蒸汽夾套管在液體工業萘系統中的應用

劉志禧

(廣東瑞安科技實業有限公司，廣東 佛山 528000)

0 引言

液體原材料具有易于裝卸車，易于二次運輸、泵送，即卸即用的特點，而工業萘是化學工業中一種重要的原材料，因此液體工業萘的應用便越來越廣泛。隨著我公司生產規模的擴大，對工業萘的需求也在加大，現時只有固體工業萘的貯存方式必須改變成以液體工業萘為主，固體工業萘為輔的貯存方式，才能滿足生產的要求。由于工業萘的凝固點為80℃，高于環境溫度很多，因此要使用它必須有相應的伴熱配套設備。

1 設計

工藝管道的伴熱方式主要有蒸汽外伴熱、熱水外伴熱和蒸汽夾套管。根據SH/T3040-2002的規定：介質凝固點為50℃至100℃時，宜選用夾套管伴熱；輸送有毒介質、可燃介質且需夾套伴熱時，應選用內管焊縫外露型夾套管伴熱。且我公司現規劃的液萘倉附近就有蒸汽管道可以連接使用，所以液體工業萘的輸送管道應該選擇內管焊縫外露型蒸汽夾套管。

1.1 材料選用

液萘腐蝕性不強，但可燃，儲罐、管道進料后動火維修存在安全隱患，夾套管質量必須保證，因此內管使用碳鋼無縫管。外管由于接觸蒸汽，也使用碳鋼無縫管，這樣內外管材料相同，在管道加熱或冷卻時有利于材料熱應力的消除。具體管徑匹配按照表1選用。

表1 夾套管內外管匹配直徑尺寸(DN)

1.2 套管連接形式

內管焊縫外露型的連接形式有管帽式夾套管(見圖1-a)和端板式夾套管(見圖1-b)。管帽式夾套管連接形式簡易、施工方便，還可根據地形尺寸、考慮擴建等現場實際情況進行改造，如直管段使用內管用法蘭連接的形式(見圖1-c)。

圖1

1.3 管件形式

1.3.1 三通

外管三通的尺寸要按照表1選用比內管至少大兩級的直徑，外管原則上使用剖切式，剖切式分為橫切和縱切兩種，應根據實際安裝情況選用(如把焊縫布置在容易檢修的部位)。

1.3.2 異徑管

內外管的異徑管應采用標準件，以避免管道熱脹冷縮時內外管接觸，影響蒸汽流通，兩個異徑管的大徑端最少應錯開50mm，見圖2。

圖2

1.3.3 彎頭

夾套管的彎頭處外管宜采用短半徑(R=1D)彎頭，內管宜采用長半徑(R=1.5D)彎頭。為了節約成本，可采用剖成兩半的標準彎頭進行組裝。

1.4 定距板

為保證內外管的夾套間隙，滿足工藝要求，夾套管的內管和外管之間采用定距板的方式來支承。一般用以三塊定距板為一組，周向均勻分布并垂直焊接在內管外壁上，且安裝位置不應影響內管熱位移。定距板距外管內壁距離為1-1.5mm，定距板長40mm，厚度為6mm，材質與內管相同，一般應設置在離外管彎頭100mm的地方。每組定距板的間距參照SH/T3040-2002選取。

1.5 內外管熱應力

由于內管和外管的介質不同，剛開始加熱時內外管的溫度也不同，引起的熱膨脹應力也存在差異，所以應分別進行熱應力計算。如果內管和外管計算的熱應力不一致，夾套管就要進行膨脹節的設置，以便夾套管膨脹時能夠自由移動。

管道由于熱脹冷縮或其它位移受約束而產生的二次應力應小于按下式計算的許用應力：

式中：

[σr]t——管道材料的許用應力范圍，MPa;

f——在預計壽命內，考慮循環總次數影響的許用應力范圍的減少系數，參照SH/T3041-2002選取;

[σ]t0——管道材料在安裝溫度下的許用應力，MPa;

[σ]t——管道材料在計算溫度下的許用應力，MPa。

當計算的應力范圍不能滿足式(1)的要求，且內壓和外部持續荷載產生的一次縱向應力σL低于[σ]t時，允許將[σ]t與σL的差值加在許用應力范圍中，以擴大二次應力的許用范圍。在此情況下，許用應力應按下式計算：

