李 黎 ，陳 潔 ，王躍新

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夾套管是一種具有雙層套管結(jié)構(gòu)的特殊管道，在小直徑管道外面套上同心的大直徑套管，內(nèi)管用于輸送工藝介質(zhì)，套管內(nèi)流動著起保溫或加熱作用的熱載體來補充內(nèi)管在輸送或停輸期間的熱損失，靠對流完成熱交換，來保持恒定的工藝溫度。

1 夾套管伴熱的用途及優(yōu)勢

在石油和化工生產(chǎn)中，為了保持高粘度產(chǎn)品的流動性，避免產(chǎn)品在低溫時產(chǎn)生成分的分離、防止產(chǎn)品固化、防止腐蝕性冷凝液的形成，使特定的產(chǎn)品的溫度保持恒定，避免工藝流體由于低溫時產(chǎn)生堵塞，在生產(chǎn)工藝上，常常采用工藝管道伴熱的方式，來維持管內(nèi)介質(zhì)的溫度在一個適當?shù)姆秶?，以保障生產(chǎn)操作的正常進行。對管內(nèi)介質(zhì)進行加熱，來補充熱損失，補充熱量的方式之一就是夾套管的方式。

夾套管伴熱具有伴熱效率高、伴熱均勻的突出優(yōu)勢，當管道的任意一個地方的溫度降低時，氣相熱載體冷凝而釋放出大量的潛熱，同時，由于冷凝處的局部壓力降低，會立刻有熱的介質(zhì)補充過去，因而，使得夾套管伴熱的溫度調(diào)節(jié)迅速、適用范圍廣，是工藝要求苛刻的場合、特別是對溫度控制要求嚴格的高溫場合的最佳選擇。

2 夾套管的配管設(shè)計及選用原則

2.1 夾套管的配管原則

1）適用于各種夾套管和各種冷熱媒體的總設(shè)計原則

在配管設(shè)計中，為保證夾套管內(nèi)伴熱介質(zhì)流動通暢，盡量避免 U形管或死角出現(xiàn)，若必須有，則應在其低點處設(shè)排液口。每一夾套管的冷熱媒體進出口都需設(shè)置切斷閥。夾套管上須安裝水壓試驗和操作時用的無閥排氣及排液口。冷熱媒體為間歇性使用或管線中有維修拆卸件時，此部分冷熱媒的停用不能影響管線其它部分冷熱媒體的運行。

為方便安裝，不能使用45°度彎頭。對于易于固化需要機械清洗的管線的彎頭部分，用十字分支加法蘭的結(jié)構(gòu)來代替夾套管彎頭，必須避免有盲腸段或液袋，盡量避免使用偏心異徑管，泵的吸入口除外。安裝內(nèi)外管的異徑管時，要使異徑管的大端在同一位置。若必須使用偏心異徑管，內(nèi)外管應同時裝成底平或頂平形式。內(nèi)管使用同心異徑管時，外管也要使用同心異徑管。當水平管線上有異徑管時，夾套管內(nèi)的媒體從小管徑處流入。當夾套管系統(tǒng)帶有變徑的分支管時，媒體應從最小管徑處流入。工藝管線的管件用對焊式，特殊情況可以用承插焊式半管接頭。冷熱媒體的進料、出料管和跨接管上拆卸點，必須位于夾套管的保溫層外，避免內(nèi)外管熱脹冷縮引起的相互影響。內(nèi)外管間的定位板應根據(jù)管道支撐放置，不能影響冷熱媒體的進出口和排氣排液口。冷熱媒體進出口管上的閘閥/截止閥，要盡可能靠近分配管/集合管，并便于操作。

2）流體為液體的夾套管的特殊設(shè)計要點

冷熱媒體的進口位于垂直夾套管的較低側(cè)和水平管的下方。冷熱媒體的流向宜與工藝流體的流向相反。冷熱媒體的出口位于垂直夾套管的較高端和水平管的上方。水平夾套管上的跨接置于管道上方環(huán)形段須向上彎曲，并且環(huán)上安裝一個無閥的排氣口。冷熱媒體進出管不能有分支，每個進口須有單獨的出口。垂直管段上的跨接管須在兩側(cè)交替分開布置，以免冷熱媒體偏在一側(cè)流動，管口要盡可能靠近夾套管端的法蘭處。在夾套管中安裝導流板，可以保證熱液體的有效循環(huán)，冷熱媒體分配更準確，并能避免死點。注意夾套管排氣排液口的位置，為消除開車時系統(tǒng)中的空氣，冷熱媒體的進料分配管須位于系統(tǒng)的最低點，出料集合管須位于系統(tǒng)的最高點，并與地面或平臺上的操作空間相一致。對于全部夾套管的管線，與夾套管相接的設(shè)備管口法蘭用墊板式法蘭。冷熱媒體的進口管與出口管的距離不得超過30m。

