化工裝置中夾套管管道的配管設計

王歡歡

(中國昆侖工程有限公司，北京 100037)

0 引言

夾套管的適用范圍較廣，并且溫度可以快速調節(jié)，因此其使用效果是一般伴熱管所無法達到的。夾套管自身還帶有獨特的防水管構造，可通過大直徑管道內安裝小口徑管道的設計起到對管道中的凝固性流體、黏性流體以及高熔點流體加溫和隔熱保溫的功效，而且還能夠填補連接管在停輸或運輸階段的熱損耗，有效保證加工工藝穩(wěn)定開展。夾套管的管路設計不但要考慮到每一條管道的長度，更需要保障內外管膨脹幅度一致，這樣才能確保加溫介質的有效流通，另外，還需要注意里外管原材料的銜接以及夾套管的傾斜度等相關問題。

1 化工裝置中夾套管管道高速發(fā)展的簡述

夾套管在化工制造行業(yè)中的廣泛使用，歸功于夾套管自身強大的優(yōu)點。在石油運輸過程中，一般的管道無法滿足石油運輸?shù)那疤釛l件，也會因為管道品質不高而引起一系列的問題，而夾套管在石油運輸過程中可以發(fā)揮其優(yōu)勢。夾套管是采用2個不同口徑的管道所組成的，因為其半徑不同，可以把2個管道嵌套在一起組合使用，這樣不僅解決了化學物質運輸過程中的泄漏問題，還起到了隔熱保溫的作用。

2 化工裝置夾套管的管路設計

2.1 夾套管的長度

在夾套管的設計過程中，為了避免出現(xiàn)熱脹冷縮帶來的不良影響，就需要重視夾套管的長度設計。夾套管的長度以及標準是夾套管設計的關鍵，因為其長度會直接影響管內的液體流動，隨著夾套管長度的不斷增加，液體流動的阻力也會逐漸變大，導致管內液體流動速度下降，內外管層的熱傳導效果也隨之下降，因此夾套管的長度應由保持熱媒在最低溫度下具有的最必須流量所決定。依據(jù)經驗，一般蒸氣夾套管的長度可以按15 m左右進行設計。

2.2 夾套管的種類

夾套管依據(jù)熱媒體類型可分為熱油夾套、熱水夾套和蒸汽夾套等，其設計原理基本一致，不同類別的夾套管分別適用于不同的化工廠原材料。按照結構形式區(qū)分，夾套管可分為內管焊接露出型和內管焊接隱秘型，一般也稱作不完全夾套管和完全夾套管，區(qū)別在于管路的結構類型以及防水套管與內管的連接方式，不完全夾套管僅適用于直管接管管道。

2.3 夾套管的材料選擇

通常情況下，主要依據(jù)管中工藝介質的壓力和溫度選擇最適宜的內外管管道材料類型，此外還要考慮不同類型的介質對管路的腐蝕作用以及壁厚厚度所能接受的最大工作壓力，再經過具體分析選擇適合的材料。另外，夾套管的管道元件一般采用對接焊的形式。

3 石油化工設備夾套管的配管設計方案

3.1 材料和級別分界的合理性設計方案

近年來，隨著社會經濟的發(fā)展，石油化工領域也在不斷發(fā)展，并且對石油化工裝置的有關設施也越來越重視。尤其是在夾套管的配管設計時，需要對管道材質與級別分界的合理性設計方案展開分析，主要考慮高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)間的邊界全過程在壓力和溫度上的改變。一般依據(jù)P&ID對界線進行劃分，但如果配套設施定制狀況較為特別，就需要結合實際情況更改設計方案。比較常見的現(xiàn)象有三種：第一，設計壓力相同但管道材質不同，這種情況下管道材質里的地腳螺栓和閘閥需要盡可能選擇高質量材質，法蘭片和密封墊則可以選擇相對適度的材質；第二，設計壓力不同但管道材質相同，針對這種現(xiàn)象，法蘭密封墊、地腳螺栓和閥門需要選擇相同的高質量材料；第三，壓力等級和管道材料均不同，這時法蘭和墊片選擇高壓等級材質，螺栓和閥門選擇B級材質。

