淺談?shì)练ㄖ票紧?xiàng)目中蒸汽夾套管的配管設(shè)計(jì)

張曉東

上海建安化工設(shè)計(jì)有限公司 （上海 201900）

工作研究

淺談?shì)练ㄖ票紧?xiàng)目中蒸汽夾套管的配管設(shè)計(jì)

張曉東

上海建安化工設(shè)計(jì)有限公司 （上海 201900）

在萘法制苯酐裝置中，因?yàn)樵虾彤a(chǎn)品的熔點(diǎn)較高，需要大量的蒸汽夾套管伴熱。項(xiàng)目中選用內(nèi)管焊縫外露型夾套管（半夾套）伴熱，以滿足被伴熱介質(zhì)為有毒介質(zhì)的要求；選用夾套管時(shí)管道轉(zhuǎn)向處改為一端盲法蘭的三通型式，以滿足經(jīng)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(zhì)，以解決內(nèi)管溫度遠(yuǎn)高于外管時(shí)夾套端部結(jié)構(gòu)受力過大等問題。

萘 苯酐 蒸汽夾套 配管設(shè)計(jì)

1 蒸汽夾套設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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(jié)構(gòu)上可分為內(nèi)管焊縫隱蔽型（全夾套）和內(nèi)管焊縫外露型（半夾套），伴熱介質(zhì)可以是蒸汽、熱水或?qū)嵊汀?/p>

1.2 蒸汽資源

工業(yè)萘法制苯酐項(xiàng)目按工藝流程可分為氧化反應(yīng)、冷凝回收、尾氣處理、苯酐精制、結(jié)片包裝5個(gè)單元。在氧化反應(yīng)單元中，工業(yè)萘氧化反應(yīng)生成苯酐是放熱過程，大量反應(yīng)熱通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為蒸汽，供設(shè)備、管道使用，部分蒸汽富余外送。

1.3 夾套被伴熱介質(zhì)情況及特點(diǎn)

1.3.1 夾套被伴熱介質(zhì)情況（見表1）

1.3.2 夾套被伴熱介質(zhì)特點(diǎn)

萘、苯酐及熔鹽的熔點(diǎn)均較高，常溫時(shí)為固態(tài)。如果伴熱結(jié)構(gòu)不合理或伴熱效果差，則會(huì)出現(xiàn)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(diǎn)高達(dá)210～211℃）會(huì)堵塞管道，因此苯酐管道被伴熱時(shí)嚴(yán)禁水進(jìn)入。

1.4 同類項(xiàng)目生產(chǎn)實(shí)際情況和業(yè)主要求

由已建成的同類項(xiàng)目得知，工業(yè)萘法制苯酐項(xiàng)目在生產(chǎn)過程中易堵，給正常生產(chǎn)帶來了很大困難。尤其是管道轉(zhuǎn)向處，堵塞后清理困難，嚴(yán)重時(shí)生產(chǎn)一個(gè)月就要停工檢修一個(gè)星期。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，業(yè)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(jīng)常性檢修的夾套結(jié)構(gòu)型式。按照《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3040—2012），合理解決項(xiàng)目中管道伴熱的具體要求是本文重點(diǎn)。

2 蒸汽夾套管設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

2.1 伴熱介質(zhì)及其參數(shù)的選擇

2.1.1 伴熱介質(zhì)的選擇

工廠有足量的脫鹽水，可通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為蒸汽，高壓蒸汽壓力可達(dá)7MPa(G)，再通過調(diào)節(jié)閥減壓到中壓和低壓蒸汽，以滿足裝置內(nèi)的多種伴熱需求。相對(duì)于電伴熱和導(dǎo)熱油伴熱，蒸汽伴熱有較好的經(jīng)濟(jì)性和便利性。因此蒸汽作為伴熱介質(zhì)是可行的。

