论文部分内容阅读
【摘要】蒸汽夹套管是石油化工实际生产中广泛应用的保温管道类型之一。夹套管具有适应广泛、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，因此在实际生产中大量被采用。本文阐述了夹套管的优势、用途，探讨了夹套管的选用及设计原则。
【关键词】化工装置；夹套管；配管设计
蒸汽夹套管是石油化工实际生产中广泛应用的保温管道类型之一。夹套管具有适应广泛、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，因此在实际生产中大量被采用。夹套管是一种具有两层套管结构的管道，大直径管套内有同心的小直径管道，套管内流动着起加热或保温作用的热载体来补充内管在停输或输送期间的热损失，内管用于输送工艺介质，靠对流完成热交换，来保持恒定的工艺稳定。本文阐述了夹套管的优势、用途，探讨了夹套管的选用及设计原则。
1.夹套管的优势及用途
在石油化工生产中，为了防止腐蚀性冷凝液的形成、防止产品固化、避免产品在低温时产生成分的分离，为了保持高粘度产品的流动性，避免工艺流体由于低温时产生堵塞，使特定的产品的温度保持恒定，在生产工艺上，常常采取对工艺管道伴热的方式设计，以保障生产操作的正常进行，维持管内介质的温度在一个适当的范围。为了减少管内热损失，可以采取补充热量的方式，夹套管的方式就是补充热量的一种方式。
夹套管伴热具有突出的特点就是伴热均匀、伴热效率高，当管道内某一区域温度降低时，该区域的局部压力就会下降，热的介质就会补充过去，同时气相热载体冷凝就会释放大量的潜能。因而夹套管伴热适用范围较广，温度调节也比较迅速，适合用于工艺要求比较高的场合，尤其是高温场合是最佳的选择。但是夹套管也是有一定缺点的，一旦内管发生泄漏检修比较困难，也比较难发现，制造要求也较高。其加热、保温作用的热载体一般是热媒、蒸汽两种介质。热媒具有比热大、热稳定性质好的优点，属于非常好的热载体，在高温下对应的压力较低，但是投资较大，需要另设温控系统、循环泵、热媒加热炉等设备，才能提供一定流量和温度的热媒；蒸汽具有取用方便的优点，但是要想正常使用工作温度必须低于200℃。
2.石油化工装置夹套管的配管设计
2.1夹套管类型
按热媒体的种类，夹套管可以分为热油夹套、热水夹套、蒸汽夹套等形式，但是他们的设计原则是一样的，这些分别适用于相应的化工物料。按管道的结构形式，套管和内管的连接形式分为内管焊缝外露型和内管焊缝隐蔽型，又称为不完全夹套管和完全夹套管两种形式，不完全夹套管仅适用于直管管段上。
2.2夹套管长度
夹套管设计中的一个重要环节就是确定夹套管的长度和尺寸，长度会影响管内流体的特性。夹套管的长度应由保持热媒在最低温度下具有最必须的流量所决定，根据经验，一般蒸汽夹套管的长度为15m左右。
2.3内外管热应力
由于外管和内管的介质不同，就会导致介质的温度不同，引起的热膨胀应力也存在差异，所以应采取分别进行计算热应力。如果内管道和外管道计算的应力不一致时，夹管套就要进行设置膨胀节，以便夹管套膨胀时能够位移。在弯头处，设计的要满足内外管的膨胀位移的要求，可以采取改变外管直径以减少内外管的膨胀差。在这种情况下，要使导向板尽量多地吸收膨胀差。
2.4夹套管的焊接和选材
一般情况下，夹套管的外管和内管材料应按他们各自内含流体的温度、压力、特性而定，要考虑工作介质对管道的腐蝕而采用不同的材料，同时还要考虑到管壁的厚度所能承受最大的工作压力。夹套管的管配件一般采用对焊的形式。
2.5要保证热媒体能够在夹套管内顺畅流通
在配管中要避免直接在主管上开分支管，尽量减少流体的滞留死角。要注意消灭夹套管系统中的“水袋”或“气袋”。
2.6夹套管的跨接管和坡度
在进行夹套管敷设时，一旦遇到有坡度要求时，要保证套管内介质流向应与坡向一致。每一夹套伴热系统应单独设置疏水阀，对于蒸汽夹套管，凝结水由套管下部排出，蒸汽由套管上部引入，排凝管及供汽管应分别设切断阀。