式中：

σL——由內壓和外部持續載荷產生的一次縱向應力，MPa。

另外，對彎頭、三通等連接處應考慮柔度系數和應力增強系數，并按SH/T3041-2002的要求計算。

2 焊接施工

2.1 施工前準備

開工前，施工技術人員應進行圖紙會審，以系統流程圖為依據，對管道平面圖、立面圖進行核對，繪制夾套管單線圖，并組織施工人員進行技術交底。

施工人員結合系統現場實際和施工條件，對各部件尺寸認真校對，按照單線圖和現場安裝條件確定夾套管預制范圍，管線分段時應優先考慮在自然斷開處斷開(如法蘭連接處)，以焊縫少、方便檢查、安裝可行為原則，合理安排組對順序，使焊縫數量減少到最低程度。

2.2 切割下料

管子選料后先清理管內雜質，并確定內外管幾何尺寸。管子切割宜采用機械方法，如用氣割切割時，其斷面必須用砂輪機打磨平滑，以保證焊縫的質量。管子切口斷面垂直度偏差控制在標準要求范圍內。

2.3 坡口加工

管子的坡口加工，不宜用氣割切割，宜用坡口機加工等機械方法。小于DN80的管道采用無齒鋸下料，坡口加工采用磨光機進行。坡口應進行外觀檢查，表面不得有裂紋、分層等缺陷。

2.4 內外管組對

內外管組對前，用鋼絲刷將坡口表面及坡口邊緣20mm范圍的油污、銹蝕、毛刺等對焊接有害的物質清理干凈。管子或管件的對接，其對口應做到內壁齊平。內壁錯邊量要求不應超過管壁厚度的10%，且小于等于1mm。組對點固應由焊接同一管子的焊工進行，點固焊用的焊絲與正式焊接所用的焊絲相同，點固焊工藝條件與正式焊接工藝條件相同，且必須焊透。點固焊如有裂紋等缺陷，應及時處理。

2.5 內外管焊接

為保證內管的清潔度及質量，內管對接接頭優先采用氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面的焊接工藝。定距板與內管的角焊縫焊接應滿焊，焊腳高度不低于定距板厚度；定距板安裝以不影響夾層蒸汽的流動和管子熱位移為宜；定距板與內管、跨接管與外管及內管與外管連接處的角焊縫應采用小電流、小直徑、快焊速的工藝，防止熔穿管壁，且不得咬邊。內外管的焊縫不允許在同一截面上，必須錯開。內管要在套管套入后才能進行兩端法蘭的焊接，內管檢驗與試驗合格后才能進行外管的組對焊接。外管及管件定位焊接順序應按先縱焊縫后環焊縫，先焊收縮量大的焊縫，再焊收縮量小的焊縫。內外管安裝的坐標、標高、水平度和垂直度應符合下列規定：

坐標允許偏差為±10mm；

標高允許偏差為±5mm；

管道安裝水平度小于或等于1/1000，且不大于20mm；

管道安裝垂直度小于或等于1/1000，且不大于15mm。

內外管焊縫位置布局應符合下列要求(除非受到現場條件限制)：

環向焊縫與管道支架間距不應小于100mm，且不得留在過墻或樓板處；

水平管段外管剖切的縱向焊縫，應置于易檢修的部位；

內管與外管焊縫上不得開孔或連接支管段。

法蘭面與內管中心線垂直度和平面度應符合SH/T 3546-2011的要求。

2.6 跨接管焊接

2.6.1 跨接管的管徑應按表1選取。

2.6.2 跨接管與外管連接應使用承插焊。

2.6.3 跨接管連接應使用可拆卸的法蘭連接方式，如圖3。

圖3

2.7 焊縫檢驗與試驗

內外管焊縫表面應無裂縫、氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，外觀檢查合格后按SH/T3546-2011進行無損探傷。

內外管應分別進行氣體壓力試驗。內管因為同時受到內壓和外壓，因此其試驗壓力計算應按內管和外管設計壓力較高者取值；外管則按外管設計壓力取值；內外管試驗壓力均為所取值設計壓力的1.15倍。外管試壓時，內管應同時保持一定壓力，以確保內管不受損。

3 結語

蒸汽夾套管的設計、施工是一項很復雜的管道工程，在整個過程中經過各方的共同努力，質量一直處于受控狀態，并積累了一些施工經驗。整套系統的投入運行減少了運輸固體工業萘、投萘、熔萘等工藝步驟，提高了生產效率，降低了工人的勞動強度，為公司創造了良好的經濟效益。

[1]SH/T3040-2002石油化工管道伴管和夾套管設計規范[S].

[2]SH/T3041-2002石油化工管道柔性設計規范[S].

[3]SH/T3546-2011石油化工夾套管施工及驗收規范[S].

[4]李黎，陳潔，王躍新.淺談夾套管的配管設計[J].科技傳播，2011(13).

[5]孫文強，孫光磊.夾套管道施工技術與工藝[J].石油化工建設，2009(03).

[6]鄔文沛.夾套管焊接工藝[J].焊接技術，2012(09).