熱水夾套管設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)

袁錦瑞

中國(guó)五環(huán)工程有限公司 武漢 430223

夾套管是由內(nèi)管、外管組成的雙層管道結(jié)構(gòu)，正常生產(chǎn)時(shí)工藝物料在內(nèi)管流動(dòng)，熱介質(zhì)在內(nèi)、外管道間的環(huán)隙中流動(dòng)。熱介質(zhì)與工藝物料通過內(nèi)管管壁進(jìn)行熱量傳遞，有較大的傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)，故其傳熱效果及傳熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于普通伴熱，經(jīng)常被用于熱敏性流體、易結(jié)晶流體及高粘流體等工藝要求較高的場(chǎng)合。

夾套管的類型：根據(jù)熱介質(zhì)的不同，可分為蒸汽夾套、熱水夾套及熱油夾套；根據(jù)管道結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為全夾套或半夾套。下面將簡(jiǎn)要介紹熱水夾套系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)。

1 夾套管管徑、管件選用原則

1.1 夾套管管徑選用

根據(jù)《石油化工夾套管施工及驗(yàn)收規(guī)范》SH/T3546-2011，夾套內(nèi)管、外管、熱介質(zhì)引入引出管及跨接管組合尺寸通常按表1進(jìn)行選擇。

表1 夾套內(nèi)管、外管、熱介質(zhì)引入引出管及跨接管組合尺寸(mm)

1.2 夾套管管件選用

1.2.1 彎頭

當(dāng)內(nèi)管采用1.5DN標(biāo)準(zhǔn)彎頭時(shí)，內(nèi)管、外管的曲率半徑通常按表2確定：

表2 采用1.5DN標(biāo)準(zhǔn)彎頭時(shí)，內(nèi)管、外管的曲率半徑 (mm)

1.2.2 法蘭

全夾套管道的連接法蘭一般為夾套法蘭，施工時(shí)夾套內(nèi)管與法蘭徑焊接，夾套外管與法蘭壁焊接。值得注意的是，部分全夾套管道的設(shè)備接口法蘭、調(diào)節(jié)閥連接法蘭可能采用普通法蘭，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況選擇配對(duì)法蘭，以免造成管道與閥門、設(shè)備無法對(duì)接。

根據(jù)HG/T20592-2009及HG/T20615-2009附錄B，公制夾套帶頸對(duì)焊法蘭規(guī)格最高可做到PN40、DN350X450；英制夾套帶頸對(duì)焊法蘭規(guī)格最高可做到300LB、DN350X450。因此，對(duì)于全夾套管道，當(dāng)管道壓力等級(jí)大于等于600LB時(shí)，夾套管連接法蘭、閥門僅可選用普通形式。在此情況下，應(yīng)對(duì)管道的閥門、儀表件進(jìn)行蒸汽伴熱，避免長(zhǎng)距離管道無熱水夾套伴熱，造成管道堵塞。詳見圖1。

圖1 法蘭的連接與伴熱

需要引起設(shè)計(jì)者注意的是，《石油化工管道伴管與夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3040-2012第5.2.5條規(guī)定：輸送有毒介質(zhì)且需夾套管伴熱的管道應(yīng)選用內(nèi)管焊縫外露型夾套管(半夾套)伴熱。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)的毒性、管道壓力等級(jí)綜合判定夾套管的夾套類型。

1.2.3 異徑管

夾套管變徑時(shí)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)異徑管，內(nèi)、外異徑管大口端設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)錯(cuò)開布置，相距距離不小于50 mm，連接形式見圖2。

圖2 異徑管布置

1.2.4 三通

夾套內(nèi)管有支管引出時(shí)，按兩種情況考慮：① 夾套內(nèi)管、外管均為等徑、或異徑三通時(shí)，外管不需擴(kuò)徑，按原管徑接三通引出;② 夾套內(nèi)管采用鞍座或者半拷貝倫時(shí)，外管的公稱直徑原則上要比內(nèi)管大兩個(gè)等級(jí)，并增加大小頭變徑；詳見圖3。

圖3 夾套內(nèi)管引出時(shí)三通的設(shè)置

2 夾套管、隔斷、熱介質(zhì)接管及跨接管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

2.1 夾套管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

2.1.1 夾套管分節(jié)長(zhǎng)度

夾套管分節(jié)長(zhǎng)度一般有6 m、9 m、12 m等多種規(guī)格，單節(jié)適用長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)內(nèi)外管溫差、內(nèi)外管熱膨脹系數(shù)及工藝要求確定。通常，管廊上熱水夾套管的單節(jié)長(zhǎng)度不宜大于9 m；裝置內(nèi)熱水夾套管的單節(jié)長(zhǎng)度不宜大于6 m；對(duì)于易結(jié)晶物料，每節(jié)夾套管均需設(shè)置分段法蘭，以便發(fā)生堵塞或泄露時(shí)拆卸檢修。