每节夹套管受套管与内管热胀量差的限制，其长度取决于管道布置。一般每节夹套管的长度不宜超过6m。夹套阀门需要跨接管串接，跨接管宜采用法兰连接，每节夹套管之间的蒸汽宜采用跨接管进行串接。水平夹套管的跨接管一般有在水平夹套管底部布置跨接管、在水平夹套管底部切线方向布置跨接管、蒸汽上进下出垂直方向跨接等3种方式。
3.夹套管的配管设计需要注意的一些问题
夹套管的设计条件，应符合“管道索引表”和PID的要求，设计人员要严格按照《管道柔性设计规定》和《配管材料设计及选用规定》，来进行夹套管的设计。
在夹套管长度的设计中，根据实际情况选择合适的长度。套管材料要与内管相同，来保证内管和套管的热膨胀一致。但是在实际的设计中由于套管和内管的介质不同，造成介质的温度差较大，因此应当分别进行热应力的计算。内管产生的热膨胀需要补偿时，要采用π型补偿器，或者是自然补偿。
在配管设计中，要尽量不要有死角或U形管，保证夹套管内的伴热介质能够顺畅流通。夹套管材料的选用及壁厚的要求应符合管道等级的规定，要考虑到工作介质对管道的腐蚀，管壁的厚度要能承受最大的工作压力。
4.套管的管件选用原则
4.1弯头
一般内管的公称直径总要比外管小1～ 2档规格。内管弯头的曲率半径小于1.5DN时，可采用标准弯头。
4.2三通
一般是根据支管的管径来确定三通选用情况，夹套管的三通一般采用剖切。剖切有纵剖和横剖，可以根据实际情况进行选用。
4.3仪表接口
夹套管内管的管底排液口、管顶放空口、仪表管口，其结构形式分为缝隐蔽型和焊缝外露型。
4.4异径管
内外管的异径管应是标准的对焊件。外管的异径管与内管的异径管接头部要给予合理的位置，以达到外管与内管的相互影响，接头端部通常应错开为50mm一小段距离。
4.5跨接管
夹套管之间的蒸汽管可以采用跨接管进行串接，一般是采用法兰连接，主要是因为方便拆卸。水平夹套管的跨接管一般有伴热介质上进下出。
4.6定位板
为了防止内、外管的偏心，夹套管内管可以采用设置在内管的外壁上定位板定位。内管材质应与定位板的材质相一致，安装的方位不能影响内管的介质流动和热位移。如果设置的定位板在拐弯处，不能影响外管和内管的热位移。定位板长度一般为40mm，一般应设置在离弯头100mm 的地方为宜。
5.夹套管的应用
夹套管的工作原理与套管式换热器比较类似，因此夹管套也大多用于工艺介质为高粘度、高熔点的物质的行业。比较适合采用夹套管伴热的管道主要有以下几种情况：输送的介质在输送的过程中系统阻力增加，热损失粘度增高，输送量下降的管道；输送介质由于受到热损失容易析出结晶的管道；在停输期间或切换操作期间，管内介质由于温度的下降，造成介质凝固的管道；在操作的过程中，由于介质自冷可能导致堵塞的管道；需要通过补偿介质热损失来维持介质温度的管道。
在用管道输送热介质时，要尽可能地降低热损失，尽可能维持管内介质的温度。夹套伴热方式在一些对温度要较高的行业慢慢发展起来，同心的外管内流动着起加热或保温作用的热载体，夹套管的小直径内管，用于输送工艺介质。由于夹套管伴热具有适用范围广、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，得到了广泛的应用。
总之，由于夹套管伴热具有适用范围广、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，在石油化工生产中得到了广泛的运用。夹套管的配管设计要注意管内伴热介质的流动通畅，保障内外管的热膨胀应力一致，套管的长度适当，以及内外管的材料选择。 [科]
【参考文献】
［１］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,2007,18(1).
［２］田轶华，陈洁，蒙燕婕.浅谈化工设备中夹套管的配管设计[J].中国石油和化工标准与质量,2011,31(6).