2.1.2 伴熱介質(zhì)參數(shù)的選擇

根據(jù)SH/T 3040—2012中4.3 d)條的規(guī)定：對(duì)于控制溫降或最終溫度的夾套管伴熱管道，伴熱介質(zhì)的溫度應(yīng)根據(jù)被伴熱介質(zhì)的凝固點(diǎn)或最終溫度要求確定。在工業(yè)萘法制苯酐項(xiàng)目中，絕大多數(shù)伴熱的目的是防止介質(zhì)溫度低于凝固點(diǎn)，因此選擇伴熱蒸汽參數(shù)的基本原則是根據(jù)被伴熱介質(zhì)的凝固點(diǎn)來確定相應(yīng)壓力的伴熱蒸汽。伴熱蒸汽參數(shù)見表2。對(duì)應(yīng)表1中的被伴熱介質(zhì)，液萘、粗苯酐、純苯酐夾套伴熱介質(zhì)選用低壓飽和蒸汽；熔鹽夾套伴熱介質(zhì)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(zhì)熔點(diǎn)均大于50℃，根據(jù)SH/T3040—2012中4.2a)條的規(guī)定，宜采用夾套管伴熱。

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

（3）設(shè)計(jì)中采用內(nèi)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(nèi)管的可能性，從而避免苯酐遇水凝結(jié)的情況發(fā)生。

2.3 夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.3.1 夾套管組合尺寸

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

2.3.2 夾套管端部結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目中選用的內(nèi)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(jié)構(gòu)具有較好的強(qiáng)度，以解決應(yīng)力集中帶來的安全問題。外管及管帽為碳鋼，當(dāng)內(nèi)管為不銹鋼材質(zhì)時(shí)，管帽與內(nèi)管之間應(yīng)用不銹鋼墊板分開，這樣可以防止在內(nèi)管上發(fā)生的電化學(xué)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(jié)構(gòu)

由于工業(yè)萘法制苯酐項(xiàng)目在生成過程中易堵，嚴(yán)重時(shí)需經(jīng)常性檢修，所以在設(shè)計(jì)中提供了在夾套管合適位置可以檢修的方案。我們?cè)趭A套管轉(zhuǎn)向處沒有按常規(guī)選用彎頭，而是改用三通形式，在三通檢修側(cè)加盲法蘭。當(dāng)管道出現(xiàn)堵塞時(shí)，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(shè)計(jì)需要注意的問題

選擇伴熱蒸汽參數(shù)的基本原則是根據(jù)被伴熱介質(zhì)的凝固點(diǎn)來確定伴熱蒸汽，但也有特例，當(dāng)被伴熱介質(zhì)的操作溫度遠(yuǎn)高于伴熱蒸汽的操作溫度時(shí)，在夾套管端部結(jié)構(gòu)處應(yīng)力非常集中，有時(shí)候能達(dá)到破壞管道的程度。此時(shí)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(zhì)與伴熱蒸汽的溫差，從而達(dá)到降低夾套管端部結(jié)構(gòu)處應(yīng)力集中程度的目的。在具體設(shè)計(jì)中，通過應(yīng)力分析得到的結(jié)果作判定依據(jù)，將個(gè)別夾套管的伴熱蒸汽從低壓改為中壓。

3 結(jié)論

根據(jù)工業(yè)萘法制苯酐生產(chǎn)實(shí)際情況，合理配置內(nèi)管焊縫外露的半夾套蒸汽伴熱，采用夾套管道轉(zhuǎn)向處改為一端盲法蘭的三通形式；個(gè)別情況用中壓蒸汽替代低壓蒸汽作為伴熱介質(zhì)等措施，較好地解決了經(jīng)常性檢修、被伴熱介質(zhì)的操作溫度遠(yuǎn)高于伴熱蒸汽的操作溫度時(shí)夾套端部結(jié)構(gòu)受力過大等問題，使夾套伴熱更安全、有效、節(jié)能，滿足國家設(shè)計(jì)規(guī)范要求的同時(shí)，符合工廠的實(shí)際操作要求，提高了生產(chǎn)效率。

在蒸汽夾套管伴熱設(shè)計(jì)過程中，需綜合考慮多方面的要求來確定伴熱參數(shù)及夾套管結(jié)構(gòu)，以便于應(yīng)力專業(yè)及材料專業(yè)設(shè)計(jì)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?yàn)槭突ぴO(shè)計(jì)