浅谈萘法制苯酐项目中蒸汽夹套管的配管设计

张晓东

上海建安化工设计有限公司 （上海 201900）

工作研究

浅谈萘法制苯酐项目中蒸汽夹套管的配管设计

张晓东

上海建安化工设计有限公司 （上海 201900）

在萘法制苯酐装置中，因为原料和产品的熔点较高，需要大量的蒸汽夹套管伴热。项目中选用内管焊缝外露型夹套管（半夹套）伴热，以满足被伴热介质为有毒介质的要求；选用夹套管时管道转向处改为一端盲法兰的三通型式，以满足经常性检修的要求；选用中压蒸汽替代低压蒸汽作为伴热介质，以解决内管温度远高于外管时夹套端部结构受力过大等问题。

萘 苯酐 蒸汽夹套 配管设计

1 蒸汽夹套设计基础

1.1 伴热基本方法

伴热方式分为伴热管伴热、夹套管伴热和电伴热，夹套管伴热从结构上可分为内管焊缝隐蔽型（全夹套）和内管焊缝外露型（半夹套），伴热介质可以是蒸汽、热水或导热油。

1.2 蒸汽资源

工业萘法制苯酐项目按工艺流程可分为氧化反应、冷凝回收、尾气处理、苯酐精制、结片包装5个单元。在氧化反应单元中，工业萘氧化反应生成苯酐是放热过程，大量反应热通过蒸汽发生系统转化为蒸汽，供设备、管道使用，部分蒸汽富余外送。

1.3 夹套被伴热介质情况及特点

1.3.1 夹套被伴热介质情况（见表1）

1.3.2 夹套被伴热介质特点

萘、苯酐及熔盐的熔点均较高，常温时为固态。如果伴热结构不合理或伴热效果差，则会出现堵塞管道的情况。

苯酐具有极易吸水的特性，与水生成的邻苯二甲酸（熔点高达210～211℃）会堵塞管道，因此苯酐管道被伴热时严禁水进入。

1.4 同类项目生产实际情况和业主要求

由已建成的同类项目得知，工业萘法制苯酐项目在生产过程中易堵，给正常生产带来了很大困难。尤其是管道转向处，堵塞后清理困难，严重时生产一个月就要停工检修一个星期。根据生产实践，业主要求夹套管在保证工艺操作需求、伴热效果的前提下，采用有利于经常性检修的夹套结构型式。按照《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》（SH/T 3040—2012），合理解决项目中管道伴热的具体要求是本文重点。

2 蒸汽夹套管设计主要内容

2.1 伴热介质及其参数的选择

2.1.1 伴热介质的选择

工厂有足量的脱盐水，可通过蒸汽发生系统转化为蒸汽，高压蒸汽压力可达7MPa(G)，再通过调节阀减压到中压和低压蒸汽，以满足装置内的多种伴热需求。相对于电伴热和导热油伴热，蒸汽伴热有较好的经济性和便利性。因此蒸汽作为伴热介质是可行的。

2.1.2 伴热介质参数的选择

根据SH/T 3040—2012中4.3 d)条的规定：对于控制温降或最终温度的夹套管伴热管道，伴热介质的温度应根据被伴热介质的凝固点或最终温度要求确定。在工业萘法制苯酐项目中，绝大多数伴热的目的是防止介质温度低于凝固点，因此选择伴热蒸汽参数的基本原则是根据被伴热介质的凝固点来确定相应压力的伴热蒸汽。伴热蒸汽参数见表2。对应表1中的被伴热介质，液萘、粗苯酐、纯苯酐夹套伴热介质选用低压饱和蒸汽；熔盐夹套伴热介质选用中压饱和蒸汽。

2.2 夹套类型的选择

（1）由表1可知，除尾气外其他被伴热介质熔点均大于50℃，根据SH/T3040—2012中4.2a)条的规定，宜采用夹套管伴热。

（2）由表1可知，被伴热介质均为有毒介质，根据SH/T3040—2012中4.2e)条的规定：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。

