蒸汽夾套管在液體工業(yè)萘系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉志禧

(廣東瑞安科技實業(yè)有限公司，廣東 佛山 528000)

0 引言

液體原材料具有易于裝卸車，易于二次運輸、泵送，即卸即用的特點，而工業(yè)萘是化學(xué)工業(yè)中一種重要的原材料，因此液體工業(yè)萘的應(yīng)用便越來越廣泛。隨著我公司生產(chǎn)規(guī)模的擴大，對工業(yè)萘的需求也在加大，現(xiàn)時只有固體工業(yè)萘的貯存方式必須改變成以液體工業(yè)萘為主，固體工業(yè)萘為輔的貯存方式，才能滿足生產(chǎn)的要求。由于工業(yè)萘的凝固點為80℃，高于環(huán)境溫度很多，因此要使用它必須有相應(yīng)的伴熱配套設(shè)備。

1 設(shè)計

工藝管道的伴熱方式主要有蒸汽外伴熱、熱水外伴熱和蒸汽夾套管。根據(jù)SH/T3040-2002的規(guī)定：介質(zhì)凝固點為50℃至100℃時，宜選用夾套管伴熱；輸送有毒介質(zhì)、可燃介質(zhì)且需夾套伴熱時，應(yīng)選用內(nèi)管焊縫外露型夾套管伴熱。且我公司現(xiàn)規(guī)劃的液萘倉附近就有蒸汽管道可以連接使用，所以液體工業(yè)萘的輸送管道應(yīng)該選擇內(nèi)管焊縫外露型蒸汽夾套管。

1.1 材料選用

液萘腐蝕性不強，但可燃，儲罐、管道進(jìn)料后動火維修存在安全隱患，夾套管質(zhì)量必須保證，因此內(nèi)管使用碳鋼無縫管。外管由于接觸蒸汽，也使用碳鋼無縫管，這樣內(nèi)外管材料相同，在管道加熱或冷卻時有利于材料熱應(yīng)力的消除。具體管徑匹配按照表1選用。

表1 夾套管內(nèi)外管匹配直徑尺寸(DN)

1.2 套管連接形式

內(nèi)管焊縫外露型的連接形式有管帽式夾套管(見圖1-a)和端板式夾套管(見圖1-b)。管帽式夾套管連接形式簡易、施工方便，還可根據(jù)地形尺寸、考慮擴建等現(xiàn)場實際情況進(jìn)行改造，如直管段使用內(nèi)管用法蘭連接的形式(見圖1-c)。

圖1

1.3 管件形式

1.3.1 三通

外管三通的尺寸要按照表1選用比內(nèi)管至少大兩級的直徑，外管原則上使用剖切式，剖切式分為橫切和縱切兩種，應(yīng)根據(jù)實際安裝情況選用(如把焊縫布置在容易檢修的部位)。

1.3.2 異徑管

內(nèi)外管的異徑管應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)件，以避免管道熱脹冷縮時內(nèi)外管接觸，影響蒸汽流通，兩個異徑管的大徑端最少應(yīng)錯開50mm，見圖2。

圖2

1.3.3 彎頭

夾套管的彎頭處外管宜采用短半徑(R=1D)彎頭，內(nèi)管宜采用長半徑(R=1.5D)彎頭。為了節(jié)約成本，可采用剖成兩半的標(biāo)準(zhǔn)彎頭進(jìn)行組裝。

1.4 定距板

為保證內(nèi)外管的夾套間隙，滿足工藝要求，夾套管的內(nèi)管和外管之間采用定距板的方式來支承。一般用以三塊定距板為一組，周向均勻分布并垂直焊接在內(nèi)管外壁上，且安裝位置不應(yīng)影響內(nèi)管熱位移。定距板距外管內(nèi)壁距離為1-1.5mm，定距板長40mm，厚度為6mm，材質(zhì)與內(nèi)管相同，一般應(yīng)設(shè)置在離外管彎頭100mm的地方。每組定距板的間距參照SH/T3040-2002選取。

1.5 內(nèi)外管熱應(yīng)力

由于內(nèi)管和外管的介質(zhì)不同，剛開始加熱時內(nèi)外管的溫度也不同，引起的熱膨脹應(yīng)力也存在差異，所以應(yīng)分別進(jìn)行熱應(yīng)力計算。如果內(nèi)管和外管計算的熱應(yīng)力不一致，夾套管就要進(jìn)行膨脹節(jié)的設(shè)置，以便夾套管膨脹時能夠自由移動。

管道由于熱脹冷縮或其它位移受約束而產(chǎn)生的二次應(yīng)力應(yīng)小于按下式計算的許用應(yīng)力：

式中：

[σr]t——管道材料的許用應(yīng)力范圍，MPa;

f——在預(yù)計壽命內(nèi)，考慮循環(huán)總次數(shù)影響的許用應(yīng)力范圍的減少系數(shù)，參照SH/T3041-2002選取;

[σ]t0——管道材料在安裝溫度下的許用應(yīng)力，MPa;

[σ]t——管道材料在計算溫度下的許用應(yīng)力，MPa。

當(dāng)計算的應(yīng)力范圍不能滿足式(1)的要求，且內(nèi)壓和外部持續(xù)荷載產(chǎn)生的一次縱向應(yīng)力σL低于[σ]t時，允許將[σ]t與σL的差值加在許用應(yīng)力范圍中，以擴大二次應(yīng)力的許用范圍。在此情況下，許用應(yīng)力應(yīng)按下式計算：

