淺談三聚甲醛裝置中的夾套管安裝施工技術(shù)

楊夢穎 詹澤丞 張 鵬

中國化學工程第十六建設有限公司 湖北宜昌 443000

三聚甲醛是合成聚甲醛塑料（POM）的重要原料，工業(yè)生產(chǎn)過程中，其重要原料甲醛溶液在常溫或者低溫狀態(tài)下容易生成絮狀沉淀物——多聚甲醛。而且甲醛通過反應生成的三聚甲醛熔點為61～62℃，在常溫下極易結(jié)晶凝固。故在三聚甲醛的生產(chǎn)裝置中，為防止甲醛及三聚甲醛溶液的結(jié)晶，保證其在管道系統(tǒng)中均勻受熱，常采用夾套管對甲醛及三聚甲醛溶液進行伴熱。

夾套管是一種較常用的伴熱形式，它具有伴熱效率高、加熱均勻且無局部過熱等突出優(yōu)勢，效果優(yōu)于一些普通的伴熱管道[1]。夾套管采用的是雙層管壁結(jié)構(gòu)的管路，俗稱“管中管”，其內(nèi)管用于輸送工藝物料，外管與內(nèi)管的環(huán)形空間主要輸送熱載體（如蒸汽、熱水、導熱油等）或冷載體（冷卻水等），用來對內(nèi)管工藝介質(zhì)的溫度進行提升、降低或者維持恒定的溫度[2]。作為“管中管”，夾套管的管道結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了其施工工藝不同于普通管道。以下依托山東某三聚甲醛裝置的夾套管現(xiàn)場施工實例，簡要介紹夾套管的施工工藝及技術(shù)要求，為夾套管的現(xiàn)場施工提供一定的參考。

1 夾套管型式簡介

夾套管的型式主要分為兩種：內(nèi)管焊縫隱蔽型和內(nèi)管焊縫外露型。內(nèi)管焊縫隱蔽型的內(nèi)管焊縫完全被外管覆蓋，隱蔽后無法再查看內(nèi)管焊縫情況。故在外管覆蓋之前，需對內(nèi)管焊縫進行無損檢測及壓力試驗，合格之后再進行外管的安裝工作。而內(nèi)管焊縫外露型的內(nèi)管焊縫在外管安裝后仍暴露在外側(cè)，并不被外管覆蓋[3]。兩種形式的夾套管中，內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管施工工藝更為復雜，質(zhì)量要求也相對較高，內(nèi)管焊縫的施工質(zhì)量直接影響到夾套管整體質(zhì)量。若施工工藝不當，容易造成內(nèi)管泄漏，外管覆蓋之后，無法對內(nèi)管情況進行檢查，漏點無法查找，返工造成的成本損失很大；若是在投料之后發(fā)生泄漏問題，損失更是無法估計，嚴重的甚至會造成安全事故。山東省某三聚甲醛裝置使用的夾套管即為內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管。

內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管的主要組成部件有內(nèi)管、外管、內(nèi)管管件、外管管件（剖切兩半彎頭、三通、異徑管，以及調(diào)整段剖切管、夾套法蘭、夾套閥門）等。此外，還有內(nèi)管外壁的導向板（主要用于保持內(nèi)外管之間的間隙均勻），以及各段夾套管之間的跨接管。內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管使用夾套法蘭進行連接，跨接管之間的連接也是通過法蘭進行連接。圖1 為夾套管跨接管及夾套法蘭示意圖。

圖1 夾套管跨接管及夾套法蘭

2 夾套管施工工藝流程

夾套管需嚴格按照工藝流程順序進行焊接及安裝，保證夾套管的施工質(zhì)量。其施工工藝流程具體如下：施工前準備→現(xiàn)場材料驗收（明確內(nèi)外管材料）→夾套內(nèi)管下料及預制→導向板的設置及安裝→安裝外管的直管段（套管安裝）→內(nèi)管組對焊接→內(nèi)管焊縫質(zhì)量檢驗→內(nèi)管壓力試驗及吹掃→外管剖切管件及剖切管的制作→外管管件、調(diào)整段、夾套法蘭的組對、焊接及安裝→跨接管的焊接及安裝→外管焊縫質(zhì)量檢驗→外管壓力試驗及吹掃。

3 三聚甲醛裝置中夾套管的安裝施工技術(shù)

3.1 施工前準備

施工前需熟悉施工圖紙，尤其是夾套內(nèi)管及外管的單線圖，需結(jié)合在一起查看；根據(jù)現(xiàn)場情況和圖紙，合理規(guī)劃及安排管線的預制段、固定口等，做好對導向板安裝位置的規(guī)劃等；明確設計、質(zhì)量和技術(shù)要求，以及施工應注意的事項；做好施工人員準備，施焊焊工需進行現(xiàn)場考試，合格后才能進行施焊作業(yè)，同時做好施工機具（焊機、打磨機、切割機等）、焊材等準備；準備好施工方案，對現(xiàn)場施工人員（尤其是管工及焊工）做好安全及技術(shù)交底工作。

