淺析導(dǎo)熱油全夾套管設(shè)計(jì)

張 玉,蔡 成，劉 磊

(1 上海齊耀熱能工程有限公司，上海 201108；2 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 201108)

在石油化工領(lǐng)域，輸送介質(zhì)的終端溫度、環(huán)境溫度接近或低于其凝固點(diǎn)的管道應(yīng)進(jìn)行伴熱[1]。關(guān)于伴熱介質(zhì)，通常有蒸汽、熱水、熱油等，伴熱方式有多種。目前有很多關(guān)于蒸汽、熱水夾套伴熱的文章，對相應(yīng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的探討和優(yōu)化。本文主要討論導(dǎo)熱油全夾套伴熱，以某工程項(xiàng)目為例，闡述導(dǎo)熱油夾套管的配管設(shè)計(jì)理念，采用CADWorx實(shí)現(xiàn)夾套管建模、出圖及材料匯總。希望對以后的導(dǎo)熱油全夾套管設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

項(xiàng)目中工藝介質(zhì)密度1004.1 kg/m3、溫度209.5 ℃、粘度0.55 cp，凝固點(diǎn)約200 ℃。導(dǎo)熱油具有抗熱裂化和化學(xué)氧化的性能，傳熱效率好、散熱快、熱穩(wěn)定性好；以導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，在接近常壓下可以獲得很高的操作溫度[2]。據(jù)此選用導(dǎo)熱油進(jìn)行全夾套伴熱，可以盡量減少內(nèi)管的裸露和散熱，確保工藝介質(zhì)在管道中的流動性。針對其高凝固點(diǎn)的特性，在工藝設(shè)計(jì)中減少旁路、閥門、儀表等管件；在配管設(shè)計(jì)中要盡可能保證導(dǎo)熱油覆蓋所有管道和管件，并且減少盲端。

在設(shè)備布置及管道布置時(shí)，要考慮夾套跨接管占用的空間，合理設(shè)置管間距；合理布置隔板、折流板、導(dǎo)熱油進(jìn)出口及供油和回油站，確保伴熱介質(zhì)充滿夾套管；內(nèi)管與外管宜采用同種材料避免熱脹差異，內(nèi)管連接的部件應(yīng)與內(nèi)管的材料相同，內(nèi)管、外管均采用無縫鋼管。

1 全夾套管的設(shè)計(jì)

1.1 全夾套管件的選用

當(dāng)選用內(nèi)管焊縫隱蔽型夾套管(全夾套)伴熱，管道上的閥門、法蘭、過濾器等應(yīng)為夾套型[1,3]。

(1)關(guān)于夾套法蘭，單看焊接端可分為對焊、平焊、承插焊等，另有特殊結(jié)構(gòu)如突面帶孔、帶頸環(huán)式、唇焊式等。綜合考慮加工難度、施工質(zhì)量、造價(jià)等，本項(xiàng)目優(yōu)選帶頸對焊夾套法蘭(突面)用于內(nèi)管焊縫隱蔽型，其連接型式見圖1所示。

(2)夾套管的內(nèi)管帶分支管時(shí)，分支管部位的外管建議采用兩半三通。也有相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例采用等徑或異徑四通，方便檢修，但四通占用空間大，末端不流通更容易堵塞，還需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況對比篩選。

(3)夾套管的彎頭處內(nèi)管宜采用長半徑(R=1.5D)彎頭，外管宜采用短半徑(R=1D)彎頭。當(dāng)內(nèi)管彎管的曲率半徑等于或大于3DN時(shí),外管和內(nèi)管彎管的曲率半徑應(yīng)相等。

(4)夾套管變徑時(shí)內(nèi)管的異徑管與外管的異徑管的大口端端部錯(cuò)開距離最小為50 mm。

(5)夾套管上的儀表、放空、排凈等接口，宜采用全夾套型式，避免盲端堵塞。

(6)夾套管的內(nèi)管焊縫為“隱蔽型”時(shí)，在內(nèi)管需要檢查的焊縫部位，其相對應(yīng)的外管部位應(yīng)留出一段調(diào)整半管，調(diào)整半管的最小長度不小于75 mm。

