热水夹套管设计过程中的注意事项

袁锦瑞

中国五环工程有限公司 武汉 430223

夹套管是由内管、外管组成的双层管道结构，正常生产时工艺物料在内管流动，热介质在内、外管道间的环隙中流动。热介质与工艺物料通过内管管壁进行热量传递，有较大的传热面积和导热系数，故其传热效果及传热稳定性远优于普通伴热，经常被用于热敏性流体、易结晶流体及高粘流体等工艺要求较高的场合。

夹套管的类型：根据热介质的不同，可分为蒸汽夹套、热水夹套及热油夹套；根据管道结构形式的不同，可分为全夹套或半夹套。下面将简要介绍热水夹套系统设计过程中的注意事项。

1 夹套管管径、管件选用原则

1.1 夹套管管径选用

根据《石油化工夹套管施工及验收规范》SH/T3546-2011，夹套内管、外管、热介质引入引出管及跨接管组合尺寸通常按表1进行选择。

表1 夹套内管、外管、热介质引入引出管及跨接管组合尺寸(mm)

1.2 夹套管管件选用

1.2.1 弯头

当内管采用1.5DN标准弯头时，内管、外管的曲率半径通常按表2确定：

表2 采用1.5DN标准弯头时，内管、外管的曲率半径 (mm)

1.2.2 法兰

全夹套管道的连接法兰一般为夹套法兰，施工时夹套内管与法兰径焊接，夹套外管与法兰壁焊接。值得注意的是，部分全夹套管道的设备接口法兰、调节阀连接法兰可能采用普通法兰，设计时应根据具体情况选择配对法兰，以免造成管道与阀门、设备无法对接。

根据HG/T20592-2009及HG/T20615-2009附录B，公制夹套带颈对焊法兰规格最高可做到PN40、DN350X450；英制夹套带颈对焊法兰规格最高可做到300LB、DN350X450。因此，对于全夹套管道，当管道压力等级大于等于600LB时，夹套管连接法兰、阀门仅可选用普通形式。在此情况下，应对管道的阀门、仪表件进行蒸汽伴热，避免长距离管道无热水夹套伴热，造成管道堵塞。详见图1。

图1 法兰的连接与伴热

需要引起设计者注意的是，《石油化工管道伴管与夹套管设计规范》SH/T 3040-2012第5.2.5条规定：输送有毒介质且需夹套管伴热的管道应选用内管焊缝外露型夹套管(半夹套)伴热。设计者应根据输送介质的毒性、管道压力等级综合判定夹套管的夹套类型。

1.2.3 异径管

夹套管变径时应采用标准异径管，内、外异径管大口端设计时应错开布置，相距距离不小于50 mm，连接形式见图2。

图2 异径管布置

1.2.4 三通

夹套内管有支管引出时，按两种情况考虑：① 夹套内管、外管均为等径、或异径三通时，外管不需扩径，按原管径接三通引出;② 夹套内管采用鞍座或者半拷贝伦时，外管的公称直径原则上要比内管大两个等级，并增加大小头变径；详见图3。

图3 夹套内管引出时三通的设置

2 夹套管、隔断、热介质接管及跨接管设计注意事项

2.1 夹套管设计注意事项

2.1.1 夹套管分节长度

夹套管分节长度一般有6 m、9 m、12 m等多种规格，单节适用长度应根据内外管温差、内外管热膨胀系数及工艺要求确定。通常，管廊上热水夹套管的单节长度不宜大于9 m；装置内热水夹套管的单节长度不宜大于6 m；对于易结晶物料，每节夹套管均需设置分段法兰，以便发生堵塞或泄露时拆卸检修。

2.1.2 夹套管伴热长度

单根热水夹套管的伴热长度不宜超过40 m，大于40 m时夹套系统应另设热水出、入口，避免夹套热水伴热距离过长导致管内阻力降过大，影响夹套伴热效果。

2.1.3 夹套管管件连接

设计夹套管内管时,管件间应留出间距，避免直接对焊。因为内、外管管件长度不一致，内管管件直接对焊将导致外管安装间距不能满足施工规范或无法安装。因此，设计内管时应考虑管件间的距离能满足外管的最小直管段要求。

2.2 隔断设计注意事项

夹套管隔断和端板不同，端板位于夹套系统的起始端或末端，邻近夹套系统热水引入、引出管；夹套隔断位于夹套系统中间，可采用带孔管帽、法兰、阀门或金属隔板等多种形式，其作用是与跨接管一起改变夹套系统内热介质的流向。正确设计隔断位置是保证夹套系统稳定运行的基础，一个夹套系统中隔断的数量应根据支管的数量确定，通常，主管路存在分支时必须在分支处设置隔断。

热水夹套系统必须遵循夹套热水单水单用的原则，不可单进多出、多进单出或多进多出，否则极易造成部分夹套管因套内热水阻力降过大失去伴热效果。这就需要设计者在设计过程中随时关注夹套系统中热水的流动范围，并在合适的位置设置隔断，以保证管路系统中热介质流向的唯一性。

2.3 热水引入、引出管设计注意事项

设计夹套热水引入、引出管宜按如下要求设置：

(1)热水引入管应从管道系统最低点接入，热水引出管应从管道系统最高点接出，整个系统按照“低进高出”的原则设置，以便排除管内空气，使热水能充满夹套环隙，保证夹套的伴热效果。

