浅谈三聚甲醛装置中的夹套管安装施工技术

杨梦颖 詹泽丞 张 鹏

中国化学工程第十六建设有限公司 湖北宜昌 443000

三聚甲醛是合成聚甲醛塑料（POM）的重要原料，工业生产过程中，其重要原料甲醛溶液在常温或者低温状态下容易生成絮状沉淀物——多聚甲醛。而且甲醛通过反应生成的三聚甲醛熔点为61～62℃，在常温下极易结晶凝固。故在三聚甲醛的生产装置中，为防止甲醛及三聚甲醛溶液的结晶，保证其在管道系统中均匀受热，常采用夹套管对甲醛及三聚甲醛溶液进行伴热。

夹套管是一种较常用的伴热形式，它具有伴热效率高、加热均匀且无局部过热等突出优势，效果优于一些普通的伴热管道[1]。夹套管采用的是双层管壁结构的管路，俗称“管中管”，其内管用于输送工艺物料，外管与内管的环形空间主要输送热载体（如蒸汽、热水、导热油等）或冷载体（冷却水等），用来对内管工艺介质的温度进行提升、降低或者维持恒定的温度[2]。作为“管中管”，夹套管的管道结构形式决定了其施工工艺不同于普通管道。以下依托山东某三聚甲醛装置的夹套管现场施工实例，简要介绍夹套管的施工工艺及技术要求，为夹套管的现场施工提供一定的参考。

1 夹套管型式简介

夹套管的型式主要分为两种：内管焊缝隐蔽型和内管焊缝外露型。内管焊缝隐蔽型的内管焊缝完全被外管覆盖，隐蔽后无法再查看内管焊缝情况。故在外管覆盖之前，需对内管焊缝进行无损检测及压力试验，合格之后再进行外管的安装工作。而内管焊缝外露型的内管焊缝在外管安装后仍暴露在外侧，并不被外管覆盖[3]。两种形式的夹套管中，内管焊缝隐蔽型夹套管施工工艺更为复杂，质量要求也相对较高，内管焊缝的施工质量直接影响到夹套管整体质量。若施工工艺不当，容易造成内管泄漏，外管覆盖之后，无法对内管情况进行检查，漏点无法查找，返工造成的成本损失很大；若是在投料之后发生泄漏问题，损失更是无法估计，严重的甚至会造成安全事故。山东省某三聚甲醛装置使用的夹套管即为内管焊缝隐蔽型夹套管。

内管焊缝隐蔽型夹套管的主要组成部件有内管、外管、内管管件、外管管件（剖切两半弯头、三通、异径管，以及调整段剖切管、夹套法兰、夹套阀门）等。此外，还有内管外壁的导向板（主要用于保持内外管之间的间隙均匀），以及各段夹套管之间的跨接管。内管焊缝隐蔽型夹套管使用夹套法兰进行连接，跨接管之间的连接也是通过法兰进行连接。图1 为夹套管跨接管及夹套法兰示意图。

图1 夹套管跨接管及夹套法兰

2 夹套管施工工艺流程

夹套管需严格按照工艺流程顺序进行焊接及安装，保证夹套管的施工质量。其施工工艺流程具体如下：施工前准备→现场材料验收（明确内外管材料）→夹套内管下料及预制→导向板的设置及安装→安装外管的直管段（套管安装）→内管组对焊接→内管焊缝质量检验→内管压力试验及吹扫→外管剖切管件及剖切管的制作→外管管件、调整段、夹套法兰的组对、焊接及安装→跨接管的焊接及安装→外管焊缝质量检验→外管压力试验及吹扫。

3 三聚甲醛装置中夹套管的安装施工技术

3.1 施工前准备

施工前需熟悉施工图纸，尤其是夹套内管及外管的单线图，需结合在一起查看；根据现场情况和图纸，合理规划及安排管线的预制段、固定口等，做好对导向板安装位置的规划等；明确设计、质量和技术要求，以及施工应注意的事项；做好施工人员准备，施焊焊工需进行现场考试，合格后才能进行施焊作业，同时做好施工机具（焊机、打磨机、切割机等）、焊材等准备；准备好施工方案，对现场施工人员（尤其是管工及焊工）做好安全及技术交底工作。

