蒸汽夹套管在液体工业萘系统中的应用

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【摘 要】本文参考相关设计标准、施工规范，把蒸汽夹套管的技术应用于液体工业萘系统中，并根据液体工业萘的特点、系统要求对设计、施工中的一些要点进行了初步探讨。

【关键词】液体工业萘；蒸汽夹套管；设计；施工；应用

0 引言

液体原材料具有易于装卸车，易于二次运输、泵送，即卸即用的特点，而工业萘是化学工业中一种重要的原材料，因此液体工业萘的应用便越来越广泛。随着我公司生产规模的扩大，对工业萘的需求也在加大，现时只有固体工业萘的贮存方式必须改变成以液体工业萘为主，固体工业萘为辅的贮存方式，才能满足生产的要求。由于工业萘的凝固点为80℃，高于环境温度很多，因此要使用它必须有相应的伴热配套设备。

1 设计

工艺管道的伴热方式主要有蒸汽外伴热、热水外伴热和蒸汽夹套管。根据SH/T3040-2002的规定：介质凝固点为50℃至100℃时，宜选用夹套管伴热；输送有毒介质、可燃介质且需夹套伴热时，应选用内管焊缝外露型夹套管伴热。且我公司现规划的液萘仓附近就有蒸汽管道可以连接使用，所以液体工业萘的输送管道应该选择内管焊缝外露型蒸汽夹套管。

1.1 材料选用

液萘腐蚀性不强，但可燃，储罐、管道进料后动火维修存在安全隐患，夹套管质量必须保证，因此内管使用碳钢无缝管。外管由于接触蒸汽，也使用碳钢无缝管，这样内外管材料相同，在管道加热或冷却时有利于材料热应力的消除。具体管径匹配按照表1选用。

表1 夹套管内外管匹配直径尺寸（DN）

1.2 套管连接形式

内管焊缝外露型的连接形式有管帽式夹套管（见图1-a）和端板式夹套管（见图1-b）。管帽式夹套管连接形式简易、施工方便，还可根据地形尺寸、考虑扩建等现场实际情况进行改造，如直管段使用内管用法兰连接的形式（见图1-c）。

a b c

图1

1.3 管件形式

1.3.1 三通

外管三通的尺寸要按照表1选用比内管至少大两级的直径，外管原则上使用剖切式，剖切式分为横切和纵切两种，应根据实际安装情况选用（如把焊缝布置在容易检修的部位）。

1.3.2 异径管

内外管的异径管应采用标准件，以避免管道热胀冷缩时内外管接触，影响蒸汽流通，两个异径管的大径端最少应错开50mm，见图2。

图2

1.3.3 弯头

夹套管的弯头处外管宜采用短半径（R=1D）弯头，内管宜采用长半径（R=1.5D）弯头。为了节约成本，可采用剖成两半的标准弯头进行组装。

1.4 定距板

为保证内外管的夹套间隙，满足工艺要求，夹套管的内管和外管之间采用定距板的方式来支承。一般用以三块定距板为一组，周向均匀分布并垂直焊接在内管外壁上，且安装位置不应影响内管热位移。定距板距外管内壁距离为1-1.5mm，定距板长40mm，厚度为6mm，材质与内管相同，一般应设置在离外管弯头100mm的地方。每组定距板的间距参照SH/T3040-2002选取。

1.5 内外管热应力

由于内管和外管的介质不同，刚开始加热时内外管的温度也不同，引起的热膨胀应力也存在差异，所以应分别进行热应力计算。如果内管和外管计算的热应力不一致，夹套管就要进行膨胀节的设置，以便夹套管膨胀时能够自由移动。

管道由于热胀冷缩或其它位移受约束而产生的二次应力应小于按下式计算的许用应力：

[σr]t=f（1.25[σ]t0+0.25[σ]t（1）

式中：

[σr]t――管道材料的许用应力范围，MPa；

f――在预计寿命内，考虑循环总次数影响的许用应力范围的减少系数，参照SH/T3041-2002选取；

[σ]t0――管道材料在安装温度下的许用应力，MPa；

[σ]t――管道材料在计算温度下的许用应力，MPa。

当计算的应力范围不能满足式（1）的要求，且内压和外部持续荷载产生的一次纵向应力σL低于[σ]t时，允许将[σ]t与σL的差值加在许用应力范围中，以扩大二次应力的许用范围。在此情况下，许用应力应按下式计算：

