CN1046425C - 带翼浮阀塔板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮阀板式塔内件。由浮阀单体和塔板组成，浮阀为带向下翻边双翼的长条形阀体结构，塔板上开有平直长条形阀孔和/或文丘里型长条形阀孔，浮阀置于阀孔中并与塔板挂接，浮阀在阀孔中升降自如。与已有技术相比，本发明的塔板效率很高，并有较大的操作弹性和处理能力；压降较低，雾沫夹带和泄漏量小；浮阀与阀孔无锐边接触，无磨损，浮阀不易脱落。适用于超大型常、加压体系的精馏、吸收和汽提塔设备中。

Description

带翼浮阀塔板

本发明涉及一种主要用于石油和化学加工工业精馏塔中的浮阀和塔板。

随着世界范围内的石油和化学加工工业生产的飞速发展和能源的危机，设备大型化和现有设备消除瓶颈、挖潜改造成为当今石化工业提高经济效益的重要策略，作为应用数量最多、涉及面最广的精馏塔设备则成为当前石化企业消除瓶颈、挖潜改造的重点，其每一细微的技术进步都将可能产生巨大的经济效益和社会效益，因此综合性能优良的新型塔内件开发和工业应用是一个极为活跃的领域。

浮阀类塔板以其大的操作弹性，高效率和大处理能力等鲜明优点，成为当今最重要的板式塔内件之一。现已有近数十种不同结构的浮阀塔板技术提出。通过工业应用实践表明，无论是现有长条形浮阀的结构，例如导向浮阀塔板(专利号为ZL91215110.2),HTV船形浮阀塔板，梯形浮阀塔板(如专利号为ZL92208360.6)等，还是现有圆形浮阀塔板，如F-1型浮阀塔板，Hy-Contact浮阀塔板，Norton浮阀塔板，Koch T型浮阀塔板等，在某些方面可能表现出极为优良的性能，但也不同程度地反映出了一些性能和结构上的缺陷和不足。

现有浮阀塔板中：

园形类浮阀塔板由于其固有的机械结构和汽液接触方式，具有以下特征：塔板的机械强度较高，浮阀结构简单，但在长期操作中，阀体易于旋转，引起限位部件磨损，阀体容易脱落；塔板上的液面梯度较大，使汽体在液体流动方向上分布不均匀，在塔板入口端容易产生过量泄漏，或者在出口端导致汽体喷射；另外从圆形阀孔中出来的汽体流向四面八方，使塔板上的液体返混程度较大，塔板的滞流区(弓形区)返混严重，影响塔板的传质效率。

长条型类塔板，由于其固有的机械结构和汽液接触方式，具有以下特征：浮阀在阀孔中不会旋转，避免了阀体的磨损、脱落；可以排出较圆阀更大的开孔率，从而提高处理能力；但是条形类塔板的一个最大的问题是开孔率增大后塔板的机械强度问题(长条形阀孔的4个锐角会形成严重的应力集中)，易引起塔板的机械损坏，本专利权人持有的专利号为ZL96246311.6、名称为“具有改正型阀孔结构的浮阀塔板”，采用了弧角长孔或带圆弧导角的长条形文丘里阀孔，初步解决了塔板机械损坏的问题。

浮阀顺液流排列的长条形类塔板，返混小于圆形类浮阀塔板；但对板的滞流区(弓形区)的返混无太大改进。采用T型排列的浮阀塔板，如Montz KSG浮阀塔板的排列方式，尽管增加了汽液湍动程度，强化了传质，但部分浮阀的逆流方向的吹气方式增加了塔板上的返混，在一定程度上降低了塔板效率。

所有的浮阀塔板上由于板面凸起的浮阀元件，会增加塔板上液流的阻力，引起塔板上产生较开孔类塔板(如筛孔塔板)更大的液面梯度，尤其是对大型和超大型塔设备会引起较多的操作问题。Montz KSG塔板和导向浮阀塔板均在阀体上部开有导向孔，据称增加了气体水平方向的动量，是一种改善塔板上液面梯度的优良构思。但由于气体流动和塔板上的浮阀元件对液体流动产生很大的阻力，阀体未全开前，导向孔气速较低，导向作用可能不是很大，在浮阀全开后，此时浮阀已升到最高位置，导向作用可能并不非常明显，反而有使气体短路之嫌。单纯阀体上的导向孔并不能完全消除液面梯度。

