夹套管配管设计浅析

2015-08-19重庆化工设计研究院重庆400039

化工设计 2015年3期

彭江重庆化工设计研究院重庆 400039

夹套管是化工装置中常用的伴热系统，是具有双层套管结构的特殊管路。内管用于输送工艺介质，外管与内管同心，用于输送热媒介质，该管道结构可以保持管内输送粘性流体、凝固性流体以及高熔点合成液的流动性能和温度，防止输送过程中流体在管道中凝结，效果优于普通伴热管道。

1 类型及选用

按热媒介质的种类，夹套管可以分为热水夹套、热油夹套和蒸汽夹套，分别适用于不同的化工物料。按管道的结构形式、外套管和内管的连接形式分为内管焊缝隐蔽型和内管焊缝外露型，又称为完全夹套管和不完全夹套管两种形式。输送介质的凝固点在50 ～100℃的工艺管道宜采用内管焊缝外露型，高于100℃的工艺管道宜采用内管焊缝隐蔽型，输送有毒介质的工艺管道宜采用内管焊缝外露型。

2 内外管管道、管件材料及尺寸选用

通常夹套管的内管和外管材料应按照各自内含介质的特性、压力、温度而定，要考虑工作介质对管道的腐蚀而采用不同的材料，同时还要考虑合适的壁厚能承受最大工作压力。夹套管的管道及管件都应当采用对焊形式。如无特殊要求，夹套管的尺寸选用可参照表1。

2.1 弯头

内管弯头多采用标准弯头，曲率半径按小于或等于1.5DN，公称尺寸选择可按表1，内管公称直径大于200 时，曲率半径按1.0DN。外管公称直径一般比内管大1 ～2 个档规格，外管弯头也可选择标准弯头，曲率半径按1.0DN。外管弯头与内管弯头之间要有一定的间隙，间隙值应符合热应力计算要求及设计规定的工艺要求。

表1 套管尺寸选用(mm)

2.2 三通

三通的选用一般根据支管的管径来确定，通常外管的三通比内管的三通大一档公称直径。一般情况下，为方便夹套管的施工，三通采用剖切后组合安装，剖切形式根据现场条件确定。

2.3 异径管

夹套管变径时应选用标准的对焊形式的异径管。为减少内、外管安装时的相互妨碍，内管的异径管与外管的异径管大口端端部应错开50mm 的距离。

3 设计压力、设计温度及管道等级

夹套管内管的外压、外管的内压均应为外管内热媒介质的设计压力，压力设计的温度参数应取内管的工艺介质或外管内的热媒介质设计温度两者中的最高者。应力分析的计算温度，外管取热媒介质的操作温度，内管取工艺介质或热媒介质操作温度两者中的最高者，同时应校核外管的环境温度和内管工艺介质的操作温度。

内外管的管道等级，根据实际工程经验，内管等级应不低于外管等级且尽量不采用同一管道等级。如甲醇蒸汽管道，为防止甲醇蒸汽冷凝，常采用蒸汽夹套伴热管，按《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG/T 20519 -2009，甲醇内管选用N1E 管道等级(PN25，不锈钢材质)，蒸汽外管选用M1B 管道等级(PN16，碳钢材质)。某三维工厂设计软件夹套管管道等级定义见图1。

图1 三维工厂设计软件夹套管管道等级定义

4 伴热的长度

夹套管的长度会影响内管流体的特性，因在夹套管的设计中，需要确定热媒介质入口到出口之间的长度，随着夹套管长度的增加，热媒介质的沿程(以及局部)阻力导致的压力损失增大，管中热媒介质流速下降，内外管层之间的传热效果也下降。所以，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。此外，每段夹套管的套管长度取决于管道布置，并受内管与外管内热媒介质温度差的限制，一般情况下每节套管长度不宜超过6 m。如一根DN15 的供汽热媒管能够供给的夹套管最大总长度约为内管直径DN15 ～80，40 m，内管直径DN100 ～200，35 m。如无特殊要求，夹套管伴热长度选取可参照表2。

表2 夹套管伴热长度选取表

5 定位板

夹套管的内管和外管之间采用定位板的方式来支承，一般采用三块定位板按120°夹角均布焊接在内管外壁上，为了防止内、外管的偏心，定位板的材质应与内管材质一致，安装方位不应影响内管的热位移和介质流动。如果要在弯头处设置定位板，不应影响内、外管的热位移，一般根据经验设置在离弯头100mm 的地方为宜。定位板距外管内壁的空隙为1 ～1.5mm，定位板长40mm，厚度为碳钢6mm，不锈钢3mm。

定位板的间距选择见表3。

夹套管定位板示意图见图2。

表3 定位板间距选取表(mm)

图2 夹套管定位板示意图

三维工厂设计软件夹套管定位板定义见图3。其中公称直径和壁厚指的是内管公称直径和壁厚，此处应该与内管管道等级定义一致。

图3 三维工厂设计软件定位板定义

6 夹套管热媒管道

夹套管的热媒管道用于输送外来热媒介质(蒸汽、热水、热油等)，热媒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。每段夹套管之间，在规定长度范围内，热媒介质可采用跨接管进行串联。跨接管的管口方位设置应按照下列原则:热媒介质为汽态时，应高进低出;热媒介质为液态时，应低进高出。跨接管的设计应使排放流畅，防止积液和堵塞。配管时应考虑跨接管的安装空间，管道间距应适当加大。