浅谈夹套管的配管设计

浅谈夹套管的配管设计

摘要蒸汽夹套管是石油和化工生产中常用的保温管道类型之一。夹套管伴热具有伴热效率高、伴热均匀、温度调节迅速、适用范围广的优势，因而在生产中得到了广泛的运用。本文阐述了夹套管伴热的用途、优势，探讨了夹套管的配管设计及选用原则。

关键词夹套管；配管设计；选用原则；安装

夹套管是一种具有双层套管结构的特殊管道，在小直径管道外面套上同心的大直径套管，内管用于输送工艺介质，套管内流动着起保温或加热作用的热载体来补充内管在输送或停输期间的热损失，靠对流完成热交换，来保持恒定的工艺温度。

1 夹套管伴热的用途及优势

在石油和化工生产中，为了保持高粘度产品的流动性，避免产品在低温时产生成分的分离、防止产品固化、防止腐蚀性冷凝液的形成，使特定的产品的温度保持恒定，避免工艺流体由于低温时产生堵塞，在生产工艺上，常常采用工艺管道伴热的方式，来维持管内介质的温度在一个适当的范围，以保障生产操作的正常进行。对管内介质进行加热，来补充热损失，补充热量的方式之一就是夹套管的方式。

夹套管伴热具有伴热效率高、伴热均匀的突出优势，当管道的任意一个地方的温度降低时，气相热载体冷凝而释放出大量的潜热，同时，由于冷凝处的局部压力降低，会立刻有热的介质补充过去，因而，使得夹套管伴热的温度调节迅速、适用范围广，是工艺要求苛刻的场合、特别是对温度控制要求严格的高温场合的最佳选择。

2 夹套管的配管设计及选用原则

2.1 夹套管的配管原则

1）适用于各种夹套管和各种冷热媒体的总设计原则

在配管设计中，为保证夹套管内伴热介质流动通畅，尽量避免U形管或死角出现，若必须有，则应在其低点处设排液口。每一夹套管的冷热媒体进出口都需设置切断阀。夹套管上须安装水压试验和操作时用的无阀排气及排液口。冷热媒体为间歇性使用或管线中有维修拆卸件时，此部分冷热媒的停用不能影响管线其它部分冷热媒体的运行。

为方便安装，不能使用45°度弯头。对于易于固化需要机械清洗的管线的弯头部分，用十字分支加法兰的结构来代替夹套管弯头，必须避免有盲肠段或液袋，

尽量避免使用偏心异径管，泵的吸入口除外。安装内外管的异径管时，要使异径管的大端在同一位置。若必须使用偏心异径管，内外管应同时装成底平或顶平形式。内管使用同心异径管时，外管也要使用同心异径管。当水平管线上有异径管时，夹套管内的媒体从小管径处流入。当夹套管系统带有变径的分支管时，媒体应从最小管径处流入。工艺管线的管件用对焊式，特殊情况可以用承插焊式半管接头。冷热媒体的进料、出料管和跨接管上拆卸点，必须位于夹套管的保温层外，避免内外管热胀冷缩引起的相互影响。内外管间的定位板应根据管道支撑放置，不能影响冷热媒体的进出口和排气排液口。冷热媒体进出口管上的闸阀/截止阀，要尽可能靠近分配管/集合管，并便于操作。

2）流体为液体的夹套管的特殊设计要点

冷热媒体的进口位于垂直夹套管的较低侧和水平管的下方。冷热媒体的流向宜与工艺流体的流向相反。冷热媒体的出口位于垂直夹套管的较高端和水平管的上方。水平夹套管上的跨接置于管道上方环形段须向上弯曲，并且环上安装一个无阀的排气口。冷热媒体进出管不能有分支，每个进口须有单独的出口。垂直管段上的跨接管须在两侧交替分开布置，以免冷热媒体偏在一侧流动，管口要尽可能靠近夹套管端的法兰处。在夹套管中安装导流板，可以保证热液体的有效循环，冷热媒体分配更准确，并能避免死点。注意夹套管排气排液口的位置，为消除开车时系统中的空气，冷热媒体的进料分配管须位于系统的最低点，出料集合管须位于系统的最高点，并与地面或平台上的操作空间相一致。对于全部夹套管的管线，与夹套管相接的设备管口法兰用垫板式法兰。冷热媒体的进口管与出口管的距离不得超过30m。

