引言

硫磺回收装置中蒸汽夹套管道的设计。由于硫磺具有这样的物理特性，为避免液硫管道温度过低，从而凝固导致堵塞，又要避免温度过高液态硫磺的粘度过大，造成流动性差；同时避免过程气处理过程中有单质硫结晶，硫磺回收装置中的液硫管道及过程气管道常规都采用夹套伴热的方式，伴热介质使用蒸汽，也有部分企业采用电伴热形式。

1 夹套管的管道设计

1.1 夹套管内管、外管的材料选择

夹套内、外套管都选用无缝钢管。液体硫磺的凝固点大于100℃时，输送液硫的管道的夹套管内管采用焊缝隐蔽型，相应管道上的阀门、法兰、过滤器等采用夹套型。而硫磺回收装置酸性炉出来的过程气，含有硫化氢、硫化物、一氧化碳等有毒气体，温度在160℃，进入反应器的关系较短，热损失较低，单质硫不会结晶出来；另外过程气的管径较大，温度较高，管系应力较大，采用外露型焊缝，管道热补偿方便，因此过程气夹套伴热管应采用内管焊缝外露型，外露型有施工便捷的特点。

1.2 夹套管管道布置特点

为保证液流的流动畅通，液流夹套管的布置应选用步步高或步步低，且不应出现U形湾，，防止有低点出现，尽量消除流道死端。一旦液硫聚积很容易就会堵塞管道，影响液硫的运输。

1.3 夹套伴热管的长度

根据我自身在多个硫磺项目中的经验，像北方的辽化项目，淄博鑫泰项目，南方的江苏金路项目，装置开车我多次深入车间与一线与操作人员深入沟通交流，设计院和现场运维人员有以下共识，即从长期运行的角度来说，硫磺回收伴热管的长度宜设置在30-50米为宜，可以在工程效果和经济性直接达成基本平衡，间隔超出此长度需重新设置伴热管。

1.4 夹套管的长度和跨接管

过程气经两级常规Claus催化反应后，出来的液流温度会冷却在150℃左右进入硫池，外面夹套蒸汽的温度在148℃左右，其温差在50℃范围内，因此按照规范SH/T-3040-2012中的要求设置每节夹套管长度不超过6m为宜。

套管之间的连接的水平跨接管，考虑到气在上，水在下的情况，跨接管应从主管的底部进出，跨越管采用法兰连接，能便于拆卸，同时跨接管与夹套管和法兰面考虑100mm的间距，避免积液和堵塞。

1.5 夹套管的应力计算

在管道应力分析中，夹套管属于一个特例问题，夹套管与内管的介质不同，温度不同，所以夹套管与内管的热膨胀量是不一样。在内管的弯头处可能因为膨胀量以及安装误差导致内管弯头与外观弯头碰撞出现。

消除应力的方式最好是自然补偿，但是液流管道要求管系短，使用柔性补偿的方式容易导致液流管道过长，温度损失较大，液流凝固管段堵塞。

因此对于Claus制硫磺的情况，一二转反应器同一二级冷凝冷却器的管嘴直连，过程气的管道上一般采用膨胀节的方式吸收位移；对于其他液硫管道采用步步高和步步低的方式，保证管系短，同时设计中采用了不分节的夹套管伴热,内管焊缝隐蔽形式,管系考虑富有柔性，这样管系整体应力在可接受范围内，满足要求。

1.6 夹套管的管件要求

1.6.1 弯头

根据规范SH/T3040-2012的选用要求，夹套管弯头的选用与弯头的曲率半径有关，当弯头的曲率半径小于或者等于长半径弯头的曲率半径时，弯头的曲率半径按规范中表7.2.3-1选用。当弯头曲率半径等于或者大于3DN时，套管弯头的曲率半径宜与内管的曲率半径应该相等(示意见下图1)。弯头曲率半径应按规范中表7.2.3-2选用。

图1 曲率半径相等

1.6.2 夹套异径管

夹套管变径应用标准的异径管。内管的异径管与套管的异径管的焊缝位置要错开布置，避免焊缝的检测重合。

1.6.3四通

硫磺里面的特殊管件-四通，四通的目的用于改变管道走向和接出分支，替代弯头和三通，剩余分支口用法兰和盲法兰封堵，便于管道堵塞后的疏通，四通的形式有横切和纵切两种，现场施工根据实际情况选择。

1.6.4夹套法兰

工程中常用的夹套法兰主要有内管承插焊外管对焊法兰和内管对焊外管平焊法兰两种形式。夹套法兰密封面一般使用RF面，根据蒸汽是否能直接从法兰通过，夹套法兰又分为带蒸汽孔和不带蒸汽孔两种类型。

图2 夹套法兰示意图

2 结语

硫磺回收装置蒸汽夹套管设计是关键性节点,在实际运行的硫磺回收装置中，硫磺的堵塞是长周期运行的痛点。夹套管道的设计是硫磺回收装置是否堵塞的关键性因素，所以在夹套管设计过程中，我们要尽量做到管系短、弯头少、规划路由短、长度设置合理、蒸汽和疏水点设置合理等措施，避免硫磺回收装置的堵塞问题，提高装置的运行效率和长期运行的安全性。

参考文献：

[1]SH/T3040-2012石油化工管道伴管和夹套管设计规范,中国石化出版社,2012.11.07.

[2]张德姜．石油化工装置工艺管道安装设计手册(第五版)［Ｍ］.北京：中国石化出版社，2014.04.01．

[3]刑军,刘凤臣.浅谈硫磺回收装置中蒸汽夹套管的应用［Ｊ］.化工设计，2005,15(2):26.