夹套阀在聚甲醛装置中的应用

张丽

（中国五环工程有限公司，武汉430223）

在石化、化工生产中，夹套管被广泛用于凝固点高或需保持高黏度流体温度的场合（如硫磺，三聚甲醛等介质）。笔者以某60kt／a聚甲醛项目为例，介绍夹套阀的应用。该项目采用共聚甲醛技术，利用精甲醇作为原料生产共聚甲醛，共聚甲醛主要由三聚甲醛和其他单体共聚制备。质量分数为60%～70%的甲醛，在浓硫酸或阳离子交换树脂催化下得到三聚甲醛并精制为高纯品，然后与少量共聚单体（如二氧戊环）在路易斯酸存在条件下开环聚合为共聚甲醛，再加入抗氧剂等助剂，造粒成共聚甲醛产品，其中三聚甲醛凝固点较高，需夹套保温系统。

1 伴管伴热与夹套管伴热

按伴热介质分类，常见的伴热形式有蒸汽伴热、热水伴热、热油伴热、电伴热等。从伴热方式上，可分为伴管伴热和夹套管伴热。所谓夹套管伴热就是在夹套管中的内管输送工艺介质，内管和外管间隙中通以蒸汽、热油或热水等热介质，对介质输送管加热保温的伴热方式。夹套管常用于高凝固点介质的输送。

SH／T3040—2002［1］提到的伴管伴热与夹套管伴热的伴热方式选用原则：对于输送介质的终端温度或环境温度接近或低于其凝固点的管道，介质凝固点低于50℃时，宜选用伴管伴热；介质凝固点为50～100℃时，宜选用夹套管伴热；介质凝固点高于100℃时，应选用内管焊缝隐蔽型夹套管伴热。

另外，在确定选用夹套管之前，必须满足下列要求：输送介质凝固点大于50℃；夹套管的介质温度不低于被伴热介质温度，但温差不宜超过50℃。

由于聚甲醛装置中，介质三聚甲醛的质量分数在15%以上，温度低于65℃则凝固，故需80℃热水夹套保温系统。通常夹套管上的阀门、法兰、过滤器等也都为夹套型。以下针对与仪表设计密切相关的夹套阀进行探讨。

2 夹套阀

夹套阀的阀体为双层结构，其间可以流通一定温度的介质，以维系阀门内介质的温度。当工艺介质的结晶温度或因流体温度降低而造成黏度增加或流体凝固时，需在调节阀阀体和上阀盖处增设保温夹套装置，使工艺过程按要求自动进行。阀体部分采用的形式根据其工作条件而定。夹套法兰是一种常用于夹套管上的法兰，其技术要求详见SH／T501—1997［3］。

2.1 夹套阀的常见形式

2.1.1 部分夹套形式

在需要标准法兰尺寸，并且不需要全夹套形式的情况下，一般选用部分夹套形式。在半夹套设计中只有中间阀体部分包含在夹套中，连接法兰尺寸为阀门标准法兰尺寸，夹套阀体与法兰之间有小段距离没有夹套，适用于缩颈夹套管或管道配对法兰为标准尺寸的情况，如图1所示。

2.1.2 全夹套形式之一

夹套包含阀体，并且延伸到法兰之间。采用该种夹套形式的阀门需要增加其阀体长度及法兰尺寸，其法兰的面－面尺寸要与增加后的法兰尺寸对应的标准阀门法兰的面－面尺寸一致。比如：7.62cm×10.16cm（3″×4″）的夹套球形阀门采用该种夹套形式，其法兰尺寸要增大到10.16cm。该夹套阀门法兰相应的面－面尺寸要与10.16cm阀门法兰的标准面－面尺寸相同。该种夹套阀门适用于配合标准夹套管使用的情况，如图2所示。

图1 部分夹套形式

图2 全夹套形式之一

2.1.3 全夹套形式之二

夹套包含阀体，并且延伸到法兰之间。夹套终点位于法兰的边缘，法兰的螺栓孔嵌在夹套中，需通过单头螺栓与管道配对法兰连接。该种夹套阀门适用于缩径夹套管或配合标准尺寸管道配对法兰使用的情况，如图3所示。