(2)对于热水夹套系统，分配站进水总管流量要与全部分配管流量之和相对应，夹套系统最高点要与热水泵压头及管系阻力降之差相对应，以保证夹套系统的稳定运行，避免出现个别管中无水、高点夹套管伴热失效等现象。

(3)出自同一分配站的夹套管伴热长度应相差不大，避免个别支管因长度过长无法顺利回水，影响夹套伴热效果。

(4)热水夹套分配站宜与热水伴热分配站分开设置。通常，同等长度的热水夹套阻力降大于伴管阻力降，当分配站所在总管处于装置伴热系统末端时，因上、回水总管间压差不大，支管间若出现微小的压差区别也将造成该段伴热失效。

(5) 热水夹套高点放空、低点导淋、压力表根部阀为夹套阀门时，宜单独设夹套热水引入管，不可用主管夹套热水分支进入上述阀门进行夹套伴热(即单进多出)，DN50及以下的夹套管在管间设置隔断，利用夹套热水进行上述阀门的伴热，见图4。

图4 夹套伴热方式

2.4 跨接管设计注意事项

根据表1，夹套跨接管管径有DN15、DN20、DN25、DN40、DN50多种规格，由设计人根据夹套主管管径选用。在设计过程中应注意，普通夹套阀门热水接口规格仅有 DN15(≤DN80×125)、DN20(≥DN100×150)两种，其连接方式为丝接；特殊管件如过滤器，热水接口规格一般为DN15，连接方式为法兰连接；仪表元件如流量计、调节阀，热水接口规格一般为DN15，连接方式为法兰连接。上述不同的跨接管连接方式、接管管径应在设计过程中特别注意，以免造成采购材料与实际不匹配，导致现场无法施工。

热水夹套跨接管在水平段应按低进高出的原则设置，跨接管应尽量靠近套法兰，跨接管低点设可拆卸法兰，便于检修时系统排水；热水夹套水平管段跨接管不宜按高进高出、低进低出设置，跨接管应尽量靠近分节法兰、端板、隔断处，以减小管内死端长度。

热水夹套跨接管设置在竖直段时，跨接管也应尽量靠近夹套法兰，以减少管内死端，提高夹套的伴热效果；在规划夹套内热水流向时，应注意竖直段跨接管热水流向应按由下向上设置(低出高进)，以顺利排出直管内的空气，强化伴热效果。

需要注意的是，DN100以上的夹套球阀采用分段式阀体，阀体间也需设置跨接管，跨接管同样采用低进高出的原则(水平布置)，各种不同的跨接管连接见图5。

图5 不同的跨接管连接

3 夹套管施工过程中的注意事项

夹套管施工质量的优劣将直接影响其伴热效果，笔者就施工过程中易忽略且对夹套伴热效果有较大影响的问题进行讨论。

(1)定位板的设置：夹套外管与内管间需设置定位板，以保证内、外管之间有固定的管间距；定位板的分布角度、距离应满足《石油化工管道伴管与夹套管设计规范》SH/T 3040-2012第7.2.4条的规定，除此之外，定位板应选择与内管相同材质的钢板制作，定位板与外管内壁的接触面应打磨光滑，在直管与管件连接处附近必须设置定位板，以免造成内外管的弯头、三通偏心，影响伴热效果。

(2)夹套管的水压试验、管内清洁度：《石油化工夹套管施工及验收规范》SH/T3546-2011对夹套管的施工、水压试验、管道清洁等做了详细规定，例如：第9.1条规定：夹套管的内管、外管应分别进行压力试验；内管压力试验应在内管焊接接头隐蔽前进行。第10.1条规定：夹套管系统压力试验合格后，应分别对内管、外管进行吹扫。第10.3条规定：热水夹套系统采用水冲洗，流速不小于1.5 m/s，以出、入口冲洗介质颜色接近为合格。施工过程中应监督施工单位按要求完成夹套管的压力试验及管道清洁，避免因赶工等因素忽略部分施工步骤，造成安全隐患或伴热效果不佳。

(3)紧凑部位的联通管施工：热水夹套在水平管段的联通管必须按照高进底出的方式连接，方能保证最优的夹套伴热效果。对于管廊等空间比较狭窄的位置，高进底出的跨接管将占用较大的空间，经济上不合理；为节省管廊空间，对于内管管径小于等于DN80的热水夹套管，管廊位置的跨接管可以采用底进底出的连接方式(底进底出便于排水，经实测，小于等于DN80的管道在管廊上采用底进底出的跨接形式不影响伴热效果)，对于内管管径大于等于DN100的热水夹套管， 跨接管仍应采用高进低出的连接方式，为节省空间，跨接管材质可采用新型软管，以满足伴热效果并节省管廊空间。

4 结语

热水夹套系统有其独特性，对于初次接触的设计者来说，系统的合理设计一直是一个难点，本文从工程实际出发，着重论述了热水夹套系统设计过程中的注意事项，强调了隔断在热水夹套设计过程中的重要性，详述了夹套系统热水引入、引出管及跨接管的设计方法，并就夹套管施工过程中易出现的问题进行了分析讨论，对设计、施工均有一定的参考意义。