3.2 现场材料验收

对现场材料进行检测，尤其内管材料必须做好复测工作。内管材料必须做好材料标识，下料后的材料也必须做好标记移植，内管与其他工艺管道的材料最好分开堆放。夹套内管涉及隐蔽工程，为保证安装质量，在使用材料之前需做好材料的验收工作。

3.3 夹套内管的焊接及安装

3.3.1 夹套内管的预制

对照设计图纸，正确使用对应的材料，根据规划对内管进行预制。夹套管的直管段连接采用法兰连接方式，内管直管段严禁使用拼接方式连接。在外管安装之前，内管焊缝需处于可见状态。

由于夹套管的安装较为复杂，内管预制时需考虑外管的焊接及安装，施工现场外管的管件均采用对半剖切管件。所以内管预制时，在管件及法兰处需预留调整段，便于对内管焊缝的质量检验，根据不同内管管径预留100～150mm。在预制前，还需要考虑夹套管支吊架的安装位置、安装坡度及跨接管开孔位置等。

3.3.2 导向板的设置及安装

在工艺管（内管）与夹套外管之间需增加导向板，其大小及厚度根据内外管管径而定，一般大小为30mm×30mm～50mm×50mm，厚度为3～6mm，导向板与弯头之间的距离应≥600mm。

导向板为扁钢，材质与内管材质一致，导向板与外管间距为1.0～2.0mm，安装时需与管道轴向平行，保证不影响外管流体的流动性，安装示意图如图2 所示。每处导向板由3 块组成，而每处导向板之间的间距如表1 所示。

图2 导向板示意图

表1 导向板之间的间距

导向板设置与安装时，会因内、外管热胀冷缩的不同而导致管道之间不同的破坏程度。内外管热胀冷缩差值主要是由内管介质与夹套管热载体（或冷载体）温度差、管径大小及管道的长度决定。所以需要对导向板位置的设置及安装精度进行现场管控，保证安装导向板之后与外管内壁的间隙符合设计要求，避免因热胀冷缩使得导向板与管道之间发生碰撞而导致管道破坏[4-5]。

3.3.3 夹套内管的焊接

在导向板安装合格之后，对外管的直管段（套管）进行安装。直管段下料时需保证夹套管外管预留一定空间作为外管剖切管的调整段，当内管管径＜DN150时，调整段预留100mm；当内管管径≥DN150 时，调整段预留150mm。外管的直管段安装之后不能影响内管焊缝的无损检测和压力试验。

夹套内管（即工艺介质管道）需根据现场实际情况，在外管直管段安装之后，完成组对、焊接及安装，常采用夹套法兰与管件或直管段进行焊接。

3.3.4 夹套内管焊缝的质量检验

内管焊缝焊接完成之后，先对焊缝的外观质量进行检验，焊缝表面不得有熔渣、咬边、裂纹、凹陷、气孔、弧坑、飞溅及未熔合等缺陷。同时，严格按照设计文件对内管的管材、管件及焊缝等的材质进行光谱检测。检测合格后，再对焊缝进行无损检测。

在三聚甲醛装置中，夹套内管介质为三聚甲醛和甲醛，采用100%的RT 探伤对内管焊缝进行无损检测。

3.3.5 夹套内管的压力试验

夹套内管的焊缝质量经无损检测合格后，按照设计图纸对现场施工管道进行实体检查。合格后还要对现场夹套内管进行压力试验，试验介质及试验压力按照设计文件要求执行，一般采用洁净水作为试验介质，试验压力一般为设计压力的1.5 倍。

3.4 夹套外管的焊接及安装

3.4.1 夹套外管的制作

工艺管道的弯头采用长半径（R=1.5D）标准弯头，夹套管的弯头采用短半径（R=1D）的剖切弯头，详细数据如表2 所示。本项目现场使用的夹套外管管件均为成品两半纵剖切管件（弯头、三通等），因夹套内管均为不锈钢管道，为保证内管不发生电化学腐蚀，夹套外管均采用304 不锈钢材料。