3）流体为蒸汽的夹套管的特殊设计要点

蒸汽进口位于垂直夹套管的较高端和水平夹套管的上方，蒸汽流向宜与工艺流体流向相反。蒸汽出口位于垂直夹套管的较低端和水平夹套管的下方。水平管线上的跨接口须向下布置，并需安装无阀排液口。如有两个跨接管，则须一根向上，加一排气口，另一根向下，加一排液口。垂直管线上的跨接管须两侧交替布置，以免流体偏于一侧流动。碳钢夹套管在内管的蒸汽入口处，需设置加强板。夹套管的每一出口冷凝排放管须有单独的疏水器。每个蒸汽疏水器在维修或更换部件时必须能够单独拆卸，而不影响蒸汽及冷凝液系统的操作（如有需要）。疏水器应为热动力学式或温度调节型。带有切断阀和旁路的疏水器应置于适当位置尽可能靠近回水集合管，为了不影响任何检修和复位回水冷凝管上上游的疏水器与集合管的间距须大于2m。对于全部夹套管的管线，与夹套管相接的设备接口用垫板式法兰。水平敷设的夹套管要求有坡度时，套管内介质流向应与坡度一致。每节夹套管的长度取决于管道布置，并受内管与套管热涨量差的限制，每节夹套管的长度不宜超过6m。在规定的范围内，每节夹套管之间的蒸汽管宜采用跨接管进行串联，跨接管宜采用法兰连接。夹套管蒸汽引入口至凝结水排出口的距离（即夹套管伴热长度）可根据蒸汽压力按表1确定。

4）夹套管材料的选用及注意的事项

夹套管的内管应采用无缝钢管，套管可采无缝钢管或焊接钢管。在夹套管长度的设计中，要充分考虑热胀冷缩而造成的位移，根据实际情况选择合适的长度。套管材料宜要与内管相同，或线膨胀系数相近，来保证套管和内管的热膨胀一致。在实际的设计中由于内管和套管的介质不同，造成介质的温度差较大，所以管道的材料必然不同，其引起的热膨胀应力也不同，因此应当分别进行热应力的计算。如果两者热胀差异产生的热应力超出许用值时，内管与套管宜采用同种材质或线膨胀系数相近的材质。内管产生的热膨胀需要补偿时，要采用自然补偿，或者设π型补偿器。在弯头处，如果内外管的膨胀位移不能满足设计要求，需要采取适当改变外管的直径做法，来改变内外管的膨胀差。此种情况下，还要充分考虑导向板的位置，要根据导向板的位置来设计，使导向板尽量多地吸收膨胀差。隔板和导流板的材料要同与之相焊接的管道材料一致或等同于管道材料。在任何情况下，若工艺管道材料与夹套管道材料不一致时，板材则须与较高管道材料相一致。

夹套管材料的选用及壁厚的要求应符合管道等级的规定，一般来说，夹套管的内管和套管的材料选择要按照它们各自内含液体的特性、压力和温度来确定，要保证管壁的厚度要能承受最大的工作压力。夹套管内的实验压力的确定，要按照内外部设计压力最大值的1.5倍来设定，实验压力应为套管设计压力的1.5倍。

2.2 夹套管型式的选用原则及安装

内管与套管的连接形式分为内管焊缝隐蔽型（全夹套）和内管焊缝外露型（半夹套）。夹套管型式的选用原则应符合以下要求：输送介质的凝固点在50℃～100℃的工艺管，适宜采用“内管焊缝外露型”夹套管；输送介质的凝固点高于100℃的工艺管道，宜采用“内管焊缝隐蔽型”夹套管，管道上的阀门、法兰、过滤器等应为夹套型；输送有毒介质的工艺管道，应采用“内管焊缝外露型”夹套管；夹套管的内管焊缝为“隐蔽型”时，在内管需要检查的焊缝部位相对应的外管部位应留出一段剖分管段，剖分管段的最小长度，要大于75mm；夹套管变径时，内管的异径管与外管的异径管的大口端，端部错开距离最小为50mm；夹套管保温时，外管上的所有连接管件的连接端部，都要露在保温层外面。夹套管内管应采用定位板定位，其定位板安装方位不应影响内管热位移，定位板之间的间距如表3所规定。夹套管的内管如果带分支管，分支管部位的外管应采用剖分三通；夹套管的弯头处，内管宜采用R<=1.5D的长半径弯头，外管率半径如表2规定；内管弯管的曲率半径R等于或大于3D时，套管弯管采用剖切型，套管弯管的曲率半径与内管的曲率半径相等。

参考文献

[1]SH3040-2002 石油化工管道伴热和夹套管设计规范.

[2]孙文强，孙光磊.夹套管道施工技术与工艺[J].石油化工建设，2009(3).

[3]陈慧文，刘雨民.夹套管的配管设计及管件选用原则[J].炼油与化工，2007(1).

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