2.1 夾套管設計注意事項

2.1.1 夾套管分節長度

夾套管分節長度一般有6 m、9 m、12 m等多種規格，單節適用長度應根據內外管溫差、內外管熱膨脹系數及工藝要求確定。通常，管廊上熱水夾套管的單節長度不宜大于9 m；裝置內熱水夾套管的單節長度不宜大于6 m；對于易結晶物料，每節夾套管均需設置分段法蘭，以便發生堵塞或泄露時拆卸檢修。

2.1.2 夾套管伴熱長度

單根熱水夾套管的伴熱長度不宜超過40 m，大于40 m時夾套系統應另設熱水出、入口，避免夾套熱水伴熱距離過長導致管內阻力降過大，影響夾套伴熱效果。

2.1.3 夾套管管件連接

設計夾套管內管時,管件間應留出間距，避免直接對焊。因為內、外管管件長度不一致，內管管件直接對焊將導致外管安裝間距不能滿足施工規范或無法安裝。因此，設計內管時應考慮管件間的距離能滿足外管的最小直管段要求。

2.2 隔斷設計注意事項

夾套管隔斷和端板不同，端板位于夾套系統的起始端或末端，鄰近夾套系統熱水引入、引出管；夾套隔斷位于夾套系統中間，可采用帶孔管帽、法蘭、閥門或金屬隔板等多種形式，其作用是與跨接管一起改變夾套系統內熱介質的流向。正確設計隔斷位置是保證夾套系統穩定運行的基礎，一個夾套系統中隔斷的數量應根據支管的數量確定，通常，主管路存在分支時必須在分支處設置隔斷。

熱水夾套系統必須遵循夾套熱水單水單用的原則，不可單進多出、多進單出或多進多出，否則極易造成部分夾套管因套內熱水阻力降過大失去伴熱效果。這就需要設計者在設計過程中隨時關注夾套系統中熱水的流動范圍，并在合適的位置設置隔斷，以保證管路系統中熱介質流向的唯一性。

2.3 熱水引入、引出管設計注意事項

設計夾套熱水引入、引出管宜按如下要求設置：

(1)熱水引入管應從管道系統最低點接入，熱水引出管應從管道系統最高點接出，整個系統按照“低進高出”的原則設置，以便排除管內空氣，使熱水能充滿夾套環隙，保證夾套的伴熱效果。

(2)對于熱水夾套系統，分配站進水總管流量要與全部分配管流量之和相對應，夾套系統最高點要與熱水泵壓頭及管系阻力降之差相對應，以保證夾套系統的穩定運行，避免出現個別管中無水、高點夾套管伴熱失效等現象。

(3)出自同一分配站的夾套管伴熱長度應相差不大，避免個別支管因長度過長無法順利回水，影響夾套伴熱效果。

(4)熱水夾套分配站宜與熱水伴熱分配站分開設置。通常，同等長度的熱水夾套阻力降大于伴管阻力降，當分配站所在總管處于裝置伴熱系統末端時，因上、回水總管間壓差不大，支管間若出現微小的壓差區別也將造成該段伴熱失效。

(5) 熱水夾套高點放空、低點導淋、壓力表根部閥為夾套閥門時，宜單獨設夾套熱水引入管，不可用主管夾套熱水分支進入上述閥門進行夾套伴熱(即單進多出)，DN50及以下的夾套管在管間設置隔斷，利用夾套熱水進行上述閥門的伴熱，見圖4。

圖4 夾套伴熱方式

2.4 跨接管設計注意事項

根據表1，夾套跨接管管徑有DN15、DN20、DN25、DN40、DN50多種規格，由設計人根據夾套主管管徑選用。在設計過程中應注意，普通夾套閥門熱水接口規格僅有 DN15(≤DN80×125)、DN20(≥DN100×150)兩種，其連接方式為絲接；特殊管件如過濾器，熱水接口規格一般為DN15，連接方式為法蘭連接；儀表元件如流量計、調節閥，熱水接口規格一般為DN15，連接方式為法蘭連接。上述不同的跨接管連接方式、接管管徑應在設計過程中特別注意，以免造成采購材料與實際不匹配，導致現場無法施工。