圆形类和长条形类浮阀塔板在性能和结构在都有各自的优点和不足。通过工业实践已证明，条型结构的浮阀塔板操作性能较圆形浮阀塔板略为优越。

要提高塔板的汽相和液相处理能力、传质效率和操作弹性，最重要的是降低雾沫夹带，泄漏和塔板压降，降低塔板上液体返混的程度。在这方面，目前的所有类别的浮阀塔板的雾沫夹带、泄漏和压降问题并未达到理想的水平。这需要使塔板上的汽液接触、分散尽可能地均匀，减少液体返混的机会，改善汽液接触的入射角度，减小低汽速时阀体的振动等。

现有各类浮阀塔板的板效率相差不大，甚至在最适宜的操作范围内，各类专利浮阀塔板与最简单的非专利性筛孔塔板相当。其主要原因是现有塔板结构决定了塔板上人为提供的汽、液相接触面积远不如填料那么大，因此，如何借鉴填料的优点，对塔板进行填料化是提高塔板效率的方向。

本发明的目的在于在原有技术的基础上，综合各类浮阀塔板的优、缺点，并吸收填料塔板的长处，提供一种新型、高效、具有带翼结构的浮阀塔板(Super Eagle Tray)。

本发明是这样实现的，本发明的浮阀塔板(Super Eagle Tray)由浮阀和塔板组成，塔板上开有带圆弧导角的长条形平直阀孔和/或带圆弧导角的长条形文丘里型孔，浮阀安装在塔板的阀孔中，阀孔排列方式采用顺排或错排，其特征在于浮阀由阀体、阀翼、阀腿组成，阀翼位于浮阀的阀体上端沿长度方向的两侧，阀翼为带有“∩”形向下的翻边结构，阀体的两边和阀翼的两边为直边或冲压成齿状结构。通过在浮阀上设置阀翼，可以提高塔板上的汽液分散和相界面积，使汽液在浮阀阀体上部接触，减少“死区”，汽液接触更为均匀、汽液分散更加充分，有利于提高传质效率；可以阻挡汽液的直接喷射，减少喷射造成雾沫夹带；降低液面梯度，减少塔板入口泄漏；降低塔板上由阀缝气速向空塔气速过渡区间高度，降低塔板间距或提高处理能力；增大液层压降，降低塔板机械结构阻力；提高效率和降低能耗。

本发明与已有技术相比，其优点在于：

1．本发明结构可靠，塔板机械强度提高，浮阀升降自如，浮阀与阀孔无明显磨损，浮阀不脱落，易于检修，操作平稳；

2．本发明与常规F1型浮阀塔板相比，塔板的雾沫夹带和泄漏约分别降低～10％和30％，气体上限处理能力提高～25％，大大降低了塔板上的液面落差改善了塔板弓形区的液体返混，全开后的塔板压降大幅度降低，提高了降液管的液相处理能力～20％，操作弹性范围大，实际塔板效率提高15～20％；