3.2 管線的設計

夾套管管線要依據(jù)管道儀表流程圖進行合理規(guī)劃布置。同時，由于夾套管的內外管溫差較大、材質不同等原因，夾套管應進行科學的應力校核，如有需要，宜優(yōu)先考慮自然補償。夾套管的結構形式要根據(jù)內管輸送的工藝介質的凝固點進行合理選擇，凝固點高于100 ℃時，宜選擇“內管焊縫隱蔽型”夾套管。另外當輸送的工藝介質有毒時，要選擇“內管焊縫外露型”夾套管。

3.3 管架的設計

管架的設計是化工裝置夾套管配管設計過程中的關鍵部分，在一定程度上影響著夾套管的配管設計效果，若沒有進行合理的管架設計，會在實際化工生產操作中產生相應的問題，從而影響正常化工生產的進行，也會對裝置運行產生一定的安全隱患，很可能出現(xiàn)相應的安全問題，造成財產損失和人身損害。所以需要特別關注管道與支架間的相關因素，例如在蒸汽管道中，通常會存在排水小管，要減少小管與主管彈簧支架間的相對位移，來避免小管因剛性較大而阻礙彈簧運動。

4 夾套管的設計內容

4.1 夾套管設計要素

夾套管長度設計方案是通過管道布局來確定的，在設計過程中要充分考慮內外管的溫度差和熱變形差對管道的限制，重視熱脹冷縮所導致的偏移問題。一般來說，每一段夾套管應將長度控制在6 m以內，當存在彎頭時，應控制在12 m以內。夾套管的內管彎頭設計選用曲率半徑相當于1.5倍管道公稱直徑的標準長半徑彎頭，外管彎頭設計選用曲率半徑相當于1倍管道公稱直徑的標準短半徑彎頭，以便于夾套管的安裝及施工。

夾套管內管和外管的原材料應根據(jù)管道級別、設計壓力、設計溫度和物質性能進行合理選擇，并考慮運輸物質對管道的腐蝕及其管道厚度所能承受的最大壓力。同時，選擇相同的外管材料與內管材料，可以確保內外管的熱變形一致，減少問題的出現(xiàn)。另外夾套管的內管需要設置定位板，一般是用電焊焊接在夾套管內管的外壁上，其材質與內管材質相同，并和外管內腔保持一定距離。在配管設計中，夾套管的布置應盡量避免出現(xiàn)死角或者U型彎，當U型彎因實際情況無法避免時，可在最低點設置低點排放管線并設置切斷閥門。另外，每一組夾套管的冷熱交替媒介的進出口都需要設置緊急切斷閥門，在冷熱交替媒介為間斷性使用或管線含有檢修拆裝件時，該部分冷熱交替媒介的停止使用不會影響管線其他部分冷熱交替媒介的運轉[1]。

4.2 流體為蒸汽的夾套管的獨特設計原則

蒸汽進口位于垂直夾套管的較高處或水平夾套管的上方，蒸汽流入應與工藝流體流向相反。蒸汽出口位于垂直夾套管的較中低端或水平夾套管的下方。其中水平管道里的跨接口需向下布局，并組裝無閥出液口，若有2個跨接管，則需一根向上并在末端加出氣口，一根向下并在末端加排液口；而垂直管道里的跨接管需兩邊更替布局，以防止流體偏重于一側流動。另外碳素鋼夾套管管道的蒸汽入口，需設置加強板[2]。

夾套管的每個出口冷凝排出管需有獨立的疏水器，每一個蒸汽疏水器在維修更換新構件時，應做到可直接拆裝，不能危害蒸汽及冷凝液系統(tǒng)的操作。為了保障維修和校準，回水冷凝管上游的疏水器與集合管的間隔需超過2 m。另外夾套管管道和與夾套管相連的設備連接口應選用墊板式法蘭。當水平敷設的夾套管有傾斜度要求時，防水套管內介質流向應與傾斜度一致。

