浅谈夹套管的设计

浅谈夹套管的设计

摘要：夹套管是用来加热或维持流体温度的一种特殊的保温管道，它能够保持管内输送流体的流动性和温度，有效防止输送流体在输送过程中的凝结和固化，在石油化工领域中被广泛应用。本文介绍了夹套管的特点与应用，讲述了夹套管的设计方法。

关键词：夹套管；内管；外管；伴热介质

1. 前言

夹套管是用来加热或维持流体温度的一种特殊的保温管道，它的结构是一种双层套管结构，内管走工艺介质，外管套在内管上，之间有一定的间隙，用来走提供热量的流体，靠对流进行热交换，以维持工艺介质恒定的温度。本文介绍了夹套管的特点与应用，讲述了夹套管的配管设计方法。

2. 夹套管的特点与应用

夹套管的特点是能够保持管内输送流体的流动性和温度，尤其是高粘度性流体、易凝固性流体、高熔点合成液体，能够有效防止输送的流体在输送过程中的固化和凝结。

由于夹套管的上述特点，夹套管更多的应用于高粘度、高熔点和一些对局部过热比较敏感的工艺介质。同时夹套管还具有伴热均匀、伴热效率高、温度调节迅速、适应广泛的优点，保温效果比普通的伴热管要好，这也使得它通常运用于石油化工行业中尤其是对温度控制要求非常严格的高温场合以及工艺要求非常苛刻的场合。

3. 夹套管的配管设计

3.1. 夹套管的类别

按伴热介质分，夹套管有热水夹套管、导热油夹套管、蒸汽夹套管等形式。

按管道的结构形式即内管和外管的连接形式可分为全夹套、部分夹套和简易夹套，又可分为内管焊缝隐蔽型和内管焊缝外露型。全夹套是指所有管道组成件包括管道上的阀门、法兰、过滤器等均为夹套，部分夹套减少了阀门的夹套和现场焊的对焊口的夹套，简易夹套只是直管段有夹套。

3.2.夹套管的长度

夹套管的长度设计由管道布置决定，但受到了内外管温度差和热膨胀差的限制。所以在夹套管的设计中，要充分考虑热胀冷缩导致的位移，按照实际情况

设计适合的长度。通常情况下，每段套管的长度宜小于等于6米，当存在转弯弯头时，每段宜小于等于12米。

3.3.夹套管的管件

弯头：一般夹套管的内管弯头采用曲率半径等于1.5倍公称直径的标准长半径弯头即可，而外管弯头的设计十分重要，为了避免使用剖切型，外管弯头应可以套进内管弯头，合理设计外管弯头的曲率半径，可以方便夹套管的安装和施工。

三通：为了夹套管的施工和安装，当夹套管的内管出现分支管时，分支管部位的外管三通均采用剖切型，即两片式三通，可根据实际的安装情况来选择是横切型还是纵切型。异径管：外管的异径管与内管的异径管的大口端须在同一位置，并且为了减少内外管的相互妨碍，大口端端部应错开一般为50mm的距离。

法兰：对于全夹套伴热系统，采用夹套法兰与相应的夹套阀门配对连接。对于部分夹套伴热系统，可采用与普通阀门能配对的小夹套法兰，或者可采用普通法兰连接阀门，以管帽的形式或端板的形式进行法兰与管子端部的连接。

阀门：夹套阀门用于全夹套的管线，是一种特殊的阀门，由于夹套阀门价格昂贵，在工艺管道设计时，通常选用普通阀门加伴热管伴热的形式来节省成本，而只在工艺要求极其苛刻的条件下才采用夹套阀门。

3.4.夹套管的跨接管

每段夹套管之间的伴热介质的管路可以采用跨接管的形式进行串连，但由于热损失，要限制在一定的长度范围内，一般为24米内，当伴热介质的总输送长度超过24米时，要增加伴热介质的进料口。当跨接管的伴热介质为蒸汽时，应采用上进下出；当伴热介质为热水或导热油时，应采用下进上出。跨接管的设计应确保排放流畅并防止堵塞和积液。

3.5.夹套管的定距板

定距板位于夹套管的内管和外管之间，用来起支承和定位作用，可以有效防止内外管的偏心。定距板焊接在内管的外壁上，与外管内壁的距离为1～1.5mm，定距板的材质与内管材质相同，厚度为碳钢6mm、不锈钢3mm。通常定距板宜布置在离弯头100mm 的地方，定距板的安装方位不能影响内管的介质流动与热位移。对于伴热介质入口处，内管部位需要加强，并且不需要安装定距板。

3.6.夹套管的材料选用

夹套管的内外管材料应根据各自的管道等级、设计压力、设计温度和介质特性选用，还要考虑输送介质对管道的腐蚀性以及管道的壁厚所能承受的最大工作压力。为了使内外管的热膨胀能一致，外管的材料最好和内管的材料相同。

3.7.夹套管内外管的热应力

夹套管的内管与外管介质不同，温度存在差异，故导致的热膨胀应力也不一致，所以需各自进行热应力的校核。当外管与内管计算的热应力超出许用值时，可通过以下方式来减少内外管的热膨胀差：内外管温差不宜过大，一般不超过50℃；内外管采用同一种材料或是线膨胀系数相近的材料；利用自然补偿或π型补偿器来弥补内管产生的热膨胀；设置膨胀节，以补偿因温度差引起的附加应力。

3.8.夹套管设计的注意事项

夹套管的配管设计不应该有死角或袋形，如果袋形管避免不了，须在其低点处设置放净管排放出冷凝水。

伴热介质为液体的夹套管要保证夹套系统中的气体能够充分排出，保证液体夹套不出现短路或死点。

蒸汽夹套加热系统在布置时为了避免可能积聚冷凝水的死角和下凹的袋型，应在低点应设置疏水阀以便排出积水，而热水、导热油夹套加热系统不需设置疏水阀，但需设置排净口、排污管和回流管。

4．结语

夹套管在化工生产中应用广泛，它的特殊优势使其成为输送高粘度、高熔点物质以及温度要求苛刻场合的最佳选择。夹套管的设计需安排合适的夹套管长度，合理选用内外管的管件和管材，并应注意消灭夹套管系统的液袋与气袋，确保夹套管内的伴热介质流通顺畅，保障生产操作的顺利进行。

参考文献：

[1] 陈慧文,刘雨民.夹套管的配管设计及管件选用原则.炼油与化工,2007,18(1).

[2] 田轶华，陈洁，蒙燕婕.浅谈化工设备中夹套管的配管设计.中国石油和化工标准与质量,2011,31(6).