众一阿美科福斯特惠勒工程有限公司 200235
摘要：夹套管是化工行业中用于工艺介质温度及流动性保持恒定的一种方式，在实际生产中被广泛应用，尤其对于易凝固，有粘性，高熔点等液体介质，夹套管的使用可是其保持良好的流动性和温度。另外，随着化工产业建设工程的不断发展及工厂扩大化，许多化工生产加工过程产生的附加产品液硫的处理的程序也不断的创新和一体化，其中夹套管在输送液硫工程中起到非常重要的作用，是其他伴热形式不能代替的，其设计的好坏将直接影响该环节的安全性及流畅性。因此如何做好夹套管的管道设计与安装，对整个工厂的正常运行和维护具有十分重要的意义。
关键词：液硫夹套；夹套管的设计；夹套管的安装；应用；热应力
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。
本文我将结合自己的工作实际和经验来谈谈夹套管的设计原则及施工安装，在从事化工管道设计12年以来，我参与了多个项目的管道设计，对于管道伴热这一特殊的管道设计形式设计也有很多，这种特殊管道设计要求设计人员更多的是根据设计规范及自身的设计经验来判断和选择合适的伴热方式，通常我们用到的管道伴热方式包括外管伴热（伴热介质：蒸汽、热水、导热油）、夹套管伴热及电伴热。本文中，我将着重根据自己参与过土库曼斯坦加尔金内什气田 300×108m³/a 商品气产能建设工程的管道设计和项目管理工作，其中硫磺回收装置的液硫夹套管的设计是重点也是难点，配管及其复杂，下面我以液硫蒸汽夹套管为例具体谈谈自己对于夹套管的设计与安装的一些看法。
1.夹套管设计参数分析
因液体硫磺的温度只有保持在130℃左右，才不至于凝固，因此蒸汽夹套管的蒸汽温度必须能确保介质保持在此温度之上。这样就要求在工艺计算和管道材质的选择以及管道布置上都有特殊要求，但必须满足企业及国内外相关标准规范。所以在夹套管的内管和外管的材质选择应根据管道材料等级确定。一般情况下，外管宜选用碳钢无缝管。当内管为不锈钢或合金钢管时，内管与外管的连接端板应选用不锈钢，并选用不锈钢焊条，定距板的材质同内管。
阀门、疏水阀、过滤器等的材质选用应与蒸汽伴管的材质相同。且阀门、疏水阀、过滤器等均采用夹套型。
2.设计和计算要点和过程
2.1夹套管的型式应按照下列原则确定
当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；当输送介质的凝固点高于100℃的工艺管适宜采用“内管焊缝隐蔽型”夹套管。在本项目中因液体硫磺的凝固点在121℃左右，故为保证其不结焦，管路不堵塞，其温度应保持在130℃。因此适宜采用内管焊缝隐蔽型夹套管;输送有毒介质的工艺管适宜采用“内管焊缝隐蔽型”夹套管。
除非另有规定，夹套管的外管与内管尺寸应依据SH3040-2012《石油化工管道伴管和夹套管设计规定》中表 15 选用。
2.2夹套管的设计温度和压力
夹套管的内管的外压应为外管内的伴热介质的设计压力，外管（包括端板）的内压应为伴热介质的设计压力；压力设计的温度参数应取内管的工艺介质或外管内的伴热介质的设计温度两者中最高者。
应力分析的计算温度为：外管取伴热介质的操作温度；内管取工艺介质或伴热介质的操作温度两者中最高者。也应校核外管的环境温度和内管的工艺介质的操作温度。
2.3介质流向改变时对管件的要求
在一般的家套管设计中，其内管带分支管时，分支管部位的外管应采用剖分三通。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。在土库曼斯坦加尔金内什气田 300×108m³/a 商品气产能建设工程项目中，专家及现场工作人员根据以往的经验分析，由于液硫介质受温度影响局部易结焦的原因，建议在有弯头的地方，垂直布置时的弯头改为三通，垂直布置的三通保持不变；水平的弯头、三通全部改为四通，其端部全部都用盲法兰连接，以便疏通及检修。
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2.4内外管连接型式及定板间距要求
夹套管外管的伴热介质接管尺寸最小为 DN15，采用法兰连接型式；当夹套管保温时，外管上的所有连接管件的连接端部均应露在保温层外；夹套管的内管和外管之间采用定距板的方式来支承。采用三块定距板按 120°夹角均布焊接在内管外壁上，定距板距外管内壁的空隙为 1～1.5mm，定距板长 40mm，厚度为碳钢6mm，定距板的间距应参考SH/T 3040-2012《石油化工管道伴管和夹套管设计规定》的相关规定；夹套管的外管上伴热介质进出导管的小管件宜在现场采用热弯或冷弯弯管，不宜采用承插焊弯头。