3）流體為蒸汽的夾套管的特殊設(shè)計要點

蒸汽進口位于垂直夾套管的較高端和水平夾套管的上方，蒸汽流向宜與工藝流體流向相反。蒸汽出口位于垂直夾套管的較低端和水平夾套管的下方。水平管線上的跨接口須向下布置，并需安裝無閥排液口。如有兩個跨接管，則須一根向上，加一排氣口，另一根向下，加一排液口。垂直管線上的跨接管須兩側(cè)交替布置，以免流體偏于一側(cè)流動。碳鋼夾套管在內(nèi)管的蒸汽入口處，需設(shè)置加強板。夾套管的每一出口冷凝排放管須有單獨的疏水器。每個蒸汽疏水器在維修或更換部件時必須能夠單獨拆卸，而不影響蒸汽及冷凝液系統(tǒng)的操作（如有需要）。疏水器應為熱動力學式或溫度調(diào)節(jié)型。帶有切斷閥和旁路的疏水器應置于適當位置盡可能靠近回水集合管，為了不影響任何檢修和復位回水冷凝管上上游的疏水器與集合管的間距須大于2m。對于全部夾套管的管線，與夾套管相接的設(shè)備接口用墊板式法蘭。水平敷設(shè)的夾套管要求有坡度時，套管內(nèi)介質(zhì)流向應與坡度一致。每節(jié)夾套管的長度取決于管道布置，并受內(nèi)管與套管熱漲量差的限制，每節(jié)夾套管的長度不宜超過6m。在規(guī)定的范圍內(nèi)，每節(jié)夾套管之間的蒸汽管宜采用跨接管進行串聯(lián)，跨接管宜采用法蘭連接。夾套管蒸汽引入口至凝結(jié)水排出口的距離（即夾套管伴熱長度）可根據(jù)蒸汽壓力按表1確定。

表1 夾套管伴熱長度

4）夾套管材料的選用及注意的事項

夾套管的內(nèi)管應采用無縫鋼管，套管可采無縫鋼管或焊接鋼管。在夾套管長度的設(shè)計中，要充分考慮熱脹冷縮而造成的位移，根據(jù)實際情況選擇合適的長度。套管材料宜要與內(nèi)管相同，或線膨脹系數(shù)相近，來保證套管和內(nèi)管的熱膨脹一致。在實際的設(shè)計中由于內(nèi)管和套管的介質(zhì)不同，造成介質(zhì)的溫度差較大，所以管道的材料必然不同，其引起的熱膨脹應力也不同，因此應當分別進行熱應力的計算。如果兩者熱脹差異產(chǎn)生的熱應力超出許用值時，內(nèi)管與套管宜采用同種材質(zhì)或線膨脹系數(shù)相近的材質(zhì)。內(nèi)管產(chǎn)生的熱膨脹需要補償時，要采用自然補償，或者設(shè)π型補償器。在彎頭處，如果內(nèi)外管的膨脹位移不能滿足設(shè)計要求，需要采取適當改變外管的直徑做法，來改變內(nèi)外管的膨脹差。此種情況下，還要充分考慮導向板的位置，要根據(jù)導向板的位置來設(shè)計，使導向板盡量多地吸收膨脹差。隔板和導流板的材料要同與之相焊接的管道材料一致或等同于管道材料。在任何情況下，若工藝管道材料與夾套管道材料不一致時，板材則須與較高管道材料相一致。

夾套管材料的選用及壁厚的要求應符合管道等級的規(guī)定，一般來說，夾套管的內(nèi)管和套管的材料選擇要按照它們各自內(nèi)含液體的特性、壓力和溫度來確定，要保證管壁的厚度要能承受最大的工作壓力。夾套管內(nèi)的實驗壓力的確定，要按照內(nèi)外部設(shè)計壓力最大值的1.5倍來設(shè)定，實驗壓力應為套管設(shè)計壓力的1.5倍。

2.2 夾套管型式的選用原則及安裝

工藝管道 DN15至DN150

工藝管道大于等于DN200

表2 夾套管彎頭

表3 定位板的間距

內(nèi)管與套管的連接形式分為內(nèi)管焊縫隱蔽型（全夾套）和內(nèi)管焊縫外露型（半夾套）。夾套管型式的選用原則應符合以下要求：輸送介質(zhì)的凝固點在50℃～100℃的工藝管，適宜采用“內(nèi)管焊縫外露型”夾套管；輸送介質(zhì)的凝固點高于100℃的工藝管道，宜采用“內(nèi)管焊縫隱蔽型”夾套管，管道上的閥門、法蘭、過濾器等應為夾套型；輸送有毒介質(zhì)的工藝管道，應采用“內(nèi)管焊縫外露型”夾套管；夾套管的內(nèi)管焊縫為“隱蔽型”時，在內(nèi)管需要檢查的焊縫部位相對應的外管部位應留出一段剖分管段，剖分管段的最小長度，要大于75mm；夾套管變徑時，內(nèi)管的異徑管與外管的異徑管的大口端，端部錯開距離最小為50mm；夾套管保溫時，外管上的所有連接管件的連接端部，都要露在保溫層外面。夾套管內(nèi)管應采用定位板定位，其定位板安裝方位不應影響內(nèi)管熱位移，定位板之間的間距如表3所規(guī)定。夾套管的內(nèi)管如果帶分支管，分支管部位的外管應采用剖分三通；夾套管的彎頭處，內(nèi)管宜采用R<=1.5D的長半徑彎頭，外管率半徑如表2規(guī)定；內(nèi)管彎管的曲率半徑R等于或大于3D時，套管彎管采用剖切型，套管彎管的曲率半徑與內(nèi)管的曲率半徑相等。

[1]SH3040-2002 石油化工管道伴熱和夾套管設(shè)計規(guī)范.

[2]孫文強，孫光磊.夾套管道施工技術(shù)與工藝[J].石油化工建設(shè)，2009(3).

[3]陳慧文，劉雨民.夾套管的配管設(shè)計及管件選用原則[J].煉油與化工，2007(1).