3．由于特殊的阀体结构，本发明的可适用于中等的结焦体系，广泛适用于各类常压和加压下的汽液传质操作，特别适用于大型和超大型塔设备。

附图说明：

图1为使用本发明浮阀塔板的分馏塔结构示意图

图2为阀孔排列方式图

图3为本发明浮阀立体示意图

图4为本发明阀孔示意图

   a为平直形阀孔    b为文丘里型阀孔

图5为浮阀塔板操作示意图

   a为浮阀处于全关状态    b为浮阀处于全开状态

图6的a-1为浮阀的各种齿边形状图

图7为浮阀与塔板安装示意图

   a为弯阀脚趾    b为弯阀脚脖

图8为本发明与已有技术的干板压降对比图

图号：

1-浮阀                  101-阀体       102-阀翼        103-阀翼翻边

104-阀体齿边            105-阀翼内齿边 106-阀翼外齿边

107-阀翼中间支撑        108-阀翼端支撑 109-初始支撑    110-阀腿

1101-阀腿弯边           111-阀脚       1111-阀脚脖     1112-阀脚趾

112-锥条                113-泪孔       114-阀翼剖面    2-塔板

21-阀孔                 211-长条形平直阀孔

212-带圆弧导角的长条形文丘里型阀孔

301-三角形齿边          302-内直矩形齿边               303-内直梯形齿边

304-内直三角齿边                       305-内弧外直角矩形齿边

306-内直外弧三角形齿边                 307-梯形齿边

308-内直外弧角矩形齿边                 309-内弧梯形齿边

310-弧角三角形齿边      311-弧角齿边矩形               312-弧角梯形齿边

4-分馏塔筒体            41-塔顶出口    42-回流口       43-降液管

431-降压板              432-支撑板     44-出料口       45-底座

46-裙座                 47-进料口      48-受液盘       49-人口

结合实施例说明附图：

图1为使用本发明浮阀塔板的分馏塔结构示意图，分馏塔是石化工业中应用最广泛和数量最大的重要单元设备，主要由分馏塔筒体4、塔顶出口41、回流口42、降液管43、出料口144、底座45、裙座46、进料口47、受液盘48和人孔49构成，每层塔板2的具体结构见图2，塔板2一侧为受液盘48，另一侧与降液管43连接，塔板2通过支撑板432固定在塔内。塔板2上有阀孔21。使用时，原料(如加热后的原油)由进料口47进入塔内，其中的汽相物料依次通过各层塔板2的阀孔21和其上的浮阀1，最后经塔顶出口41排出，冷却后得到轻馏分如汽油和柴油。塔顶馏出物经冷却后，部分液相物料从回流口42返回塔内，从最上层的塔板2和降液板431依次流入各层塔板及至塔底，最后从塔底出料口44排出。

本发明的浮阀塔板由浮阀1和塔板2组成，塔板2上开有带圆弧导角的长条形平直阀孔211和/或带圆弧导角的长条形文丘里型阀孔212(见图4)，文丘里型阀孔212可以具有向上或向下翻边，浮阀1安装在塔板2的阀孔21中，浮阀1长度方向顺液流，其特征在于浮阀1由阀体101、阀翼102和阀腿110组成(图3为本发明的浮阀1立体示意图，其中一边为阀翼102的剖面114)，阀翼102位于阀体101上端沿长度方向的两侧。阀体101和阀翼102中间有阀翼中间支撑107，两端有阀翼端支撑108，这样的结构可以增加浮阀101的机械强度。阀腿110位于阀体101沿长度方向的两端下部。

阀翼102带有“∩”形向下的翻边结构103，阀翼102的两边为直边或冲压成齿状结构，即阀翼内齿边105和阀翼外齿边106。通过在浮阀上设置阀翼，可以提高塔板上的汽液分散和相界面积，使汽液在浮阀1阀体上部接触，减少“死区”，汽液接触更为均匀、汽液分散更加充分，有利于提高传质效率；可以阻挡汽液的直接喷射，减少喷射造成的雾沫夹带；降低液面梯度，减少塔板入口泄漏；降低塔板上由阀缝气速向空塔过渡区间高度，降低塔板间距或提高处理能力；增大液层压降，降低塔板机械结构阻力；提高效率和降低能耗。

阀翼102选用不同边形，主要是针对不同操作物而言的，对清洁、不易结垢、结焦的物系采用齿边结构，这样可以增大汽液相间接触面积；而对肮脏、易结垢、结焦的物系采用直边结构，避免在操作中出现堵塞、淤积或结焦严重等情况。

阀体101为长条形阀体或椭圆形阀体或菱形阀体或梯形阀体或以上二种或二种以上形状的任意组合，阀体101略带拱形。沿阀体101长度方向的中心线上有一条带泪孔113的锥形条112，泪孔113具有防止操作时浮阀101积液的作用。阀体101的两个侧边和阀翼102有相近或相同的直边或冲压成齿状结构即阀体齿边104。

阀体101和阀翼102的齿边形状(见图6所示)可以是三角形齿边301或内直矩形齿边302或内直梯形齿边303或内直三角形齿边304或内弧外直角矩形齿边305或内直外弧三角形齿边306或梯形齿边307或内直外弧矩形齿边308或内弧梯形齿边309或弧角三角形齿边310或弧角矩形齿边311或弧角梯形齿边312或其中二种或二种以上齿边的任意组合。