图3 全夹套形式之二

2.1.4 全夹套形式之三

夹套包含阀体，并且延伸到法兰之间。采用该种夹套形式的阀门需要增加其法兰尺寸，其法兰的面－面尺寸为标准阀门法兰的面－面尺寸，阀体尺寸随着夹套法兰的尺寸有所变化。比如：7.62cm× 10.16cm的球形阀门采用该种夹套形式，其法兰尺寸要增大到10.16cm，该阀门法兰相应的面－面尺寸仍为7.62cm阀门法兰的标准面－面尺寸。该种夹套阀门适用于配合标准夹套管且管道系统安装空间较小的场合，如图4所示。

图4 全夹套形式之三

2.2 夹套阀的跨接管线

该装置夹套管线中使用的阀门均为法兰连接的全夹套阀。根据文献［1］，套管上应使用跨接管串接，跨接管宜采用法兰连接。夹套阀门的跨接管线如图5，图6所示。

5 水平管道上夹套阀门的跨接管

图6 垂直管道上夹套阀门的跨接管

这些跨接管线的安装方向有一定要求。比如，水平管道上带夹套阀门的跨接管若是蒸汽跨接管，应高进低出；若是热水跨接管，应低进高出。跨接管连接应防止积液和堵塞，并考虑安装空间。另外，套管、内管、跨接管等的尺寸也有一定关系，见表1所列［1］。

2.3 夹套阀在聚甲醛装置中的应用

该项目聚甲醛装置中，由于用户要求采用了两种形式的全夹套阀门。第一种为图2所示的标准全夹套形式；第二种是图3所示的全夹套形式之二，即法兰尺寸为标准阀门尺寸，夹套包含阀体，并且延伸到法兰之间，其与管道配对法兰连接的单头螺栓由阀门厂家自带。与夹套管的跨接管线连接口通常为法兰连接，跨接管与夹套管的对应关系见表1。阀门厂商内部的跨接管线连接口的连接形式通常由厂商选定。

表1 夹套管组合尺寸mm

对于同一项目，笔者认为夹套阀门的形式应尽量保持统一，便于和夹套管道连接形式一致，以免现场安装时出现不必要的麻烦。在设计时应根据不同的工况，选择合适的夹套阀，并在数据表中标注清楚。另外，夹套法兰与夹套管的连接尺寸以及跨接线连接口尺寸也需倍加关注。

3 结束语

聚甲醛装置中的夹套设计是一大难点，夹套关系比较复杂，仪表的夹套种类繁多，涉及面比较广泛，其设计的好坏直接影响到装置能否安全、长周期运行。笔者仅对夹套阀门进行了初步探讨，其他夹套仪表如夹套流量计等的基本原理与此类似。

［1］ 国家经济贸易委员会.SH／T3040—2002石油化工管道伴管及夹套管设计规范［S］.北京：中国石化出版社，2003.

［2］ 国家石油和化学工业局.HG／T20549.5—1998化工装置管道布置设计技术规定［S］.北京：化学工业出版社，1999.

［3］ 中国石油化工总公司工程建设部.SH／T501—1997石油化工钢制夹套管法兰通用图［S］.北京：中国石化出版计，1997.

［4］ 国家石油和化学工业局.HG20514—2000仪表及管线伴热和绝热保温设计规定［S］.北京：化学工业出版社，2001.

［5］ 胡雄，刘敏，徐莹，等.三聚甲醛装置中热水夹套管施工［J］.石油化工设备，2011，40（03）：48－50.

［6］ 齐芳.夹套容器的设计［J］.石油化工设计，2006，23（02）：15－18.

［7］ 孙文强，孙光磊.夹套管道施工技术与工艺［J］.石油化工建设，2009（03）：67－68.

［8］ 陈慧文，刘雨民.夹套管的配管设计及管件选用原则［J］.炼油与化工，2007（01）：37－39.

［9］ 刘庆耀.电伴热及蒸汽夹套伴热在硫磺回收装置中应用的比较［J］.炼油技术与工程，2004，34（09）：53－55.

［10］ RADLE J.Steam Tracing Keeps Fluids Flowing［J］.Chemical Engineering，1997，104（02）：94－97.

［11］ 戚学贵，谭晓勇，徐宏，等.伴热系统及外伴热管体系性能优化技术评述［J］.天然气工业，2007，27（04）：108－111.