摘要：夹套管是石油化工中主要运输管道，具有加热的作用，能够弥补凝固性、黏性液体流动过程中损失的热量，保障相关工艺的稳定性，尤其在石油化工中应用范围极广。夹套管配管设计可以过程中需要保障内、外管所受膨胀力的一致性以及各段管道的连接性，兼顾长度、材料以及坡度需求，才能够最大化发挥夹套管在使用运输过程中的作用。因此论文将从夹套管概述、夹套管管道的配管设计要素分析、夹套管管道及其配件各项要素选用设计三个方面进行深入的研究，旨在促进我国化工装置设计发展。

关键词：夹套管管道；化工装置；配管设计

夹套管是石油化工中主要运输管道，具有伴热效率高、使用范围广、温度调节快等诸多优势。夹套管为双层套管结构，将两种规格直径套管进行组合，并通过特殊设计以此来达到伴热效果，保障运输物质的通畅性。夹套管管道配管设计工艺相对比较复杂，需要对此进行详细分析，内容如下。

1 夹套管概述

1.1定义

夹套管即夹套管道，在石油化工以及化纤中应用范围相对较广，由内管与外管两个部分所组成，包括内管与外管两个部分，其中内管为主管道，两者之间呈双层同心结构。夹套管相比于一般管道运输过程中抗压能力强（极限值25MPa），工作温度范围广（-20～350℃）[1]。夹套管的材料多为不锈钢与碳钢，材质耐腐蚀、耐使用，内部管道输送的介质主要为工艺物料，外管的介质主要为导热油、蒸汽、冷媒以及热水等，由此来保证夹套管受热均匀等问题，让管道内部的液体避免出现受热不均等现象，让管道中输送的液体能够保持相应的流动性。在实际管道设计中，往往需要综合考长度、材质等多种要素，保证夹套管的输送性能。

1.2类型

夹套管类型主要有全夹套与半夹套两种。全夹套即是隐蔽性夹套管，内管焊接方式为隐蔽型，可以降低设备的磨损度，保证设备的安全性。但由于位置焊接方式相对比较隐蔽，导致管道中的有毒介质一旦出现泄漏问题不易被发现，维修起来也更加困难，所以全夹套主要被应用于非主要管道的设计当中。半夹套即是外漏性夹套管，内部焊接方式外漏型，被应用于主要管道设置当中。尤其适当输送介质为有毒物质或是凝固点高于100℃。在管道配管设计当中，需要综合考虑管道的结构与使用功能，以此来选择的合适的设计方式。

1.3优势

夹套管主要被应用于石油化工与化纤当中，需要综合考虑工艺管道的输送问题，保证输送液体的通畅性。相比于一般的输送管道，夹套管优势十分明显，具有伴热功能，保证输送液体温度，防止产品固化，避免在地温环境下内部输送物质受热不均出现分离现象，堵塞输送管道，维持管道的输送性能，确保生产操作正常运行。鉴于此，夹套管优势主要体现在伴热效率高、均匀性好，能够迅速调节输送介质温度。在输送化工石油、化纤过程中，管道铺设区域面穿越多个区域，温度上也有所差异，当局域温度出现降低时，就会导致管道压力降低，容易出现安全事故，夹套管可以补充热介质，其热载体冷凝过程中，会提升输送物质温度。夹套管热载体有蒸汽与热媒两种，主要被应用于高温工作环境。将热媒作为热载体，需要配备专业的循环泵与热炉等相关设备，并辅以专业的温控系统，设计、使用、维护难度大。蒸汽作为热载体，使用相对比较方便，但对其工作环境温度有一定限制，必须低于200℃。

2 夹套管管道的配管设计要素分析

2.1尺寸设计

夹套管配管设计中，对于其物理尺寸设计要求十分严格，影响到管道性能，只要确保尺寸合适，才能够稳定发挥其优势，减少热胀冷缩等问题。夹套管配管尺寸选择不当，无法保证夹套管伴热性能。如果管道设计过长，就会导管道压力增大，从而增加热载体耗损，容易使管道出现热障冷缩问题，影响管道导热性，容易出现输送物体温度不均，流动性减弱，甚至阻塞管道。在尺寸设计中，应该将热传递量控制在合理范围之内，选择长度约是1.5m左右的夹套管，保证夹套管伴热稳定性。在设计隐蔽性全夹套时，为了保证检修的方便性，需要在外管的位置预留一部分剖分管段（≥75mm）。夹套管分支管，应该采用剖分三通管道配件，内管弯头R=1.5D，外管弯头R=1D。当异径管相互衔接时，要将大端端部错开，距离至少≥50mm，避免内管与外管之间发生碰撞问题。

2.2压力、温度设计

夹套管为内管与外管二层结构，承压力不同，工作温度上也有所差异，应该综合考虑两管的压力与温度需求。因此在压力设计上，将内管所受压力作为两管伴热介质设计压力。在温度设计上，应该根据两管的伴热介质温度设定合理的温度参数，取其温度最高者。在压力与温度的设计上，只有兼顾两管之间的压力与温度需求，才能够避免内管或者外管伴热性能失衡的现象。