阀腿110位于阀体101沿宽度方向的两端下部，阀腿110上有阀脚111，阀脚111上有阀腿脖1111和阀脚趾1112。为了适应阀孔21的弧度，阀腿110采用弧形弯边1101结构，图7示出了浮阀1在阀孔21中的安装方法。可采用直接弯曲“阀脚脖”1111或弯曲阀脚111的两个“脚趾”1112，使本实用新型的浮阀1与阀孔21挂接，两条阀腿110的高度是相等或一端高于另一端，较长的阀腿110安装在液体流动方向的上游，具有液流导向作用，可以防止返混；在靠近液体流动上游的阀腿110上开有一个初始支撑109，以维持浮阀1的初始开度，防止压力波动，阀体101两端的形状相同或一端的尺寸大另一端，小尺寸的一端为与液体流动方向的下游，也具有导向作用。

根据工艺条件不同，阀孔21的排列方式采用顺排或错排，阀孔21形状为矩形弧角孔或梯形圆弧孔或矩形圆弧孔或椭圆孔或梯形弧角孔或椭圆弧孔或菱形弧角孔或以上二种或二种以上孔的任意组合，以提高塔板2的机械性能、压降性能，减小液面落差，改善塔板2的入口泄漏，使能应用于超大型塔设备，阀孔21的四角采用圆弧导角，也可采用向上或向下翻边的文丘里型阀孔212(如图4所示)，或二者结合，由于该阀孔21形式减缓了的应力集中，塔板2的机械强度大为改善；采用文丘里型阀孔212也可增加阀孔21的机械强度，还能降低气体通过阀孔21的阻力系数，降低塔板的压降和泄漏量。

阀孔21处的塔板厚度为2～10mm，导角弧度的曲率半径为3～20mm。

浮阀1和阀孔21尺寸的配合，是浮阀塔板使用质量优劣的一个重要原因，浮阀1和阀孔21的长度为20～250mm，宽度为5～80mm，阀体101长度略长于阀孔21长度，阀腿110间距略小于阀孔21长度，阀体101的宽度大于阀孔21的宽度，阀腿110的投影宽度略小于阀孔21的宽度，阀腿109的高度为3～25mm。

通过浮阀1的操作过程描述本实用新型浮阀塔板结构的优点，图5示出了汽体通过阀孔21和浮阀1的操作示意图：在低气相负荷下，气体以气泡的形式通过塔板2及塔板2上的液层。浮阀1从全关过渡到全开的过程中，汽体首先克服阀孔21引起的磨擦阻力，然后需要克服浮阀1重量所引起的压降。由于本实用新型的浮阀塔板在该阶段压降值高，因而可提高浮阀1出口中的气速，增加阀孔21处的汽液湍动程度，提高低汽体负荷时的塔板效率，并降低泄漏。在高汽体负荷时，塔板2易形成喷射，使塔板2上的汽体分布不均匀，汽体从阀孔21汽理能力降低。由于本发明的浮阀塔板阀翼102的分散作用，使得气体通过浮阀1后，气速很快由阀孔气速降低到空塔气速，增加塔板的气相处理能力，同时增加了气体在液层中的压降，降低了通过塔板的干板压降，因而具有更大的降液管43处理能力。通过阀体101和阀翼102采用齿边，增加了汽液接触的润湿周边，使汽液更易分散，产生更大的相际界面，提高传质。

本发明提供的浮阀塔板，应用空气/水和空气、氧气/水体系进行了塔板流体力学试验和传质试验研究，并和通用的F-1型浮阀塔板压降进行了对比，图8示出了两种塔板典型的干板压降的对比结果，图中ΔPd为干板压降，Fs为空塔动能因数。▲▲▲为F-1型塔板的压降曲线，+++为本发明(Super EagleTray)塔板的压降曲线。由图8可以看出，在浮阀全开前，本发明Super Eagle浮阀塔板的压降略高于F-1型浮阀塔板，而在浮阀全开后，塔板压降随气速变化的斜率降低。在气速达到一定程度后压降低于F-1型浮阀塔板。前者是提高低负荷时塔板效率，降低泄漏的保证，而后者则是降低降液管液封高度，提高降液管液相处理能力的保证。