3.2 現(xiàn)場材料驗收

對現(xiàn)場材料進行檢測，尤其內(nèi)管材料必須做好復測工作。內(nèi)管材料必須做好材料標識，下料后的材料也必須做好標記移植，內(nèi)管與其他工藝管道的材料最好分開堆放。夾套內(nèi)管涉及隱蔽工程，為保證安裝質(zhì)量，在使用材料之前需做好材料的驗收工作。

3.3 夾套內(nèi)管的焊接及安裝

3.3.1 夾套內(nèi)管的預制

對照設計圖紙，正確使用對應的材料，根據(jù)規(guī)劃對內(nèi)管進行預制。夾套管的直管段連接采用法蘭連接方式，內(nèi)管直管段嚴禁使用拼接方式連接。在外管安裝之前，內(nèi)管焊縫需處于可見狀態(tài)。

由于夾套管的安裝較為復雜，內(nèi)管預制時需考慮外管的焊接及安裝，施工現(xiàn)場外管的管件均采用對半剖切管件。所以內(nèi)管預制時，在管件及法蘭處需預留調(diào)整段，便于對內(nèi)管焊縫的質(zhì)量檢驗，根據(jù)不同內(nèi)管管徑預留100～150mm。在預制前，還需要考慮夾套管支吊架的安裝位置、安裝坡度及跨接管開孔位置等。

3.3.2 導向板的設置及安裝

在工藝管（內(nèi)管）與夾套外管之間需增加導向板，其大小及厚度根據(jù)內(nèi)外管管徑而定，一般大小為30mm×30mm～50mm×50mm，厚度為3～6mm，導向板與彎頭之間的距離應≥600mm。

導向板為扁鋼，材質(zhì)與內(nèi)管材質(zhì)一致，導向板與外管間距為1.0～2.0mm，安裝時需與管道軸向平行，保證不影響外管流體的流動性，安裝示意圖如圖2 所示。每處導向板由3 塊組成，而每處導向板之間的間距如表1 所示。

圖2 導向板示意圖

表1 導向板之間的間距

導向板設置與安裝時，會因內(nèi)、外管熱脹冷縮的不同而導致管道之間不同的破壞程度。內(nèi)外管熱脹冷縮差值主要是由內(nèi)管介質(zhì)與夾套管熱載體（或冷載體）溫度差、管徑大小及管道的長度決定。所以需要對導向板位置的設置及安裝精度進行現(xiàn)場管控，保證安裝導向板之后與外管內(nèi)壁的間隙符合設計要求，避免因熱脹冷縮使得導向板與管道之間發(fā)生碰撞而導致管道破壞[4-5]。

3.3.3 夾套內(nèi)管的焊接

在導向板安裝合格之后，對外管的直管段（套管）進行安裝。直管段下料時需保證夾套管外管預留一定空間作為外管剖切管的調(diào)整段，當內(nèi)管管徑＜DN150時，調(diào)整段預留100mm；當內(nèi)管管徑≥DN150 時，調(diào)整段預留150mm。外管的直管段安裝之后不能影響內(nèi)管焊縫的無損檢測和壓力試驗。

夾套內(nèi)管（即工藝介質(zhì)管道）需根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在外管直管段安裝之后，完成組對、焊接及安裝，常采用夾套法蘭與管件或直管段進行焊接。

3.3.4 夾套內(nèi)管焊縫的質(zhì)量檢驗

內(nèi)管焊縫焊接完成之后，先對焊縫的外觀質(zhì)量進行檢驗，焊縫表面不得有熔渣、咬邊、裂紋、凹陷、氣孔、弧坑、飛濺及未熔合等缺陷。同時，嚴格按照設計文件對內(nèi)管的管材、管件及焊縫等的材質(zhì)進行光譜檢測。檢測合格后，再對焊縫進行無損檢測。

在三聚甲醛裝置中，夾套內(nèi)管介質(zhì)為三聚甲醛和甲醛，采用100%的RT 探傷對內(nèi)管焊縫進行無損檢測。

3.3.5 夾套內(nèi)管的壓力試驗

夾套內(nèi)管的焊縫質(zhì)量經(jīng)無損檢測合格后，按照設計圖紙對現(xiàn)場施工管道進行實體檢查。合格后還要對現(xiàn)場夾套內(nèi)管進行壓力試驗，試驗介質(zhì)及試驗壓力按照設計文件要求執(zhí)行，一般采用潔凈水作為試驗介質(zhì)，試驗壓力一般為設計壓力的1.5 倍。

3.4 夾套外管的焊接及安裝

3.4.1 夾套外管的制作

工藝管道的彎頭采用長半徑（R=1.5D）標準彎頭，夾套管的彎頭采用短半徑（R=1D）的剖切彎頭，詳細數(shù)據(jù)如表2 所示。本項目現(xiàn)場使用的夾套外管管件均為成品兩半縱剖切管件（彎頭、三通等），因夾套內(nèi)管均為不銹鋼管道，為保證內(nèi)管不發(fā)生電化學腐蝕，夾套外管均采用304 不銹鋼材料。