2.3热应力设计

热应力来源于夹套管配管中的同心圆管道，在设计时需要考虑到内管与外管之间介质的差异性。由于内外管道之间的介质材料有所不同，使其受热有所差异，从而形成热应力，如果处理不当就会导致压力差过大，出现膨胀区[2]。在热应力设计时，要对内管热应力与外管热应力分别进行计算，当计算数值存在较大差异时，即出现膨胀区域。膨胀区并不是完全固定，会随着热应力差异区域变化位移，转弯位置发生膨胀的几率相对加大，运输风险性也最高。故此，在热应力的设计中，应该尽可能的缩小外管直径，减少管径差异值，让运输物质能够受热均匀，从其根本生解决受力不均匀引发的膨胀问题。热应力的计算与温度有着直接关系，在设计中应该综合考虑内、外两管伴热介质的最高温度，以此满足管道最大热应力的设计需求。

2.4跨度与坡度设计

夹套管为运输管道工作环境较为复杂，设计与安装时需要满足一定的坡度要求，并让管道运输物质的流向与坡度方向相一致，对于热载体为蒸汽套管，还需要设置独立的疏水阀，引导蒸汽流通，让内部输送物质受热均匀，防止其凝结固化堵塞管道。夹套管链接过程中尽量使用串连链接方式（法兰连接），保证其贴合性，减少管道泄漏发生的几率，并要满足基本跨度要求（≤6m）。在坡度设计中，需要综合考虑输送物质、实际施工环境、坡度方向、热载体等多個方面因素，并合理控制夹套管单节长度。夹套管坡度配管中多处需要使用跨接管，主要位于热载体（蒸汽）上下进出方向与水平夹套管底部。在这一设计过程中，主要需要考虑两点：第一，了解设计情况，提高相关认知，对于夹套管跨度与坡度差异值的变化有所掌控，强化配套管的相关性能，保障其通畅性。第二，外部应力的影响，外部因素也会对夹套管的运行造成影响，如环境温度、湿度、压力以及铺设环境等[3]。

3 夹套管管道及其配件各项要素选用设计

夹套管管道及其配件主要包含了弯头、三通、异径管、定位板等多个部分，其材质、温度、尺寸等各个要素的选用都直接关系到其性能的发挥以及管道承受的最大压力[4]。单节管道连接方式主要为对焊，具体规格如表1所示。

3.1弯头

弯头根据其在夹套管应用位置，主要可以分为内管弯头与外管弯头两种。在内管弯头的设计中，应该采用标准弯头，根据表1确定公称尺寸，曲率半径要≤1.5DN。应该注意内管弯头一般情况下要比外管公称直径低1～2个档规格。在外管弯头的设计中，可以采用标准弯头，曲率半径=1.0DN[5]。应该注意，在内外管弯头的设计中，应该保证内外弯头之间有一定的间隙，符合热应力计算要求，并按照行业规定进行设计。

3.2三通

三通是管道衔接配件，需要根据连接支管的管径大小来决定。在三通尺寸选用中，外管三通在直径上要大于内管三通1个档次[6]。为了方便实际安装过程，设计人员可以选定剖切方式作为设计安装方案。

3.3异径管

为了方便管道的铺设与安装，在设计过程中选用异径管时，应该严格按照相关要求选择异径管，避免出现异径管直径差异过大或过小导致安装困难，对接位置不合理。内管与外管之间得性能有所差异，如果外管与内管异径管的规格选择不当，将导致接头位置不牢靠，并使用功外管与内管相互影响。

3.4定位板

为了避免内管与外管之间相互影响，防止管道偏心现象，必须设置定位板。定位板的位置位于内管与外管之间，从理论上分析会对内管与外管的伴热效果产生一定影响。因此在设计过程中，应该尽量选择材质相同的定位板，合理把控其长度，避免影响内管与外管的膨胀区域。一般情况下，定位板的长度=40mm。如果定位板的位置处于管道衔的转弯处，要确保定位板与弯头≥10mm的距离[7]。

4 结语

夹套管伴热优势明显，能够对输送石油等物质均匀加热，避免加热过高与温度不均的现象。夹套管设计相对比较复杂，要综合考虑多种因素，分析设计过程中的诸多要素，结合管道及其配件选择适合的尺寸与材质，只有如此才能够保障夹套管性能，发挥其伴热输送作用。

参考文献：

[1] 何中强.石油化工装置中配管的设计与施工[J].化工设计通讯，2018，44（11）：25.

[2] 张花蕾，刘敬.浅谈化工工艺管道设计优化[J].建筑工程技术与设计，2018，（26）：729.

[3] 张成武.石油化工装置工艺管道设计技术合理性的探讨[J].化工管理，2018，（22）：150-151.

[4] 张锦正.石油化工装置夹套管的配管设计[J].化工设计通讯，2018，44（7）：124.

[5] 费翔.石油化工装置安全阀配管设计探讨[J].化工管理，2018，（15）：82-83.

[6] 晋振东，王耀偉，祁涛.石油化工装置工艺的研究[J].中国石油和化工标准与质

[7] 邱鹏.石油化工装置分馏塔及框架的配管设计及问题处理[J].化工管理，2018，（21）：222.