工业用夹套管设计

2.3.4.1
一般要求[2]
a. 夹套管水平敷设要求有坡度时，套管内介质流向应与坡度一致；
b. 蒸汽应由套管上部引入，凝结水由套管下部排出，供汽管和凝结水管分别设切断阀；疏
水阀后宜设置检查阀；
c. 每节夹套管的长度取决于管道布置，并受内管与套管热膨胀量差的限制，每节夹套管的
长度不宜超过 6m。夹套管的布置不应有死角或“U”形弯。当“U”形弯不可避免时，宜在
图 2.33 防冲板 2.3.2.7 隔断板
隔断板通常焊接的位置：a.在超出伴热介质伴热的最大允许距离的位置;b.在需要隔断伴 热介质的位置。隔断板的连接形式见图 2.34：
图 2.34 隔断板焊接图 2.3.3 套管伴热长度
夹套管蒸汽引入口至凝结水排出口的距离（即套管伴热长度）可根据蒸汽压力按表 2.7 确定[2]：
Core(NPS)
2 34
Jacket(NPS) 3 4 6
Jumper
1 11
表 2.2 某项目夹套管组合尺寸 对比表 2.1 和表 2.2 可发现，对于 3”内管，这个项目用了 4”的外管，从我国化工行业的 法兰标准中无法选出合适的夹套法兰。在这个项目中，对于内管弯头和三通处都有夹套，但 是法兰用的普通法兰。对于这种内管焊缝隐蔽型夹套管采用普通法兰的情况，我们在下面的 章节会介绍出现的一些问题和解决方案。 HG 20549-1998《化工装置管道布置设计》中规定的夹套管组合尺寸见表 2.3[1]：
法兰式夹套管用于内管焊缝隐蔽型时，其连接形式见图 2.1~
前面章节所说的某项目全夹套管用普通法兰的情况，套管与法兰连接形式如图 2.7 所示：
图 2.7 标准法兰型夹套管 对于全夹套采用标准带颈对焊法兰的情况，我们在项目设计中不推荐这样做，因为这样 做出现的一个问题是：我们需要核算法兰螺栓是否能顺利抽出，有时候为了法兰螺栓能顺利 抽出，需要对大小头做切割。上述图中 3”内管配 4”外管的情况我们在设计中也不推荐，因 为这种组合下内管和外管之间的间隙太小，容易被铁锈等杂质阻塞。 2.3.1.2 内管焊缝外露型（半夹套） 内管焊缝外露型有两种端部连接形式： a. 管帽式，其连接形式见图 2.8[3]：
其低点处设排液口；
d. 夹套管集中部位应设置蒸汽分配站和疏水站，也可与邻近相同操作压力的蒸汽伴管和凝
结水统一考虑；
e. 夹套管的内管和套管之间的温度差过大或材质不同时，应进行应力校核。内管产生的热
位移需要补偿时，宜采用自然补偿或设“π”形弯补偿器；
f. 蒸汽分配管或供汽点的标高，宜高于被加热的夹套管。凝水集合管应足够低，使从夹套管
表 2.7 套管伴热长度[2] 某项目规定的伴热介质为热油伴热的最大距离要求见表 2.8：
Size of jacketed pipe
2.0MPa Steam LP Steam
Hot oilBiblioteka Hot water30
30
30
30
chilled water Cooling water
30
30
2.3.4 夹套管伴热系统管道布置
夹套管的选用原则如下：（1）介质凝固点为 50℃到 100℃时，宜选用半夹套管伴热；（2）
介质凝固点高于 100℃时，应选用内管焊缝隐蔽型夹套管(全夹套)伴热。管道上的阀门、
法兰、过滤器等应为夹套型；（3）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[2]。
1.3 伴热介质温度的确定
������ = ������
+ ������
+ ������
, W/m;
������ -保温层结构投资贷款年分摊率:
按复利：������
=(
(
) )
;
t-被伴介质 ℃；������ -环境温度，℃；������-保温层外表面向大气的放热系数，W/m2·℃； δ-保温层厚度，m; ������-保温材料制品导热系数，W/m·℃；τ-年运行时间，h; 1.2 夹套管的选用
热应力超过许用值时，内管与套管宜选用同种材质或线胀系数相近的材质[2]。 2.2 夹套管组合尺寸
夹套管的组合尺寸按表 2.1 确定:
表 2.1 夹套管组合尺寸[2] 这个表中内管与外管的尺寸组合是与 HG/T 20592-2009《钢制管法兰（PN 系列）》及 HG/T 20615-2009《钢制管法兰（CLASS 系列）》中的夹套法兰的尺寸是一致的。但是有些国外的 项目，有的业主要求的内管与外管的尺寸组合是与这个表不一致的。表 2.2 是某项目中，业 主要求采用的组合尺寸。
表 2.3 夹套管组合尺寸[1] 在这个表中 3”的内管配 6”的外管、12”的内管配 14”的外管，这个尺寸组合与 SH 3040-2012《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》中规定的尺寸组合不一致。因为 HG 20549-1998《化工装置管道布置设计》出版于 1998 年，当时化工部的法兰标准是