2.1.2 夾套管伴熱長(zhǎng)度

單根熱水夾套管的伴熱長(zhǎng)度不宜超過40 m，大于40 m時(shí)夾套系統(tǒng)應(yīng)另設(shè)熱水出、入口，避免夾套熱水伴熱距離過長(zhǎng)導(dǎo)致管內(nèi)阻力降過大，影響夾套伴熱效果。

2.1.3 夾套管管件連接

設(shè)計(jì)夾套管內(nèi)管時(shí),管件間應(yīng)留出間距，避免直接對(duì)焊。因?yàn)閮?nèi)、外管管件長(zhǎng)度不一致，內(nèi)管管件直接對(duì)焊將導(dǎo)致外管安裝間距不能滿足施工規(guī)范或無法安裝。因此，設(shè)計(jì)內(nèi)管時(shí)應(yīng)考慮管件間的距離能滿足外管的最小直管段要求。

2.2 隔斷設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

夾套管隔斷和端板不同，端板位于夾套系統(tǒng)的起始端或末端，鄰近夾套系統(tǒng)熱水引入、引出管；夾套隔斷位于夾套系統(tǒng)中間，可采用帶孔管帽、法蘭、閥門或金屬隔板等多種形式，其作用是與跨接管一起改變夾套系統(tǒng)內(nèi)熱介質(zhì)的流向。正確設(shè)計(jì)隔斷位置是保證夾套系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，一個(gè)夾套系統(tǒng)中隔斷的數(shù)量應(yīng)根據(jù)支管的數(shù)量確定，通常，主管路存在分支時(shí)必須在分支處設(shè)置隔斷。

熱水夾套系統(tǒng)必須遵循夾套熱水單水單用的原則，不可單進(jìn)多出、多進(jìn)單出或多進(jìn)多出，否則極易造成部分夾套管因套內(nèi)熱水阻力降過大失去伴熱效果。這就需要設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)關(guān)注夾套系統(tǒng)中熱水的流動(dòng)范圍，并在合適的位置設(shè)置隔斷，以保證管路系統(tǒng)中熱介質(zhì)流向的唯一性。

2.3 熱水引入、引出管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)夾套熱水引入、引出管宜按如下要求設(shè)置：

(1)熱水引入管應(yīng)從管道系統(tǒng)最低點(diǎn)接入，熱水引出管應(yīng)從管道系統(tǒng)最高點(diǎn)接出，整個(gè)系統(tǒng)按照“低進(jìn)高出”的原則設(shè)置，以便排除管內(nèi)空氣，使熱水能充滿夾套環(huán)隙，保證夾套的伴熱效果。

(2)對(duì)于熱水夾套系統(tǒng)，分配站進(jìn)水總管流量要與全部分配管流量之和相對(duì)應(yīng)，夾套系統(tǒng)最高點(diǎn)要與熱水泵壓頭及管系阻力降之差相對(duì)應(yīng)，以保證夾套系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)個(gè)別管中無水、高點(diǎn)夾套管伴熱失效等現(xiàn)象。

(3)出自同一分配站的夾套管伴熱長(zhǎng)度應(yīng)相差不大，避免個(gè)別支管因長(zhǎng)度過長(zhǎng)無法順利回水，影響夾套伴熱效果。

(4)熱水夾套分配站宜與熱水伴熱分配站分開設(shè)置。通常，同等長(zhǎng)度的熱水夾套阻力降大于伴管阻力降，當(dāng)分配站所在總管處于裝置伴熱系統(tǒng)末端時(shí)，因上、回水總管間壓差不大，支管間若出現(xiàn)微小的壓差區(qū)別也將造成該段伴熱失效。

(5) 熱水夾套高點(diǎn)放空、低點(diǎn)導(dǎo)淋、壓力表根部閥為夾套閥門時(shí)，宜單獨(dú)設(shè)夾套熱水引入管，不可用主管夾套熱水分支進(jìn)入上述閥門進(jìn)行夾套伴熱(即單進(jìn)多出)，DN50及以下的夾套管在管間設(shè)置隔斷，利用夾套熱水進(jìn)行上述閥門的伴熱，見圖4。

圖4 夾套伴熱方式

2.4 跨接管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

根據(jù)表1，夾套跨接管管徑有DN15、DN20、DN25、DN40、DN50多種規(guī)格，由設(shè)計(jì)人根據(jù)夾套主管管徑選用。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意，普通夾套閥門熱水接口規(guī)格僅有 DN15(≤DN80×125)、DN20(≥DN100×150)兩種，其連接方式為絲接；特殊管件如過濾器，熱水接口規(guī)格一般為DN15，連接方式為法蘭連接；儀表元件如流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥，熱水接口規(guī)格一般為DN15，連接方式為法蘭連接。上述不同的跨接管連接方式、接管管徑應(yīng)在設(shè)計(jì)過程中特別注意，以免造成采購(gòu)材料與實(shí)際不匹配，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無法施工。