5 套管管件的選擇原則

5.1 三通

一般情況下，三通的選擇是根據(jù)支管的管徑來確定的，夾套管的三通通常采用剖切的方法，包括縱剖和橫剖，所以在開展具體作業(yè)時，可根據(jù)遇到的情況進行對應選擇。

5.2 彎頭

一般夾套管內彎頭的曲率半徑等于或者小于1.5 DN時，可以采用標準彎頭，當內管和內管彎頭的曲率半徑等于或大于3 DN時，夾套管彎管可以采用剖切型。此外內管彎頭和外管彎頭之間需要留出一定間隙，要結合熱應力分析計算出的數(shù)據(jù)進行設計，這樣可以更好地滿足設計需求[3]。

5.3 異徑管

一般非熔體管道的夾套管內管異徑管以及作為正常變徑使用的外管異徑管都要采用符合GB/T 12459—2017要求的異徑管，并且需要選擇標準的焊接模式，不同的是，內管提出了內壁粗糙度的附加要求。此外還需要對外管的異徑管和內管的接頭部位進行合理安排，避免內管與外管之間的互相影響，一般情況下需要在接頭部位至少錯開50 mm。

5.4 定位板

夾套管內管外壁上焊接的定位板位置，通常與直管段長度和管架位置有關，定位板的間距設置也需要根據(jù)不同項目的實際情況進行合理選取。通常情況下直管道根據(jù)最大間距設計定位板時，夾套管的閥門、儀表件都應視為定位板。此外，定位板的厚度、長度等規(guī)格參數(shù)與夾套管的管徑、材質、熱載體壓力及溫度有關，在具體施工中要嚴格按照設計要求執(zhí)行。

5.5 外管半殼管

當夾套管內管有焊縫檢驗要求時，一般需要在對應內管焊縫處設計相對應的外管半殼管，安裝時外管上直管及彎頭先套在內管上，留有半殼管的位置，然后通過直管和彎頭沿著內管軸向錯動來讓開內管焊縫，最后將外管半殼管焊上。通常外管半殼管長度按150～200 mm設計，也可根據(jù)實際情況調整，盡量不低于75 mm。

6 提升石油化工設備夾套管配管設計的有效措施

6.1 加強資源投入

石油化工企業(yè)需要加強對石油化工設備夾套管配管設計的人力、物力和資金的投入，促進各類工程項目在滿足設計規(guī)定的前提下高效率地達到目標。同時要積極引進先進的技術，為夾套管配管設計提供優(yōu)質環(huán)境，提升夾套管配管設計的規(guī)范性、安全性以及可操作性。

6.2 做好專業(yè)技術培訓

根據(jù)實際工作需要，定期做好專業(yè)人員的學習培訓工作，加強技術人員對石油化工裝置夾套管配管設計重要性的理解，并積極開展多種形式的學習培訓活動，必要時外聘相關專家對相關技術人員進行專題講座知識培訓，培養(yǎng)選拔具有高水平、技術精湛的工程技術人員參與到具體的項目設計、施工和實際操作中。

6.3 關注設計成本

受管路設計多元性和夾套管工藝復雜性等因素的影響，夾套管的配管設計所需要的成本費用較高，主要表現(xiàn)在工藝設計過程中對材料的選擇。因此在滿足設計規(guī)范要求、綜合考慮工藝特性和項目環(huán)境等因素、保證管路安全合理的前提下，需要強化成本控制思維，最大程度降低資源浪費。

7 結語

綜上所述，化工裝置中夾套管配管設計的深入研究，對其廣泛應用于石油化工行業(yè)具有十分重要的意義。但是在實際的應用生產中，仍然存在一定問題，影響化工裝置的有效運行，因此在夾套管配管設計運用環(huán)節(jié)中，應當提升對夾套設計環(huán)節(jié)與要素的重視程度，提高工程技術人員的專業(yè)素質，并做好監(jiān)督管理工作，以便更好地檢驗技術措施和專業(yè)方法的合理性。