夾套管配管設(shè)計淺析

彭 江 重慶化工設(shè)計研究院 重慶 400039

夾套管是化工裝置中常用的伴熱系統(tǒng)，是具有雙層套管結(jié)構(gòu)的特殊管路。內(nèi)管用于輸送工藝介質(zhì)，外管與內(nèi)管同心，用于輸送熱媒介質(zhì)，該管道結(jié)構(gòu)可以保持管內(nèi)輸送粘性流體、凝固性流體以及高熔點合成液的流動性能和溫度，防止輸送過程中流體在管道中凝結(jié)，效果優(yōu)于普通伴熱管道。

1 類型及選用

按熱媒介質(zhì)的種類，夾套管可以分為熱水夾套、熱油夾套和蒸汽夾套，分別適用于不同的化工物料。按管道的結(jié)構(gòu)形式、外套管和內(nèi)管的連接形式分為內(nèi)管焊縫隱蔽型和內(nèi)管焊縫外露型，又稱為完全夾套管和不完全夾套管兩種形式。輸送介質(zhì)的凝固點在50 ～100℃的工藝管道宜采用內(nèi)管焊縫外露型，高于100℃的工藝管道宜采用內(nèi)管焊縫隱蔽型，輸送有毒介質(zhì)的工藝管道宜采用內(nèi)管焊縫外露型。

2 內(nèi)外管管道、管件材料及尺寸選用

通常夾套管的內(nèi)管和外管材料應按照各自內(nèi)含介質(zhì)的特性、壓力、溫度而定，要考慮工作介質(zhì)對管道的腐蝕而采用不同的材料，同時還要考慮合適的壁厚能承受最大工作壓力。夾套管的管道及管件都應當采用對焊形式。如無特殊要求，夾套管的尺寸選用可參照表1。

2.1 彎頭

內(nèi)管彎頭多采用標準彎頭，曲率半徑按小于或等于1.5DN，公稱尺寸選擇可按表1，內(nèi)管公稱直徑大于200 時，曲率半徑按1.0DN。外管公稱直徑一般比內(nèi)管大1 ～2 個檔規(guī)格，外管彎頭也可選擇標準彎頭，曲率半徑按1.0DN。外管彎頭與內(nèi)管彎頭之間要有一定的間隙，間隙值應符合熱應力計算要求及設(shè)計規(guī)定的工藝要求。

表1 套管尺寸選用(mm)

2.2 三通

三通的選用一般根據(jù)支管的管徑來確定，通常外管的三通比內(nèi)管的三通大一檔公稱直徑。一般情況下，為方便夾套管的施工，三通采用剖切后組合安裝，剖切形式根據(jù)現(xiàn)場條件確定。

2.3 異徑管

夾套管變徑時應選用標準的對焊形式的異徑管。為減少內(nèi)、外管安裝時的相互妨礙，內(nèi)管的異徑管與外管的異徑管大口端端部應錯開50mm 的距離。

3 設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及管道等級

夾套管內(nèi)管的外壓、外管的內(nèi)壓均應為外管內(nèi)熱媒介質(zhì)的設(shè)計壓力，壓力設(shè)計的溫度參數(shù)應取內(nèi)管的工藝介質(zhì)或外管內(nèi)的熱媒介質(zhì)設(shè)計溫度兩者中的最高者。應力分析的計算溫度，外管取熱媒介質(zhì)的操作溫度，內(nèi)管取工藝介質(zhì)或熱媒介質(zhì)操作溫度兩者中的最高者，同時應校核外管的環(huán)境溫度和內(nèi)管工藝介質(zhì)的操作溫度。

內(nèi)外管的管道等級，根據(jù)實際工程經(jīng)驗，內(nèi)管等級應不低于外管等級且盡量不采用同一管道等級。如甲醇蒸汽管道，為防止甲醇蒸汽冷凝，常采用蒸汽夾套伴熱管，按《化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》HG/T 20519 -2009，甲醇內(nèi)管選用N1E 管道等級(PN25，不銹鋼材質(zhì))，蒸汽外管選用M1B 管道等級(PN16，碳鋼材質(zhì))。某三維工廠設(shè)計軟件夾套管管道等級定義見圖1。