表2 夹套内外管弯头弯曲半径数据表

现场夹套外管的制作主要是针对调整段的剖切管，根据现场实际情况，采用与外管直管段等规格的短管对调整段进行下料及剖切，此项工作需结合剖切管件的安装进行。

3.4.2 夹套外管管件的焊接

在内管完成试压之后，按照设计图纸恢复工艺管的安装，然后对夹套外管的剖切管件进行组对焊接。图3 为现场剖切弯头的组对。剖切管件的焊接除了环形焊缝，还有直焊缝和弯头处扇形焊缝，所以在组对时要综合考虑所有焊缝的外观质量，不能造成内外余高过高。

图3 现场剖切弯头组对

3.4.3 夹套外管法兰的焊接

夹套管使用夹套专用法兰。与一般法兰相比，夹套法兰较大，外管直接焊接在法兰盘背面，采用管板焊接工艺进行焊接。

3.4.4 支管连接

夹套管线上接支管时，工艺内管采用三通或支管台连接，套管采用支管焊接，主管的夹套外管采用剖切管。夹套外管为热水载体时，主管的夹套管上开孔要与支管的工艺管大小一致，并且主管的夹套管与支管的工艺管焊接，主管和支管的夹套介质互不相通；夹套外管为蒸汽或者导热油载体时，主管的夹套管上开孔与支管的夹套管大小一致，主管和支管的夹套空间相互连通。

3.4.5 夹套外管跨接管的安装

夹套管通过法兰连接，所以夹套外管在夹套法兰两侧需采用跨接管进行连接。夹套管的进出管及跨接管的管径如表3 所示。

表3 夹套管的进出管及跨接管的管径数据表 （NPS）

夹套外管上小于1～1/ 2NPS 的跨接管采用煨弯，1～1/ 2NPS 的跨接管采用标准弯头。管线为垂直段时，只需要一个跨接管，跨接管可以在任意方位；管线为水平段时，其跨接管的连接方式根据载体介质及管径决定，如图4、图5 所示。

图4 热水夹套管水平段跨接管连接方式

图5 蒸汽夹套管水平段跨接管连接方式

3.4.6 夹套外管焊缝的质量检验

所有外管焊缝焊接完成之后，对焊缝的外观质量进行检验，焊缝表面不得有熔渣、咬边、裂纹、凹陷、气孔、弧坑、飞溅及未熔合等缺陷，热水及蒸汽夹套外管需分别进行5%PT、10%PT 无损检测。

3.4.7 夹套外管的压力试验及吹扫

夹套管安装合格后，对现场夹套外管先进行吹扫，将管内碎屑、杂物等吹扫干净后再对夹套外管进行压力试验。外管进行压力试验时，为保证夹套内管在隐蔽之后无法查看，在外管进行压力试验的同时，内管单独再进行一次压力试验。其中外管的试验压力为外管介质设计压力的1.5 倍，内管的试验压力为外管介质设计压力。

压力试验合格后，还要对内外管进行空气吹扫。

4 夹套管安装施工过程的技术要求

（1）导向板的焊接需采用小电流、快速焊接的工艺。常使用低电流的氩弧焊，过程中需防止内管损伤，所以在焊接导向板完成之后要用PT 检测对焊缝进行无损检测。

（2）对于蒸汽夹套管，从蒸汽分配台至夹套管入口处的空管（无效伴热段）长度不能超过6m（特殊情况下不超过10m），夹套管出口处到凝液收集台的空管长度要尽可能短。

（3）夹套管热载体（冷载体）流向与工艺管线内介质流向尽可能相反，其中蒸汽夹套管的蒸汽从最高点进入，凝液应在最低点导出经疏水器后排出；热水夹套管热水从最低点进入，最高点导出。

（4）夹套管（或跨接管）的进水口、出水口与法兰之间的距离要求最小，需控制在50～70mm 内，避免死区。

5 结论

（1）夹套管施工需严格按照工艺要求执行，采用上述控制方法，避免出现不必要的返工，提高施工效率；

（2）通过夹套管施工安装技术在三聚甲醛装置现场的实际应用情况来看，现场焊接及安装的夹套管符合设计要求，目前夹套管系统运行情况良好。