（3）设计中采用内管焊缝外露型夹套管（半夹套）伴热，可以杜绝伴热蒸汽泄漏到内管的可能性，从而避免苯酐遇水凝结的情况发生。

2.3 夹套结构设计要点

2.3.1 夹套管组合尺寸

当伴热的目的是防止介质温度低于凝固点时，伴热的作用是保温，而不是加热，内管介质在流动时不需要很大的加热量。因此在选择夹套管组合尺寸时，在满足夹套管安装要求的条件下可以适当降低外管管径。对比（见表3）与SH/T3040—2012中6.1中的表15可知，当内管管径DN80时，我们选用的外管管径是DN100，而规范上选用的是DN125。另外DN125管相对来说不常使用，采购较困难，我们这么做也可以规避这个问题。

2.3.2 夹套管端部结构

项目中选用的内管焊缝外露型夹套管（半夹套），端面封口采用管帽式，较端板结构具有较好的强度，以解决应力集中带来的安全问题。外管及管帽为碳钢，当内管为不锈钢材质时，管帽与内管之间应用不锈钢垫板分开，这样可以防止在内管上发生的电化学腐蚀。带垫板的管帽式夹套管详见图1。

2.3.3 可以检修的夹套结构

由于工业萘法制苯酐项目在生成过程中易堵，严重时需经常性检修，所以在设计中提供了在夹套管合适位置可以检修的方案。我们在夹套管转向处没有按常规选用弯头，而是改用三通形式，在三通检修侧加盲法兰。当管道出现堵塞时，可打开盲法兰疏通管路。该方案的示意图由图2所示。

2.4 夹套设计需要注意的问题

选择伴热蒸汽参数的基本原则是根据被伴热介质的凝固点来确定伴热蒸汽，但也有特例，当被伴热介质的操作温度远高于伴热蒸汽的操作温度时，在夹套管端部结构处应力非常集中，有时候能达到破坏管道的程度。此时可以选择有更高操作温度的伴热蒸汽替代原有的伴热蒸汽，以降低被伴热介质与伴热蒸汽的温差，从而达到降低夹套管端部结构处应力集中程度的目的。在具体设计中，通过应力分析得到的结果作判定依据，将个别夹套管的伴热蒸汽从低压改为中压。

3 结论

根据工业萘法制苯酐生产实际情况，合理配置内管焊缝外露的半夹套蒸汽伴热，采用夹套管道转向处改为一端盲法兰的三通形式；个别情况用中压蒸汽替代低压蒸汽作为伴热介质等措施，较好地解决了经常性检修、被伴热介质的操作温度远高于伴热蒸汽的操作温度时夹套端部结构受力过大等问题，使夹套伴热更安全、有效、节能，满足国家设计规范要求的同时，符合工厂的实际操作要求，提高了生产效率。

在蒸汽夹套管伴热设计过程中，需综合考虑多方面的要求来确定伴热参数及夹套管结构，以便于应力专业及材料专业设计工作的顺利开展。

Piping Design of Steam Jacketed Tube in the Project of Preparing Phthalic Anhydride from Naphthalene

Zhang Xiaodong

In the device of preparing phthalic anhydride from naphthalene,a lot of steam jackets for heat tracing are needed because of the high melting points of raw materials and products.Selects the jacketed piping with exposed inner tube welds(part jacketed piping)for heat tracing tomeet the requirement of the toxic heated medium.Selects the tee with a blank flange end as the jacketed tube steering tomeet the demand of the frequentmaintenance.Selectsmedium pressure steam instead of low pressure steam as the heatingmedium in order to solve the problem of excessive force at the end of jacketed pipingwhen the temperature of inner tube ismuch higher than thatof the outer pipe.

Naphthalene;Phthalic anhydride;Steam jacket;Piping design

（略）

TE 973.1

2014年5月

张晓东 男 1978年生 本科 工程师 研究方向为石油化工设计