热水夹套的配管设计与管件选用原则
刘敏;胡雄
【摘要】化工装置中,对于黏稠和对热敏感的工艺介质选用热水夹套进行加热能达到良好的伴热效果.鉴于热水夹套管在设计和施工过程中的复杂性,夹套管在配管设
计中要注意内外管尺寸选用、供热长度、柔性设计等设计原则,要保证热水的流动
畅通,还要注意材质的选择.设计过程中,还应遵循弯头、三通、异径管、法兰、阀门、导向板、隔断板等管件的选用原则.合理设计与正确选用管件是热水夹套发挥最佳
伴热效果的前提,也是实现工艺要求的有利保证.
【期刊名称】《管道技术与设备》
【年(卷),期】2011(000)004
【总页数】3页(P30-32)
【关键词】热水夹套管;配管设计;管件选用
【作者】刘敏;胡雄
【作者单位】湖北省化学工业研究设计院,湖北武汉430074;中国五环工程有限公司,湖北武汉430223
【正文语种】中文
【中图分类】TU995
热水夹套管是指具有内外层结构的管路，套管间的空隙供热水循环以提升和维持内管中流动介质的温度。

这种管路可以防止管内介质的凝结和保持高黏度流体的温度，适用于非常黏稠和一些对局部过热比较敏感的工艺介质。

1.1 热水夹套内外管的尺寸选用
热水夹套内外管的尺寸通常按内管的尺寸来确定，具体见表1。

表1中的数值单位为″，1″=2.54 cm．
1.2 热水夹套管的供热长度
热水夹套管的供热长度是指分配站至夹套管的热水进口的引入管长度、夹套管长度和夹套管的热水出口至收集站引出管长度的总和。

确定夹套管中供热长度是配管设计过程中的一个重要环节。

随着供热长度的增加，热水在管中的阻力增加，导致系统的压力损失增大，热水在管中的流速下降，其湍流程度减弱，层流内层厚度增加，对流传热膜系数降低，内外管层之间的传热效果也随之下降。

如果供热长度过短，所需分配站的个数和热水引入引出管的长度相应就会增加，导致成本上升。

所以，最佳供热长度应在保证管内输送流体的流动性能和温度下由达到此条件的最小流量决定，这个值应当根据工艺介质的物性参数，通过热力计算得出。

根据经验，一般热水夹套的供热长度为40 m左右[3]。

1.3 热水夹套管的柔性设计
夹套管的管道热应力计算应符合SH/T3041《石油化工管道柔性设计规范》的要求[4]。

如图1所示，内外管之间的连接形式有法兰连接、管帽连接和端部挡板连接，它们之间的定位采用的是在内管上焊接导向板的方式。

在进行夹套管应力分析时，可将夹套管理想化为空间中重合的2个管系，两者在
法兰、管帽或端部挡板处相连接，同时还应对导向板进行正确模拟[5]。

另外，套
管的压力可采用套管内的介质压力，内管压力则应取内管介质压力与套管介质压力之差。

当内外管道计算的应力不一致时，宜采用自然补偿或设置“Π”型补偿器。

1.4 热水夹套管的选材与焊接
通常情况下，热水夹套内外管的材质根据流体介质的性质、压力、温度来确定，并考虑工作介质对管道的腐蚀而选用不同的材质。

管壁厚的求取可以通过一般压力安
全规范和高压气体控制规范、压力容器规范或ASMEB31．3等相关标准中的公式求得。

夹套管的管配件都应采用对焊形式进行连接。

1.5 保证夹套管中的热水流动畅通
为保证夹套管内的热水流动畅通，在配管设计中应尽可能避免出现流体易滞留的部位，特别是支管引出点附近等死角部位；避免出现气袋或液袋的情况，如果不可避免，应设置放空或导淋设施。

2.1 弯头
内外管弯头的公称尺寸应和管子一致，内外管弯头的弯曲半径应该相同或相近。

一般当DN<10″时，外管的弯曲半径取公称直径的1倍，内管弯曲半径为1.5倍的公称直径；当DN≥10″时，外管和内管的弯曲半径一般均取为公称直径的1倍。

当数量不多时，内外管均选用标准件，但将外管尺寸扩大一个尺寸级别。

总之，选用时应综合考虑交货周期和材料的成本费用。

2.2 三通
夹套用的等径或异径三通加工成剖切型，现场组对焊接。

在三通支管处，内管公称直径原则上比外管小2个等级，从大口径管线上引出的支管应该使用焊接短管。

当使用凸台时，引出的方式见图2(a)，以避免碰撞外套管。

当三通或凸台不能满足压力要求时，应使用加强板进行加强(见图2(b))。

外套管使用三通引出支管时，三通应均分为两半(图3(a))。

当不使用三通连接而直接焊时，支管不分开，而主夹套管应均分为两半(图3(b))。

2.3 异径管
异径管应选用标准对焊型，并参照图4所示安装。

为减少内、外管的相互妨碍，内管的异径管与套管的异径管的大口端部应错开50 mm的距离。

2.4 法兰
当内管为碳钢管时，法兰采用带颈平焊夹套法兰，法兰标准为SH/T501-97[2]。

当内管为不锈钢材料时，应该使用嵌板式夹套法兰(见图5)。

2.5 阀门
夹套管线中使用的阀门应该为法兰连接的全夹套阀。

套管上应使用热水短管，这些短管的安装方向有一定的要求，入口短管应该在正下方或朝下，出口短管应该在正上方或朝上。

对于大于或等于6″×8″的夹套阀门，应设置的短管数量不得少于4个(见图6(a))；对于小于或等于4″×6″的夹套阀门，应设置大约3个短管，并且短管的方位应便于检修和操作(见图6(b))。

2.6 导向板
导向板应该焊接在内管的外壁上，目的是防止内外管偏心。

导向板的材质应和内管一致，安装方位不应影响内管的热位移和介质流动。

导向板安装示意图见图7。

2.7 隔断板
夹套管中应设置一定数量的隔断板，以便热水供给均匀。

即使在夹套管比较复杂的管系中，也应设置一定数量的隔断板。

隔断板的材质应与内管材质相同，厚度应满足管内压力和腐蚀度的要求，其形式见图8。

对于非常黏稠和一些对局部过热比较敏感的工艺介质伴热，热水夹套具有明显的优势。

由于夹套管在设计和施工过程中都比较复杂，如果在施工过程中对夹套管进行修改，不仅会造成很大的经济损失，也会耽误工期。

这就要求设计者必须遵循设计原则，才能实现安全平稳运行，达到最佳的伴热效果，实现工艺要求。

【相关文献】
[1] SH/T 3040—2002 石油化工管道伴管和夹套管设计规范．
[2] SH/T 501—1997 石油化工钢制夹套管法兰通用图．
[3] HG/T 20549—1998 化工装置管道布置设计规定．
[4] SH/T 3041—2002 石油化工管道柔性设计规范．
[5] 唐永进．压力管道应力分析．北京：中国石化出版社，2003：93-94．。