试验结果表明，带翼浮阀塔板(Super Eagle Tray)克服了圆阀阀体易于脱落和返混的缺点，比普通长条形类浮阀塔板提高了机械强度，安装简便，操作平稳。大大降低了塔板上的液面落差，改善了塔板入口泄漏的问题，同时，也降低了塔板弓形区的液体返混，全开后的塔板压降大幅度降低，从而提高降液管的液相处理能力，具有很大的操作弹性范围。本发明的带翼结构和齿边结构增大了汽液相间的接触面积，减少了“死区”，使得实际塔板效率大为提高。本浮阀塔板广泛适用于各类常压和加压下的汽液传质操作，特别是大型和超大型塔设备。

Claims (9)

1．一种带翼浮阀塔板，由浮阀和塔板组成，塔板上开有带园弧导角的长条形平直阀孔和/或带园弧导角的长条形文丘里阀孔，浮阀安装在塔板的阀孔中，浮阀长度方向顺液流，其特征在于浮阀(1)由阀体(101)、阀翼(102)、阀腿(110)组成，阀翼(102)位于浮阀(1)的阀体(101)上端沿长度方向两侧，阀翼(102)和阀体(101)中间有阀翼中间支撑(107)，两端有阀翼端支撑(108)，阀腿(110)位于阀体(101)沿长度方向两端下部，阀翼(102)带有“∩”形向下的翻边(103)结构，阀体(101)的两边和阀翼(102)的两边和为直边或冲压成齿状结构，即阀翼内齿边(105)和阀翼外齿边(106)。

2．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于阀体(101)略带拱形，阀体(101)的两边为直边或冲压成齿状结构，即阀体齿边(104)，沿阀体(101)长度方向的中心线上有一条带泪孔(113)的锥形条(112)。

3．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于阀腿(110)上有阀脚(111)，阀脚(111)上有阀腿脖(1111)和阀脚指(1112)，阀腿(110)为弧形弯边结构(1101)，即直接弯曲阀脚脖(1111)或弯曲阀脚(111)的两个脚指(1111)，两条阀腿(110)的高度相等或一端高于另一端，较长的阀腿(110)安装在液体流动的上游，在位于液体流动上游的阀腿(110)开有一个初始支撑(109)。

4．根据权利要求1或2或3所述的带翼浮阀塔板，其特征在于阀体(101)和阀翼(102)的各齿边形式为三角形齿边(301)、或内直矩形齿边(302)或内直梯形齿边(303)或内直三角形齿边(304)或内弧外直角矩形齿边(305)或内直外弧三角形齿边(306)或梯形齿边(307)或内直外弧矩形齿边(308)或内弧梯形齿边(309)或弧角三角形齿边(310)或弧角矩形齿边(311)或弧角梯形齿边(312)或其中二种或二种以上齿边的任意组合，阀体(101)的两个侧边与阀翼(102)有相近或相同的齿边。

5．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于阀体(101)为长条形或椭园形或菱形或梯形阀体或以上二种或二种以上形状的任意组合。

6．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于浮阀阀体(101)两端的形状相同或一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端为液体流动方向的下游。

7．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于阀孔(21)形状为矩形弧角孔或梯形园弧孔或矩形园弧孔或椭园孔或梯形弧角孔或椭园弧孔或菱形弧角孔或以上二种或二种以上孔的任意组合。

8．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于塔板(2)上阀孔(21)的排列方式采用顺排或错排方式，阀孔(21)处的塔板厚度为2～10mm，导角弧度的曲率半径为3～20mm。

9．根据权利要求1所述的带翼浮阀塔板，其特征在于浮阀阀体(1)和阀孔(21)的长度为20～250mm，宽度为5～80mm，浮阀阀体(1)长度略长于阀孔(21)长度，阀腿(109)间距略小于阀孔(21)长度，浮阀阀体(1)的宽度大于阀孔(21)的宽度，阀腿(109)的投影宽度略小于阀孔(21)的宽度，阀腿(109)的高度为7～25mm。

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