［３］曾在春,曾小软.夹套管配管设计及施工注意事项[J].化工装备技术,2011,32(3).
【关键词】化工装置；夹套管；配管设计
蒸汽夹套管是石油化工实际生产中广泛应用的保温管道类型之一。夹套管具有适应广泛、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，因此在实际生产中大量被采用。夹套管是一种具有两层套管结构的管道，大直径管套内有同心的小直径管道，套管内流动着起加热或保温作用的热载体来补充内管在停输或输送期间的热损失，内管用于输送工艺介质，靠对流完成热交换，来保持恒定的工艺稳定。本文阐述了夹套管的优势、用途，探讨了夹套管的选用及设计原则。
1.夹套管的优势及用途
在石油化工生产中，为了防止腐蚀性冷凝液的形成、防止产品固化、避免产品在低温时产生成分的分离，为了保持高粘度产品的流动性，避免工艺流体由于低温时产生堵塞，使特定的产品的温度保持恒定，在生产工艺上，常常采取对工艺管道伴热的方式设计，以保障生产操作的正常进行，维持管内介质的温度在一个适当的范围。为了减少管内热损失，可以采取补充热量的方式，夹套管的方式就是补充热量的一种方式。
夹套管伴热具有突出的特点就是伴热均匀、伴热效率高，当管道内某一区域温度降低时，该区域的局部压力就会下降，热的介质就会补充过去，同时气相热载体冷凝就会释放大量的潜能。因而夹套管伴热适用范围较广，温度调节也比较迅速，适合用于工艺要求比较高的场合，尤其是高温场合是最佳的选择。但是夹套管也是有一定缺点的，一旦内管发生泄漏检修比较困难，也比较难发现，制造要求也较高。其加热、保温作用的热载体一般是热媒、蒸汽两种介质。热媒具有比热大、热稳定性质好的优点，属于非常好的热载体，在高温下对应的压力较低，但是投资较大，需要另设温控系统、循环泵、热媒加热炉等设备，才能提供一定流量和温度的热媒；蒸汽具有取用方便的优点，但是要想正常使用工作温度必须低于200℃。
2.石油化工装置夹套管的配管设计
2.1夹套管类型
按热媒体的种类，夹套管可以分为热油夹套、热水夹套、蒸汽夹套等形式，但是他们的设计原则是一样的，这些分别适用于相应的化工物料。按管道的结构形式，套管和内管的连接形式分为内管焊缝外露型和内管焊缝隐蔽型，又称为不完全夹套管和完全夹套管两种形式，不完全夹套管仅适用于直管管段上。
2.2夹套管长度
夹套管设计中的一个重要环节就是确定夹套管的长度和尺寸，长度会影响管内流体的特性。夹套管的长度应由保持热媒在最低温度下具有最必须的流量所决定，根据经验，一般蒸汽夹套管的长度为15m左右。
2.3内外管热应力
由于外管和内管的介质不同，就会导致介质的温度不同，引起的热膨胀应力也存在差异，所以应采取分别进行计算热应力。如果内管道和外管道计算的应力不一致时，夹管套就要进行设置膨胀节，以便夹管套膨胀时能够位移。在弯头处，设计的要满足内外管的膨胀位移的要求，可以采取改变外管直径以减少内外管的膨胀差。在这种情况下，要使导向板尽量多地吸收膨胀差。
2.4夹套管的焊接和选材
一般情况下，夹套管的外管和内管材料应按他们各自内含流体的温度、压力、特性而定，要考虑工作介质对管道的腐蝕而采用不同的材料，同时还要考虑到管壁的厚度所能承受最大的工作压力。夹套管的管配件一般采用对焊的形式。
2.5要保证热媒体能够在夹套管内顺畅流通
在配管中要避免直接在主管上开分支管，尽量减少流体的滞留死角。要注意消灭夹套管系统中的“水袋”或“气袋”。
2.6夹套管的跨接管和坡度
在进行夹套管敷设时，一旦遇到有坡度要求时，要保证套管内介质流向应与坡向一致。每一夹套伴热系统应单独设置疏水阀，对于蒸汽夹套管，凝结水由套管下部排出，蒸汽由套管上部引入，排凝管及供汽管应分别设切断阀。