[σr]t=f（1.25[σ]t0+[σ]t-σL（2）

式中：

σL――由内压和外部持续载荷产生的一次纵向应力，MPa。

另外，对弯头、三通等连接处应考虑柔度系数和应力增强系数，并按SH/T3041-2002的要求计算。

2 焊接施工

2.1 施工前准备

开工前，施工技术人员应进行图纸会审，以系统流程图为依据，对管道平面图、立面图进行核对，绘制夹套管单线图，并组织施工人员进行技术交底。

施工人员结合系统现场实际和施工条件，对各部件尺寸认真校对，按照单线图和现场安装条件确定夹套管预制范围，管线分段时应优先考虑在自然断开处断开（如法兰连接处），以焊缝少、方便检查、安装可行为原则，合理安排组对顺序，使焊缝数量减少到最低程度。

2.2 切割下料

管子选料后先清理管内杂质，并确定内外管几何尺寸。管子切割宜采用机械方法，如用气割切割时，其断面必须用砂轮机打磨平滑，以保证焊缝的质量。管子切口断面垂直度偏差控制在标准要求范围内。

2.3 坡口加工

管子的坡口加工，不宜用气割切割，宜用坡口机加工等机械方法。小于DN80的管道采用无齿锯下料，坡口加工采用磨光机进行。坡口应进行外观检查，表面不得有裂纹、分层等缺陷。

2.4 内外管组对

内外管组对前，用钢丝刷将坡口表面及坡口边缘20mm范围的油污、锈蚀、毛刺等对焊接有害的物质清理干净。管子或管件的对接，其对口应做到内壁齐平。内壁错边量要求不应超过管壁厚度的10%，且小于等于1mm。组对点固应由焊接同一管子的焊工进行，点固焊用的焊丝与正式焊接所用的焊丝相同，点固焊工艺条件与正式焊接工艺条件相同，且必须焊透。点固焊如有裂纹等缺陷，应及时处理。

2.5 内外管焊接

为保证内管的清洁度及质量，内管对接接头优先采用氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接工艺。定距板与内管的角焊缝焊接应满焊，焊脚高度不低于定距板厚度；定距板安装以不影响夹层蒸汽的流动和管子热位移为宜；定距板与内管、跨接管与外管及内管与外管连接处的角焊缝应采用小电流、小直径、快焊速的工艺，防止熔穿管壁，且不得咬边。内外管的焊缝不允许在同一截面上，必须错开。内管要在套管套入后才能进行两端法兰的焊接，内管检验与试验合格后才能进行外管的组对焊接。外管及管件定位焊接顺序应按先纵焊缝后环焊缝，先焊收缩量大的焊缝，再焊收缩量小的焊缝。内外管安装的坐标、标高、水平度和垂直度应符合下列规定：

■坐标允许偏差为±10mm；

■标高允许偏差为±5mm；

■管道安装水平度小于或等于1/1000，且不大于20mm；

■管道安装垂直度小于或等于1/1000，且不大于15mm。

内外管焊缝位置布局应符合下列要求（除非受到现场条件限制）：

■环向焊缝与管道支架间距不应小于100mm，且不得留在过墙或楼板处；

■水平管段外管剖切的纵向焊缝，应置于易检修的部位；

■内管与外管焊缝上不得开孔或连接支管段。

法兰面与内管中心线垂直度和平面度应符合SH/T 3546-2011的要求。

2.6 跨接管焊接

2.6.1 跨接管的管径应按表1选取。

2.6.2 跨接管与外管连接应使用承插焊。

2.6.3 跨接管连接应使用可拆卸的法兰连接方式，如图3。

图3

2.7 焊缝检验与试验

内外管焊缝表面应无裂缝、气孔、夹渣、咬边等缺陷，外观检查合格后按SH/T3546-2011进行无损探伤。

内外管应分别进行气体压力试验。内管因为同时受到内压和外压，因此其试验压力计算应按内管和外管设计压力较高者取值；外管则按外管设计压力取值；内外管试验压力均为所取值设计压力的1.15倍。外管试压时，内管应同时保持一定压力，以确保内管不受损。

3 结语

蒸汽夹套管的设计、施工是一项很复杂的管道工程，在整个过程中经过各方的共同努力，质量一直处于受控状态，并积累了一些施工经验。整套系统的投入运行减少了运输固体工业萘、投萘、熔萘等工艺步骤，提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，为公司创造了良好的经济效益。

【参考文献】

[1]SH/T3040-2002 石油化工管道伴管和夹套管设计规范[S].

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