CN1121266C - 改进型海上漂浮结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摆动角_i不大于10°的漂浮结构。所述结构承载具有交叉波纹状填料的常压蒸馏塔。至少一组波纹带(4A)的波纹结构设成使_d/_i＜0.6，其中，_d是所述单元的各对相邻的波纹带在其母面以角_i倾斜时使液体散开的锥形的轴线(18)的偏离角。本发明可用于在采油装置上以常压蒸馏生产氧。

Description

改进型海上漂浮结构

本发明涉及诸如采油平台或驳船这样的海上漂浮结构，摆动角 i的预定值 i₀ 一般最多在大约5度到10度之间。

众所周知，为了在上升的气体与下降的液体之间进行物质和热交换，在某些蒸馏塔里使用交叉波纹状填料代替了蒸馏塔板。此种交叉波纹状填料包含叠加的多个段。各段均由一组多个安排于垂直的母面上的一条紧靠另一条的波纹带形成。波纹都是倾斜的并且从一带到相邻的带沿相反方向下降。

为了让液体穿过，各波纹带一般都有很密的小孔，这种孔约占10％。

GB-A-1,004,046和CA-A-1,095,827对这种交叉波纹状填料作了说明。

交叉波纹状填料一般用扁平轧材，即带状金属板制造。这些金属带首先折叠(或弯曲)成波纹状金属板的带，波纹与带的轴线相对说来是倾斜的。然后，把折叠好的带切割成长条并堆叠起来，每隔一带翻转方向。如此而获得的填料段通常叫做“单元”。

WO-A-90/10497说明了与上述交叉波纹状填料类似的一种填料，但穿孔不一样。这里使用的“交叉波纹状填料”一语也包括这种填料及任何类似的填料。

海上采油平台生产残余气。由于经济及环境的原因，越来越有必要对这种气加以有益使用。有一种方法便是将其变为更重的碳氢化合物，成为液体形式从而更便于运输，使用了费歇尔—托伯氏方法，这一方法消耗大量的氧。

因此，要求能在这种漂浮结构上安装有交叉波纹状填料的蒸馏塔，但这样做也遇到了严重的问题。

这是因为在交叉波纹状填料里这些顺序的单元是从一个单元到下一个单元围绕塔的轴线旋转过某一角度，一般为90度，从而促使液体在塔的整个横截面上周期性地重新分布。

结果，在任何时刻至少都有某些单元的波状带与倾斜平面形成小于45度的角。因此，对于这些带说来，这种倾斜度 i在其母面内有一个分量，会促使下降的液体偏移。因而液体趋向于流到蒸馏塔的外壳，再沿此外壳下流，在蒸馏中不起作用。塔的蒸馏效率从而下降。

本发明的目的在于提供一种承载具有交叉波纹状填料的蒸馏塔的海上漂浮结构，该结构能在由于主导风引起的波浪形成可能典型为5度到10度之间的摆动幅度的情况下满意地运行。因此，最主要的特点是分布于蒸馏塔顶部的液体应该不管上述倾斜度如何而能或多或少均匀地湿润塔的整个横截面上的填料。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种采油平台或驳船这样的海上漂浮结构，摆动角 i的预定值 i₀ 一般最多在大约5度到10度之间，其特征在于所述的漂浮结构承载了一个至少在其长度的一部分装有交叉波纹状填料的蒸馏塔，所述的填料包含叠加的多个填料单元，各填料单元都包含一组垂直的波纹状带，波纹状带的波纹交替地向相反方向倾斜，至少一段填料单元的带的波纹构形设成使得对于这一段中每对相邻的带来说，当这两条带在其母面内倾斜所述角 i时，从这两条带的上边沿的任一点测量，在这一边沿的所述点的垂直线的各边，这两条带的平均波纹侧边的最大坡度的中线，限定一个扁锥形，其轴线与所述垂线形成角 d，使两角之比( d/ i)为小于0.6，最好小于0.5。

如此限定的海上漂浮结构，可以具有以下特征的一个或数个：

从正面看时，波纹的平均开角γ和所述层的各条带产生波纹的母点的倾斜角δ满足下列关系式： $1-2\sin 2{\mathrm{\&delta;}\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\frac{{B-\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}{2B\sqrt{B-A^2}}<0.6,$ 优选地＜0.5，式中， $A=1-{\cos }^2\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;{\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}$ $B=A(1+{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2})-{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2};$ γ＝40°，而δ在大约30°和大约60°之间，最好在大约40°和大约60°之间；

γ＝50°，而δ在大约40°和大约60°之间，最好在大约50°和大约60°之间；

γ＝60°，而δ在大约40°和大约60°之间，最好在大约50°和大约60°之间；

γ＝70°，而δ在大约50°和大约60°之间，最好接近60°；

γ＝80°，而δ＝60°(大致)；

所述塔为双常压蒸馏塔。

现在参照附图说明本发明的实施例，附图中：

图1是根据本发明的海上漂浮结构的示意图，部分以轴向断面图示出；

图2和图3分别为沿图1的II-II线和III-III线切开的断面图；

图4是一段交叉波纹状填料的部分透视图；

图5显示的是从正面看的所述的波纹状填料带；

图6显示的是图5的交叉波纹状填料带沿VI-VI线切开后的断面上的波纹形状；

图7显示的是低温液体在波纹状带上流动的情况，所述带处于非倾斜位置；

图8显示的是波纹状带在其母面倾斜时液体流动的情况。

图1示意地显示安装于锚定在海床上的驳船或采油平台2的常压蒸馏塔。此驳船在波浪的影响下沿双箭头F所示的瞬时摆动方向上摆动并保持于图的平面内。与蒸馏塔的轴线X-X的垂直线形成的倾斜角 i的最大预定值 i₀ 可能达到至少等于5°、通常在大约5°和10°之间。蒸馏塔在这一范围的摆动情况下必须能满意地进行蒸馏。