在夹套管的设计中，应充分考虑由于热胀冷缩而造成的位移，在造成位移的诸多因素中，夹套管的长度是解决问题的有效途径之一。伴热介质包括热水、导热油、蒸汽，其中蒸汽由于有凝液问题在设计中需要细致的考虑，而对于本项目经综合考虑，分析认为蒸汽夹套管比较合适。
2.5内外管的热膨胀应力
为使套管和内管的热膨胀值一致，套管材料应与内管相同或线膨胀系数相近。但是实际设计中往往由于内管和套管的介质不同，夹套管的内管和套管之间的温度差过大，所以管道的材质也不同，应当分别的进行热应力计算。内管产生的热位移需要补偿时，宜采用自然补偿或设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时，要适当改变外管直径以便减少内外管的膨胀差，在这种情况下，还应考虑导向板的位置，使其尽量多地吸收膨胀差。
2.6夹套管的坡度和跨接管
在装置内，当工艺要求夹套管水平铺设有坡度时，套管内介质流向应与坡向一致，对于蒸汽夹套管，蒸汽由套管上部引入，凝结水由套管下部排出，供汽管及凝结水管应分别设切断阀，每一夹套伴热系统应单独设置疏水阀。在本项目中，液体硫磺管线要经过全厂管廊输送至硫磺储罐中，因输送的介质跨度比较长，若设置坡度，很难布置管道，因此可不带坡度，但必须是顺介质流向步步低；并且在每段夹套管之间，在规定长度范围内，伴热介质可采用跨接管进行串连。跨接管的管口方位设置应按照伴热介质为汽态时，应高进低出。伴热介质为液态时，应低进高出的原则；另外，在本项目中，因采用的是蒸汽伴热，其夹套管跨接管的设计应使排放流畅，防止积液和堵塞，故一般情况是在跨接管的底部设置排凝，每个跨接管应设置活接头（配对法兰连接）。配管时应考虑跨接管的安装空间，管道间距应适当加大，蒸汽水平夹套管的跨接管垂直方向布置，蒸汽上进下出，每段夹套管的套管长度取决于管道布置，并受内管与外管内的伴热介质之间的温度差的限制。一般情况下每节套管长度不宜超过6m或12米，具体按每个工程统一规定执行。
2.7液硫夹套管的要求如下：
夹套管布置集中的部位应设置蒸汽分配管和冷凝水集合管，通过供汽导管和冷凝水导管分别接到相应的夹套管上；夹套管的布置不允许有死角或袋形管。当袋形管道不可避免时，应在其低点处设置排放冷凝水的导管；蒸汽分配管或供汽点的标高宜高于被加热的夹套管。冷凝水集合管应足够低，使从夹套管排出的冷凝水能靠重力自流排出。从低处引到高处的供汽导管宜在其低点设单独疏水阀。
3.安装方法和难点分析
在本项目中，首先，要求对夹套管主体部分应进行预制，预制的夹套管进行组装时，外管需要调整的部位应设在法兰或其他配件的内管周向焊缝处，采用调整剖分管段进行调整。其次，由于液体硫磺输送管道采用的是内管焊缝隐蔽型夹套管，因此夹套管的外管进行组焊之前，应对内管进行逐根试压，在试压时，内管上的所有焊缝应预留150mm 长的缺口，待内管焊缝经100%射线检测，试压合格后，再将其外管的剖分管段焊接在相应位置上，外管组焊后再对外管按要求进行试压。最后，还要求伴热介质的供给导管和返回导管应设置必要的支承，如有可能，宜成束保温在一起和设置支架。另外，关于夹套管的保温要求应按照SH/T 3040-2012《石油化工管道伴管和夹套管设计规定》的相关规定；夹套管的施工及验收应符合HG 20225-2007《工业金属管道工程施工及验收规范》。
4.结论
综上所述，对于特定的工艺介质（易凝固、高粘度、高熔点等的液体）保温采用夹套管的方式，因其具有温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高等优点，正被广泛应用在石油化工生产中，但其也存在设计安装难度大，管系复杂、涉及范围较广等因素，还需要在今后的设计和施工中充分了解夹套管的特殊性并遵循设计原则及工艺要求进行设计，同时不断总结实际经验，以达到更好的效果，就以我参与的项目为例，液硫夹套管的设计和安装在该项目硫磺回收装置中很复杂，安全隐患大，对于因局部温度变化导致的结焦只能通过传统的方式疏通。因此还需要不断的探索及创新，以便提高设计技术水平。
参考文献
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[2]李黎，陈洁，王跃新，浅谈夹套管的配管设计[J].科技传播，2011，（13）；148-149.
[3] SH/T 3040-2012石油化工管道伴管和夹套管设计规范.
[4] HG 20225-2007工业金属管道工程施工及验收规范.
论文作者:田利君
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/3
标签：套管论文; 介质论文; 管道论文; 蒸汽论文; 温度论文; 工艺论文; 导管论文; 《基层建设》2017年第28期论文;