(7)夾套閥門、過濾器、流量計(jì)、軟管等應(yīng)設(shè)置法蘭型式伴熱介質(zhì)進(jìn)出口，盡可能上下布置，并在底部設(shè)置排污口。

(8)為了保證內(nèi)、外管的夾套間隙均勻，應(yīng)在內(nèi)管外壁上焊以相同材質(zhì)的定位板，且不能影響管子的熱位移。定位板的設(shè)置及外型可參考相應(yīng)規(guī)范。

(9)每節(jié)夾套管的長度不宜大于6 m，采用夾套法蘭連接，削弱內(nèi)外管熱脹差異，夾套法蘭對內(nèi)管也起到一定的支撐作用。

夾套管焊縫位置布局應(yīng)符合下列要求[4]：

(1)直管段對接焊縫間距，內(nèi)管不應(yīng)小于200 mm，外管不應(yīng)小于100 mm。

(2)環(huán)向焊縫距管架不應(yīng)小于1000 mm，且不得留在過墻或樓板處。

(3)水平管段套管剖切的縱向焊縫，應(yīng)置于易檢修的部位。

(4)內(nèi)管焊縫上不得開孔或連接支管段。

圖1中，尺寸1由拆卸法蘭螺栓所需尺寸決定，當(dāng)管道保溫時(shí)應(yīng)加上保溫層厚度；尺寸2在滿足焊接要求的前提下，盡可能短；拆卸法蘭型式和支管連接形式參考管道等級表。

1.2 導(dǎo)熱油供油和回油的設(shè)置

參考熱水夾套設(shè)計(jì)，導(dǎo)熱油應(yīng)從夾套的低點(diǎn)引入，高點(diǎn)排出，避免袋形和盲端，確保被伴管受熱均勻。當(dāng)伴熱長度超過規(guī)定值時(shí)，需增設(shè)導(dǎo)熱油供油點(diǎn)和回油點(diǎn)。為提高傳熱效率，對內(nèi)管DN≥80管徑較大的夾套管在夾套內(nèi)可設(shè)置導(dǎo)流板，避免伴熱介質(zhì)存在流動盲區(qū)及層流，導(dǎo)流板參數(shù)和型式可參考相應(yīng)文獻(xiàn)[5]。

1.3 調(diào)節(jié)閥組處的導(dǎo)熱油進(jìn)出設(shè)置

配管過程中遇到調(diào)節(jié)閥組或管道過長時(shí)，可以使用一定數(shù)量的隔斷板，將夾套管分成幾個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)，對內(nèi)管產(chǎn)生最佳的熱效應(yīng)。通過這種在管路中增設(shè)隔斷板，相應(yīng)增設(shè)導(dǎo)熱油供油點(diǎn)和回油點(diǎn)的型式，確保被伴介質(zhì)受熱均勻。隔斷板的材質(zhì)應(yīng)與內(nèi)管相同，并且厚度要滿足應(yīng)力、腐蝕等方面的要求，可參考相應(yīng)文獻(xiàn)推薦值[5-6]。圖2所示為導(dǎo)熱油全夾套調(diào)節(jié)閥組伴熱示意圖：

圖2 導(dǎo)熱油全夾套調(diào)節(jié)閥組伴熱示意圖Fig.2 Schematic diagram of heat tracing for the full-jacketed regulating valve group of thermal oil

1.4 夾套跨接管設(shè)計(jì)

為方便調(diào)節(jié)閥檢修或拆卸，可為其單獨(dú)提供一路伴熱介質(zhì)進(jìn)出管，或在伴熱跨接管設(shè)置切斷閥及旁路，如圖2所示?？缃庸艿倪B接應(yīng)防止積液和堵塞，并考慮跨接管的安裝空間，故跨接管拐彎處宜采用煨彎彎頭[1]，沒有焊縫減少了導(dǎo)熱油泄露的風(fēng)險(xiǎn)；沒有焊渣就降低堵塞風(fēng)險(xiǎn)，且可以根據(jù)現(xiàn)場靈活布置，使跨接管靠近工藝管路。參考項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，導(dǎo)熱油跨接的地方通常是急轉(zhuǎn)彎，如果煨彎，煨彎處管道容易變成扁形的，流道變窄甚至堵塞；材質(zhì)若為碳鋼，煨彎時(shí)更容易變成扁窄型，故可以嘗試焊接彎頭避免此類情況的發(fā)生。