表2 夾套內(nèi)外管彎頭彎曲半徑數(shù)據(jù)表

現(xiàn)場夾套外管的制作主要是針對調(diào)整段的剖切管，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用與外管直管段等規(guī)格的短管對調(diào)整段進行下料及剖切，此項工作需結(jié)合剖切管件的安裝進行。

3.4.2 夾套外管管件的焊接

在內(nèi)管完成試壓之后，按照設計圖紙恢復工藝管的安裝，然后對夾套外管的剖切管件進行組對焊接。圖3 為現(xiàn)場剖切彎頭的組對。剖切管件的焊接除了環(huán)形焊縫，還有直焊縫和彎頭處扇形焊縫，所以在組對時要綜合考慮所有焊縫的外觀質(zhì)量，不能造成內(nèi)外余高過高。

圖3 現(xiàn)場剖切彎頭組對

3.4.3 夾套外管法蘭的焊接

夾套管使用夾套專用法蘭。與一般法蘭相比，夾套法蘭較大，外管直接焊接在法蘭盤背面，采用管板焊接工藝進行焊接。

3.4.4 支管連接

夾套管線上接支管時，工藝內(nèi)管采用三通或支管臺連接，套管采用支管焊接，主管的夾套外管采用剖切管。夾套外管為熱水載體時，主管的夾套管上開孔要與支管的工藝管大小一致，并且主管的夾套管與支管的工藝管焊接，主管和支管的夾套介質(zhì)互不相通；夾套外管為蒸汽或者導熱油載體時，主管的夾套管上開孔與支管的夾套管大小一致，主管和支管的夾套空間相互連通。

3.4.5 夾套外管跨接管的安裝

夾套管通過法蘭連接，所以夾套外管在夾套法蘭兩側(cè)需采用跨接管進行連接。夾套管的進出管及跨接管的管徑如表3 所示。

表3 夾套管的進出管及跨接管的管徑數(shù)據(jù)表 （NPS）

夾套外管上小于1～1/ 2NPS 的跨接管采用煨彎，1～1/ 2NPS 的跨接管采用標準彎頭。管線為垂直段時，只需要一個跨接管，跨接管可以在任意方位；管線為水平段時，其跨接管的連接方式根據(jù)載體介質(zhì)及管徑?jīng)Q定，如圖4、圖5 所示。

圖4 熱水夾套管水平段跨接管連接方式

圖5 蒸汽夾套管水平段跨接管連接方式

3.4.6 夾套外管焊縫的質(zhì)量檢驗

所有外管焊縫焊接完成之后，對焊縫的外觀質(zhì)量進行檢驗，焊縫表面不得有熔渣、咬邊、裂紋、凹陷、氣孔、弧坑、飛濺及未熔合等缺陷，熱水及蒸汽夾套外管需分別進行5%PT、10%PT 無損檢測。

3.4.7 夾套外管的壓力試驗及吹掃

夾套管安裝合格后，對現(xiàn)場夾套外管先進行吹掃，將管內(nèi)碎屑、雜物等吹掃干凈后再對夾套外管進行壓力試驗。外管進行壓力試驗時，為保證夾套內(nèi)管在隱蔽之后無法查看，在外管進行壓力試驗的同時，內(nèi)管單獨再進行一次壓力試驗。其中外管的試驗壓力為外管介質(zhì)設計壓力的1.5 倍，內(nèi)管的試驗壓力為外管介質(zhì)設計壓力。

壓力試驗合格后，還要對內(nèi)外管進行空氣吹掃。

4 夾套管安裝施工過程的技術(shù)要求

（1）導向板的焊接需采用小電流、快速焊接的工藝。常使用低電流的氬弧焊，過程中需防止內(nèi)管損傷，所以在焊接導向板完成之后要用PT 檢測對焊縫進行無損檢測。

（2）對于蒸汽夾套管，從蒸汽分配臺至夾套管入口處的空管（無效伴熱段）長度不能超過6m（特殊情況下不超過10m），夾套管出口處到凝液收集臺的空管長度要盡可能短。

（3）夾套管熱載體（冷載體）流向與工藝管線內(nèi)介質(zhì)流向盡可能相反，其中蒸汽夾套管的蒸汽從最高點進入，凝液應在最低點導出經(jīng)疏水器后排出；熱水夾套管熱水從最低點進入，最高點導出。

（4）夾套管（或跨接管）的進水口、出水口與法蘭之間的距離要求最小，需控制在50～70mm 內(nèi)，避免死區(qū)。

5 結(jié)論

（1）夾套管施工需嚴格按照工藝要求執(zhí)行，采用上述控制方法，避免出現(xiàn)不必要的返工，提高施工效率；

（2）通過夾套管施工安裝技術(shù)在三聚甲醛裝置現(xiàn)場的實際應用情況來看，現(xiàn)場焊接及安裝的夾套管符合設計要求，目前夾套管系統(tǒng)運行情況良好。