伴热介质的温度按以下原则确定：（1）夹套管的介质温度可等于或高于被伴介质温度，
但温差不宜超过 50℃；（2）对于控制温降或最终温度的夹套管伴热的管道，伴热介质 的温度应根据被伴介质的凝固点或最终温度要求来确定[2]。
2. 管道设计 2.1 夹套管材质
夹套管的材质应按下列规定选用： （1） 材质应根据设计温度、设计压力和介质特性等设计条件选用； （2） 夹套管内管应采用无缝钢管，套管可采用无缝钢管或焊接钢管； （3） 夹套管中与内管连接的管件应与内管的材质相同； （4） 当套管与内管材质不同时，应对夹套管进行应力计算。如两者热胀差异产生的
工业用夹套管设计
摘要：通过对工业用夹套管设计的介绍，指出夹套管设计中要注意的问题；通过对夹套管一 些非常规设计的介绍，指出非常规设计时必须要考虑的问题。通过标准规范和实际案例的引 用及解释，希望能够指导设计人员以后少范类似错误。 关键词：夹套管；全夹套；半夹套；蒸汽夹套；热水夹套
夹套管在石油化工工业中应用十分广泛，夹套加热适用于保持被加热管道中介质的温度， 避免介质粘度过大产生堵塞，或为了达到所需的工艺操作条件[1]。根据加热介质的不同，夹 套管分为蒸汽夹套、热水夹套和导热油夹套等。根据外管对内管覆盖的范围，夹套管分为全 夹套和半夹套。
HG20592~20635-1997，这个法兰标准中没有夹套法兰，当时各个公司如果要用到夹套法兰， 都是自己公司设计一套标准，然后让厂家按照这个标准去制造，所以造成当时石化行业和化 工行业规定的尺寸组合不一样。 2.3 夹套管组装及其配件基本形式 2.3.1 内管与套管连接形式
根据内管与套管的连接形式分为内管焊缝隐蔽型（全夹套）和内管焊缝外露型（半夹套） [2]。 2.3.1.1 内管焊缝隐蔽型（全夹套）
图 2.12 夹套管弯头结构形式 1
表 2.4 内管和套管弯头曲率半径[2] b. 内管弯头曲率半径等于或大于 3DN 时，套管弯头应采用剖切型。套管弯头的曲率半径与 内管的曲率半径相等，见图 2.13，曲率半径 R 宜按表 2.5 的规定确定[2]：
图 2.13 夹套管弯头结构形式 2
表 2.5 内管和套管弯头曲率半径[2] c. 虾米弯的套管弯头连接形式见图 2.14、图 2.15 和图 2.16[3]：
间距应适当加大。各种跨接管的布置如下：
水平夹套管的跨接管有下面三种方式，可根据具体情况选择：
a. 蒸汽上进下出垂直方向跨接，跨接管的布置见图 2.35，跨接管低点是否设排液口，可酌
图 2.31 定位板 C 型 某工程项目用到的定位板的形式见图 2.32：
图 2.32 定位板尺寸 2.3.2.6 防冲板
PIP 夹套管制造和安装规定 PNFJ8000《Jacketed Piping Fabrication and Installation Details》 中规定的防冲板形式如图 2.33 所示：
夹套管的设计分为工艺设计和管道设计。 1. 工艺设计 1.1 工艺计算
夹套管工艺设计主要是计算夹套管保温层厚度，热损失和热介质消耗量。 夹套管管道的保温层经济厚度应按下式计算[2]：
������ ln = 3.795 × 10
( )−
式 1.1
δ=
夹套管管道的热损失应按下式计算: ������ = ( )
排出的凝水能靠重力自流排出；
g. 为提高传热效率，对管径较大的夹套管在夹套内可设置折流板。
2.3.4.2
跨接管布置[2]
在规定长度范围内，每节夹套管之间的伴热介质宜采用跨接管进行串接，跨接管的管口
方位设置应按照下列原则：伴热介质为汽态时，应高进低出；伴热介质为液态时，应低进高
出。跨接管的设计应使排放流畅，防止积液和堵塞。配管时应考虑跨接管的安装空间，管道
图 2.28 定位板布置
表 2.6 定位板间距[2] PIP 夹套管制造和安装规定 PNFJ8000《Jacketed Piping Fabrication and Installation Details》 中列出的定位板的形式见下图 2.29、图 2.30 和图 2.31[3]：
图 2.29 定位板 A 型 图 2.30 定位板 B 型
图 2.14 套管弯头用长半径虾米弯
图 2.15 套管弯头用短半径虾米弯
图 2.16 内管尺寸为 10”及 10”以上时，外管用虾米弯 2.3.2.2 三通结构形式
套管的三通应采用剖切型，型式有横切和纵切两种，见图 2.17；型式的选用应根据实际 安装情况确定[2]：
图 2.17 套管三通剖切型式 等径三通连接形式见图 2.18，异径三通连接形式见图 2.19，四通连接形式见图 2.20， 内管用支管台外管用异径管形式见图 2.21，内管和外管开孔焊连接形式见图 2.22，内管开口 焊外管等径三通连接形式见图 2.23：
图 2.8 管帽式半夹套 b. 端板式，端板式分为内端板和外端板，内端板见图 2.9，外端板见图 2.10[3]：