熱水夾套跨接管在水平段應(yīng)按低進(jìn)高出的原則設(shè)置，跨接管應(yīng)盡量靠近套法蘭，跨接管低點(diǎn)設(shè)可拆卸法蘭，便于檢修時(shí)系統(tǒng)排水；熱水夾套水平管段跨接管不宜按高進(jìn)高出、低進(jìn)低出設(shè)置，跨接管應(yīng)盡量靠近分節(jié)法蘭、端板、隔斷處，以減小管內(nèi)死端長(zhǎng)度。

熱水夾套跨接管設(shè)置在豎直段時(shí)，跨接管也應(yīng)盡量靠近夾套法蘭，以減少管內(nèi)死端，提高夾套的伴熱效果；在規(guī)劃夾套內(nèi)熱水流向時(shí)，應(yīng)注意豎直段跨接管熱水流向應(yīng)按由下向上設(shè)置(低出高進(jìn))，以順利排出直管內(nèi)的空氣，強(qiáng)化伴熱效果。

需要注意的是，DN100以上的夾套球閥采用分段式閥體，閥體間也需設(shè)置跨接管，跨接管同樣采用低進(jìn)高出的原則(水平布置)，各種不同的跨接管連接見圖5。

圖5 不同的跨接管連接

3 夾套管施工過程中的注意事項(xiàng)

夾套管施工質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響其伴熱效果，筆者就施工過程中易忽略且對(duì)夾套伴熱效果有較大影響的問題進(jìn)行討論。

(1)定位板的設(shè)置：夾套外管與內(nèi)管間需設(shè)置定位板，以保證內(nèi)、外管之間有固定的管間距；定位板的分布角度、距離應(yīng)滿足《石油化工管道伴管與夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3040-2012第7.2.4條的規(guī)定，除此之外，定位板應(yīng)選擇與內(nèi)管相同材質(zhì)的鋼板制作，定位板與外管內(nèi)壁的接觸面應(yīng)打磨光滑，在直管與管件連接處附近必須設(shè)置定位板，以免造成內(nèi)外管的彎頭、三通偏心，影響伴熱效果。

(2)夾套管的水壓試驗(yàn)、管內(nèi)清潔度：《石油化工夾套管施工及驗(yàn)收規(guī)范》SH/T3546-2011對(duì)夾套管的施工、水壓試驗(yàn)、管道清潔等做了詳細(xì)規(guī)定，例如：第9.1條規(guī)定：夾套管的內(nèi)管、外管應(yīng)分別進(jìn)行壓力試驗(yàn)；內(nèi)管壓力試驗(yàn)應(yīng)在內(nèi)管焊接接頭隱蔽前進(jìn)行。第10.1條規(guī)定：夾套管系統(tǒng)壓力試驗(yàn)合格后，應(yīng)分別對(duì)內(nèi)管、外管進(jìn)行吹掃。第10.3條規(guī)定：熱水夾套系統(tǒng)采用水沖洗，流速不小于1.5 m/s，以出、入口沖洗介質(zhì)顏色接近為合格。施工過程中應(yīng)監(jiān)督施工單位按要求完成夾套管的壓力試驗(yàn)及管道清潔，避免因趕工等因素忽略部分施工步驟，造成安全隱患或伴熱效果不佳。

(3)緊湊部位的聯(lián)通管施工：熱水夾套在水平管段的聯(lián)通管必須按照高進(jìn)底出的方式連接，方能保證最優(yōu)的夾套伴熱效果。對(duì)于管廊等空間比較狹窄的位置，高進(jìn)底出的跨接管將占用較大的空間，經(jīng)濟(jì)上不合理；為節(jié)省管廊空間，對(duì)于內(nèi)管管徑小于等于DN80的熱水夾套管，管廊位置的跨接管可以采用底進(jìn)底出的連接方式(底進(jìn)底出便于排水，經(jīng)實(shí)測(cè)，小于等于DN80的管道在管廊上采用底進(jìn)底出的跨接形式不影響伴熱效果)，對(duì)于內(nèi)管管徑大于等于DN100的熱水夾套管， 跨接管仍應(yīng)采用高進(jìn)低出的連接方式，為節(jié)省空間，跨接管材質(zhì)可采用新型軟管，以滿足伴熱效果并節(jié)省管廊空間。

4 結(jié)語

熱水夾套系統(tǒng)有其獨(dú)特性，對(duì)于初次接觸的設(shè)計(jì)者來說，系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，本文從工程實(shí)際出發(fā)，著重論述了熱水夾套系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)，強(qiáng)調(diào)了隔斷在熱水夾套設(shè)計(jì)過程中的重要性，詳述了夾套系統(tǒng)熱水引入、引出管及跨接管的設(shè)計(jì)方法，并就夾套管施工過程中易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析討論，對(duì)設(shè)計(jì)、施工均有一定的參考意義。