每节夹套管受套管与内管热胀量差的限制，其长度取决于管道布置。一般每节夹套管的长度不宜超过6m。夹套阀门需要跨接管串接，跨接管宜采用法兰连接，每节夹套管之间的蒸汽宜采用跨接管进行串接。水平夹套管的跨接管一般有在水平夹套管底部布置跨接管、在水平夹套管底部切线方向布置跨接管、蒸汽上进下出垂直方向跨接等3种方式。
3.夹套管的配管设计需要注意的一些问题
夹套管的设计条件，应符合“管道索引表”和PID的要求，设计人员要严格按照《管道柔性设计规定》和《配管材料设计及选用规定》，来进行夹套管的设计。
在夹套管长度的设计中，根据实际情况选择合适的长度。套管材料要与内管相同，来保证内管和套管的热膨胀一致。但是在实际的设计中由于套管和内管的介质不同，造成介质的温度差较大，因此应当分别进行热应力的计算。内管产生的热膨胀需要补偿时，要采用π型补偿器，或者是自然补偿。
在配管设计中，要尽量不要有死角或U形管，保证夹套管内的伴热介质能够顺畅流通。夹套管材料的选用及壁厚的要求应符合管道等级的规定，要考虑到工作介质对管道的腐蚀，管壁的厚度要能承受最大的工作压力。
4.套管的管件选用原则
4.1弯头
一般内管的公称直径总要比外管小1～ 2档规格。内管弯头的曲率半径小于1.5DN时，可采用标准弯头。
4.2三通
一般是根据支管的管径来确定三通选用情况，夹套管的三通一般采用剖切。剖切有纵剖和横剖，可以根据实际情况进行选用。
4.3仪表接口
夹套管内管的管底排液口、管顶放空口、仪表管口，其结构形式分为缝隐蔽型和焊缝外露型。
4.4异径管
内外管的异径管应是标准的对焊件。外管的异径管与内管的异径管接头部要给予合理的位置，以达到外管与内管的相互影响，接头端部通常应错开为50mm一小段距离。
4.5跨接管
夹套管之间的蒸汽管可以采用跨接管进行串接，一般是采用法兰连接，主要是因为方便拆卸。水平夹套管的跨接管一般有伴热介质上进下出。
4.6定位板
为了防止内、外管的偏心，夹套管内管可以采用设置在内管的外壁上定位板定位。内管材质应与定位板的材质相一致，安装的方位不能影响内管的介质流动和热位移。如果设置的定位板在拐弯处，不能影响外管和内管的热位移。定位板长度一般为40mm，一般应设置在离弯头100mm 的地方为宜。
5.夹套管的应用
夹套管的工作原理与套管式换热器比较类似，因此夹管套也大多用于工艺介质为高粘度、高熔点的物质的行业。比较适合采用夹套管伴热的管道主要有以下几种情况：输送的介质在输送的过程中系统阻力增加，热损失粘度增高，输送量下降的管道；输送介质由于受到热损失容易析出结晶的管道；在停输期间或切换操作期间，管内介质由于温度的下降，造成介质凝固的管道；在操作的过程中，由于介质自冷可能导致堵塞的管道；需要通过补偿介质热损失来维持介质温度的管道。
在用管道输送热介质时，要尽可能地降低热损失，尽可能维持管内介质的温度。夹套伴热方式在一些对温度要较高的行业慢慢发展起来，同心的外管内流动着起加热或保温作用的热载体，夹套管的小直径内管，用于输送工艺介质。由于夹套管伴热具有适用范围广、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，得到了广泛的应用。
总之，由于夹套管伴热具有适用范围广、温度调节迅速、伴热均匀、伴热效率高的优势，在石油化工生产中得到了广泛的运用。夹套管的配管设计要注意管内伴热介质的流动通畅，保障内外管的热膨胀应力一致，套管的长度适当，以及内外管的材料选择。 [科]
【参考文献】
［１］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,2007,18(1).
［２］田轶华，陈洁，蒙燕婕.浅谈化工设备中夹套管的配管设计[J].中国石油和化工标准与质量,2011,31(6).
［３］曾在春,曾小软.夹套管配管设计及施工注意事项[J].化工装备技术,2011,32(3).