套管伴熱介質(zhì)進(jìn)出口徑和跨接管口徑可參考規(guī)范中所列組合尺寸[4]，具體見表1所示，但針對導(dǎo)熱油可適當(dāng)放大一級口徑，以便其流通。夾套管集中部位應(yīng)設(shè)置導(dǎo)熱油分配站和回收站，設(shè)置要求可參考熱水夾套伴熱站的設(shè)置。

表1 夾套套管組合尺寸Table 1 Combined size of jacket pipe (mm)

2 全夾套管建模和出圖

目前，PDS、PDMS、Smart3D等軟件已經(jīng)較好的實(shí)現(xiàn)了三維建模，參考它們并針對CADWorx夾套建模做如下介紹，供設(shè)計(jì)人員參考。

2.1 建模基本設(shè)置

(1)將內(nèi)管和外管視為獨(dú)立的管系，分別在獨(dú)立模型進(jìn)行設(shè)計(jì)[7-9]。

(2)內(nèi)管和外管制定相關(guān)編號原則加以區(qū)分。

(3)夾套系統(tǒng)中端板、定位板、隔斷板、折流板等自定義特殊件或用邏輯支架替代。

(4)為保證外管的連續(xù)性，被夾套法蘭、夾套閥門等管件斷開的地方使用直管代替或采用加TAP點(diǎn)的型式。

(5)內(nèi)管和外管有關(guān)聯(lián)的地方，配合使用典型圖進(jìn)行說明。

釀酒過程是一種追求天時(shí)、地利、人和，人與自然和諧相處的行為，比如瀘州老窖的價(jià)值觀念為“天地同釀，人間共生”。“千年老窖萬年糟，酒好還需窖池老”這句釀酒常見的行業(yè)用語說明人們利用窖泥生產(chǎn)白酒的過程，其實(shí)也是對窖池微生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化改造，使微生物系統(tǒng)更加優(yōu)良而穩(wěn)定，是人類和諧利用和改造自然環(huán)境創(chuàng)造更美好的酒。五糧液酒文化主要在于“中庸”“和諧”，從大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出5種糧食的搭配比例，達(dá)到“各味協(xié)調(diào)，恰到好處”。另外，沱牌酒業(yè)的生產(chǎn)理念講究“天地人和，潤澤人間”，也是一種人與自然和諧相處的范例。

2.2 內(nèi)管建模

以全夾套為例，目前CADWorx數(shù)據(jù)庫有夾套法蘭，但缺少夾套閥門，可用調(diào)節(jié)閥代替。故對與外管尺寸一致的調(diào)節(jié)閥長描述進(jìn)行修改，這樣可以確保后期匯總的緊固件材料尺寸和閥門數(shù)量無誤，閥門長度可在供應(yīng)商提供尺寸后統(tǒng)一修改(或者在元件庫自定義夾套閥門，編輯等級庫時(shí)調(diào)用即可)。定位板焊接在內(nèi)管上，用邏輯支架示意位置，修改長描述即可。

2.3 外管建模

附著內(nèi)管，中心線重合畫外管，內(nèi)管法蘭、閥門等斷開處用直管段替代。伴熱介質(zhì)進(jìn)出口可根據(jù)支管表表示在外管上，隔斷板用邏輯支架示意位置，修改長描述即可。

2.4 出軸測圖

(1)內(nèi)管軸測圖上體現(xiàn)管道走向、法蘭、閥門、儀表等的安裝位置及所需材料，

(2)外管軸測圖上提供外管材料、伴熱介質(zhì)進(jìn)出口位置、隔斷板位置、管道支吊架信息等。

3 結(jié) 論