熱水夾套跨接管在水平段應按低進高出的原則設置，跨接管應盡量靠近套法蘭，跨接管低點設可拆卸法蘭，便于檢修時系統排水；熱水夾套水平管段跨接管不宜按高進高出、低進低出設置，跨接管應盡量靠近分節法蘭、端板、隔斷處，以減小管內死端長度。

熱水夾套跨接管設置在豎直段時，跨接管也應盡量靠近夾套法蘭，以減少管內死端，提高夾套的伴熱效果；在規劃夾套內熱水流向時，應注意豎直段跨接管熱水流向應按由下向上設置(低出高進)，以順利排出直管內的空氣，強化伴熱效果。

需要注意的是，DN100以上的夾套球閥采用分段式閥體，閥體間也需設置跨接管，跨接管同樣采用低進高出的原則(水平布置)，各種不同的跨接管連接見圖5。

圖5 不同的跨接管連接

3 夾套管施工過程中的注意事項

夾套管施工質量的優劣將直接影響其伴熱效果，筆者就施工過程中易忽略且對夾套伴熱效果有較大影響的問題進行討論。

(1)定位板的設置：夾套外管與內管間需設置定位板，以保證內、外管之間有固定的管間距；定位板的分布角度、距離應滿足《石油化工管道伴管與夾套管設計規范》SH/T 3040-2012第7.2.4條的規定，除此之外，定位板應選擇與內管相同材質的鋼板制作，定位板與外管內壁的接觸面應打磨光滑，在直管與管件連接處附近必須設置定位板，以免造成內外管的彎頭、三通偏心，影響伴熱效果。

(2)夾套管的水壓試驗、管內清潔度：《石油化工夾套管施工及驗收規范》SH/T3546-2011對夾套管的施工、水壓試驗、管道清潔等做了詳細規定，例如：第9.1條規定：夾套管的內管、外管應分別進行壓力試驗；內管壓力試驗應在內管焊接接頭隱蔽前進行。第10.1條規定：夾套管系統壓力試驗合格后，應分別對內管、外管進行吹掃。第10.3條規定：熱水夾套系統采用水沖洗，流速不小于1.5 m/s，以出、入口沖洗介質顏色接近為合格。施工過程中應監督施工單位按要求完成夾套管的壓力試驗及管道清潔，避免因趕工等因素忽略部分施工步驟，造成安全隱患或伴熱效果不佳。

(3)緊湊部位的聯通管施工：熱水夾套在水平管段的聯通管必須按照高進底出的方式連接，方能保證最優的夾套伴熱效果。對于管廊等空間比較狹窄的位置，高進底出的跨接管將占用較大的空間，經濟上不合理；為節省管廊空間，對于內管管徑小于等于DN80的熱水夾套管，管廊位置的跨接管可以采用底進底出的連接方式(底進底出便于排水，經實測，小于等于DN80的管道在管廊上采用底進底出的跨接形式不影響伴熱效果)，對于內管管徑大于等于DN100的熱水夾套管， 跨接管仍應采用高進低出的連接方式，為節省空間，跨接管材質可采用新型軟管，以滿足伴熱效果并節省管廊空間。

4 結語

熱水夾套系統有其獨特性，對于初次接觸的設計者來說，系統的合理設計一直是一個難點，本文從工程實際出發，著重論述了熱水夾套系統設計過程中的注意事項，強調了隔斷在熱水夾套設計過程中的重要性，詳述了夾套系統熱水引入、引出管及跨接管的設計方法，并就夾套管施工過程中易出現的問題進行了分析討論，對設計、施工均有一定的參考意義。