式中：

σL——由內(nèi)壓和外部持續(xù)載荷產(chǎn)生的一次縱向應(yīng)力，MPa。

另外，對彎頭、三通等連接處應(yīng)考慮柔度系數(shù)和應(yīng)力增強系數(shù)，并按SH/T3041-2002的要求計算。

2 焊接施工

2.1 施工前準(zhǔn)備

開工前，施工技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行圖紙會審，以系統(tǒng)流程圖為依據(jù)，對管道平面圖、立面圖進(jìn)行核對，繪制夾套管單線圖，并組織施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。

施工人員結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)場實際和施工條件，對各部件尺寸認(rèn)真校對，按照單線圖和現(xiàn)場安裝條件確定夾套管預(yù)制范圍，管線分段時應(yīng)優(yōu)先考慮在自然斷開處斷開(如法蘭連接處)，以焊縫少、方便檢查、安裝可行為原則，合理安排組對順序，使焊縫數(shù)量減少到最低程度。

2.2 切割下料

管子選料后先清理管內(nèi)雜質(zhì)，并確定內(nèi)外管幾何尺寸。管子切割宜采用機械方法，如用氣割切割時，其斷面必須用砂輪機打磨平滑，以保證焊縫的質(zhì)量。管子切口斷面垂直度偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

2.3 坡口加工

管子的坡口加工，不宜用氣割切割，宜用坡口機加工等機械方法。小于DN80的管道采用無齒鋸下料，坡口加工采用磨光機進(jìn)行。坡口應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，表面不得有裂紋、分層等缺陷。

2.4 內(nèi)外管組對

內(nèi)外管組對前，用鋼絲刷將坡口表面及坡口邊緣20mm范圍的油污、銹蝕、毛刺等對焊接有害的物質(zhì)清理干凈。管子或管件的對接，其對口應(yīng)做到內(nèi)壁齊平。內(nèi)壁錯邊量要求不應(yīng)超過管壁厚度的10%，且小于等于1mm。組對點固應(yīng)由焊接同一管子的焊工進(jìn)行，點固焊用的焊絲與正式焊接所用的焊絲相同，點固焊工藝條件與正式焊接工藝條件相同，且必須焊透。點固焊如有裂紋等缺陷，應(yīng)及時處理。

2.5 內(nèi)外管焊接

為保證內(nèi)管的清潔度及質(zhì)量，內(nèi)管對接接頭優(yōu)先采用氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面的焊接工藝。定距板與內(nèi)管的角焊縫焊接應(yīng)滿焊，焊腳高度不低于定距板厚度；定距板安裝以不影響夾層蒸汽的流動和管子熱位移為宜；定距板與內(nèi)管、跨接管與外管及內(nèi)管與外管連接處的角焊縫應(yīng)采用小電流、小直徑、快焊速的工藝，防止熔穿管壁，且不得咬邊。內(nèi)外管的焊縫不允許在同一截面上，必須錯開。內(nèi)管要在套管套入后才能進(jìn)行兩端法蘭的焊接，內(nèi)管檢驗與試驗合格后才能進(jìn)行外管的組對焊接。外管及管件定位焊接順序應(yīng)按先縱焊縫后環(huán)焊縫，先焊收縮量大的焊縫，再焊收縮量小的焊縫。內(nèi)外管安裝的坐標(biāo)、標(biāo)高、水平度和垂直度應(yīng)符合下列規(guī)定：

坐標(biāo)允許偏差為±10mm；

標(biāo)高允許偏差為±5mm；

管道安裝水平度小于或等于1/1000，且不大于20mm；

管道安裝垂直度小于或等于1/1000，且不大于15mm。

內(nèi)外管焊縫位置布局應(yīng)符合下列要求(除非受到現(xiàn)場條件限制)：

環(huán)向焊縫與管道支架間距不應(yīng)小于100mm，且不得留在過墻或樓板處；

水平管段外管剖切的縱向焊縫，應(yīng)置于易檢修的部位；

內(nèi)管與外管焊縫上不得開孔或連接支管段。

法蘭面與內(nèi)管中心線垂直度和平面度應(yīng)符合SH/T 3546-2011的要求。

2.6 跨接管焊接

2.6.1 跨接管的管徑應(yīng)按表1選取。

2.6.2 跨接管與外管連接應(yīng)使用承插焊。

2.6.3 跨接管連接應(yīng)使用可拆卸的法蘭連接方式，如圖3。

圖3

2.7 焊縫檢驗與試驗

內(nèi)外管焊縫表面應(yīng)無裂縫、氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，外觀檢查合格后按SH/T3546-2011進(jìn)行無損探傷。

內(nèi)外管應(yīng)分別進(jìn)行氣體壓力試驗。內(nèi)管因為同時受到內(nèi)壓和外壓，因此其試驗壓力計算應(yīng)按內(nèi)管和外管設(shè)計壓力較高者取值；外管則按外管設(shè)計壓力取值；內(nèi)外管試驗壓力均為所取值設(shè)計壓力的1.15倍。外管試壓時，內(nèi)管應(yīng)同時保持一定壓力，以確保內(nèi)管不受損。

3 結(jié)語

蒸汽夾套管的設(shè)計、施工是一項很復(fù)雜的管道工程，在整個過程中經(jīng)過各方的共同努力，質(zhì)量一直處于受控狀態(tài)，并積累了一些施工經(jīng)驗。整套系統(tǒng)的投入運行減少了運輸固體工業(yè)萘、投萘、熔萘等工藝步驟，提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強度，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]SH/T3040-2002石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計規(guī)范[S].

[2]SH/T3041-2002石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范[S].

[3]SH/T3546-2011石油化工夾套管施工及驗收規(guī)范[S].

[4]李黎，陳潔，王躍新.淺談夾套管的配管設(shè)計[J].科技傳播，2011(13).

[5]孫文強，孫光磊.夾套管道施工技術(shù)與工藝[J].石油化工建設(shè)，2009(03).

[6]鄔文沛.夾套管焊接工藝[J].焊接技術(shù)，2012(09).