圖1 三維工廠設(shè)計軟件夾套管管道等級定義

4 伴熱的長度

夾套管的長度會影響內(nèi)管流體的特性，因在夾套管的設(shè)計中，需要確定熱媒介質(zhì)入口到出口之間的長度，隨著夾套管長度的增加，熱媒介質(zhì)的沿程(以及局部)阻力導致的壓力損失增大，管中熱媒介質(zhì)流速下降，內(nèi)外管層之間的傳熱效果也下降。所以，夾套管的長度應由保持熱媒在最低溫度下具有最必須的流量所決定。此外，每段夾套管的套管長度取決于管道布置，并受內(nèi)管與外管內(nèi)熱媒介質(zhì)溫度差的限制，一般情況下每節(jié)套管長度不宜超過6 m。如一根DN15 的供汽熱媒管能夠供給的夾套管最大總長度約為內(nèi)管直徑DN15 ～80，40 m，內(nèi)管直徑DN100 ～200，35 m。如無特殊要求，夾套管伴熱長度選取可參照表2。

表2 夾套管伴熱長度選取表

5 定位板

夾套管的內(nèi)管和外管之間采用定位板的方式來支承，一般采用三塊定位板按120°夾角均布焊接在內(nèi)管外壁上，為了防止內(nèi)、外管的偏心，定位板的材質(zhì)應與內(nèi)管材質(zhì)一致，安裝方位不應影響內(nèi)管的熱位移和介質(zhì)流動。如果要在彎頭處設(shè)置定位板，不應影響內(nèi)、外管的熱位移，一般根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置在離彎頭100mm 的地方為宜。定位板距外管內(nèi)壁的空隙為1 ～1.5mm，定位板長40mm，厚度為碳鋼6mm，不銹鋼3mm。

定位板的間距選擇見表3。

夾套管定位板示意圖見圖2。

表3 定位板間距選取表(mm)

圖2 夾套管定位板示意圖

三維工廠設(shè)計軟件夾套管定位板定義見圖3。其中公稱直徑和壁厚指的是內(nèi)管公稱直徑和壁厚，此處應該與內(nèi)管管道等級定義一致。

圖3 三維工廠設(shè)計軟件定位板定義

6 夾套管熱媒管道

夾套管的熱媒管道用于輸送外來熱媒介質(zhì)(蒸汽、熱水、熱油等)，熱媒介質(zhì)進出導管的小管件宜在現(xiàn)場采用熱彎或冷彎彎管，不宜采用承插焊彎頭。每段夾套管之間，在規(guī)定長度范圍內(nèi)，熱媒介質(zhì)可采用跨接管進行串聯(lián)。跨接管的管口方位設(shè)置應按照下列原則:熱媒介質(zhì)為汽態(tài)時，應高進低出;熱媒介質(zhì)為液態(tài)時，應低進高出?？缃庸艿脑O(shè)計應使排放流暢，防止積液和堵塞。配管時應考慮跨接管的安裝空間，管道間距應適當加大。

7 結(jié)語

在諸多伴熱方法中，夾套管伴熱有明顯的優(yōu)勢:物料加熱均勻，無局部過熱現(xiàn)象。但夾套管的設(shè)計和施工較為復雜，對施工人員的水平要求較高，容錯率較小，施工周期較長。這就要求設(shè)計人員遵循設(shè)計原則進行設(shè)計，以求達到最佳伴熱效果的同時盡可能減少設(shè)計變更，以免造成施工經(jīng)濟損失。

1 胡 潔. 夾套管的配管設(shè)計研究［J］. 中國化工貿(mào)易，2013 (7):114.

2 陳慧文，劉雨民. 夾套管的配管設(shè)計及管件選用原則［J］. 煉油與化工，2007.18 (1):37 -39.

3 孫文強，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):67 -68.