图1到图4示意地显示蒸馏塔1上部的内部结构。这个上部包括叠加的多个交叉波纹状填料单元或段3，各单元具有占据蒸馏塔的整个横断面的圆饼形。

每个单元3(图2到图4)都包含一组具有斜波纹5的波纹带4，这些带可能在其整个表面穿孔。各带4有一个垂直的母面，所有带的高度H都相同，波纹从一条带到下一条带在两个方向上交替倾斜。因此，相邻带的波纹在许多相交点上接触。

单元3有两类：单元3A(图2)，其波纹带4A的方向平行于摆动的优势方向F，也就是说平行于图1的平面；单元3B(图3)，单元3B的波纹带4B的方向与波纹带4A成直角。各单元例如由焊接于蒸馏塔外壳7的圆截面件6支承。

所有单元3都有相同数量的波纹带4，如图1所示单元3B与单元3A相间。当然，可以在蒸馏塔的整个长度内重复，当像本实例那样，蒸馏塔是双常压蒸馏塔时，即在低压蒸馏塔和中压蒸馏塔的整个长度内重复。

在使用中，沿塔下降的液体，被分布器8在塔的顶部分布于其整个横截面，流过顺序的单元。圆截面件6以及单元3A和3B的交替方向使所述液体能以一定间隔在蒸馏塔的整个横截面上重新分布。

当蒸馏塔的轴线以角 i倾斜时，液体在单元3B内的分布实际上不受影响，因为波纹带4B与方向F成直角，有效地防止液体沿倾斜方向偏转。

与此形成对照，在单元3A内，在波纹条4A平面内的倾斜角 i趋向于使液体偏向于其垂直边，因而破坏液体分布穿过这些单元的均匀性，妨碍蒸馏性能。现在参照图5至图8详细说明这种现象。

在横断面上(图6)各个波纹5总的呈三角形，具有对称于垂直方向D和在波峰有倒圆的部分10的直的侧边9。使用点划线描绘把顺序的波峰连接起来的平均波纹侧边11。所述波纹为被平行于方向D测量的总高度 h、平均侧边11顶部的张角γ和倒圆的部分10的半径 r所限定。

从正面看(图5)，每条带都是长方形，其波纹5以与水平线(即带的上边12和下边13)构成的δ角倾斜。

波纹带4用适当的工具以角度δ折叠或冲压或折叠加冲压的原料平金属板制成，可能加以穿孔。

在图5和图6的实例中，γ＝60°，δ＝45°；在图7和图8的实例中也是这样。

蒸馏塔1的轴线X-X处于铅垂位置( i＝0)时，波纹带4A的边12和13是水平的(如图7所示)。到达某波纹带的上边12的任一点A的液体沿其一边为边12和边13上点A的铅垂线14，其另一边为所述波纹带的最大坡度的中线15所限定的扁平半锥形内的带的两面流动。

“最大坡度的中线”一语应理解为指的是一方面为连续的平滑波纹侧边9的最大坡度线，另一方面为液体流过倒圆的部分10时的短的基本上垂直的部分所限定的虚线表示的中线。

关于交叉波纹状结构，到达单元的A点的液体在为线15和位于处在铅垂位置的法线14对侧的对称线17限定的扁锥形16之内散开。在波纹带平面内的锥顶半角以α表示。在γ＝60°和δ＝45°的情形下，角α的值接近于30°。

当波纹带4A以角度 i在其平面(图8)内倾斜时，可以看到液体在其内散开的锥形的轴线18以称作液体偏离角的角度 d相对于直线14向铅垂线偏离，角度 d小于角 i。此外，还可以看到，锥顶半角15基本保持不变，等于前面说到的值α。

因此，在考虑的实例中，近似地 i＝10°， d＝5°，在 i≤10°时， d和 i基本上成正比例。

已经看到，在下列条件同时得到满足时， i大致在0≤ i≤10°的范围内，蒸馏塔的蒸馏性能仍然惊人地令人满意，这些条件是：

(1)    40°≤γ≤80°

(2)    30°≤δ≤60°

(3)    d/ i＜0.6

很方便地，使用下面的关系式可以确定满足关系式(3)的角γ和δ的多对值：

(4) $1-2\sin 2\mathrm{\&delta;}{\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\frac{B-{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}{2B\sqrt{B-A^2}}<0.6,$ 优选地，＜0.5，式中， $A=1-{\cos }^2\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;{\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}$ $B=A(1+{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2})-{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}$

因此可以确定以下各对导致满意结果的值。在下表中，格子内显示的是用上面的关系式(4)计算出的 d/ i的比值。

可以明白，如果单元3A的蒸馏性能，即其在沿F方向倾斜的位置抗器壁效应的性能，是令人满意的，那么根据推理那些其中波纹带与摆动平面形成小于90度正角的单元的蒸馏性能也是令人满意的。因此蒸馏塔1可以用任何要求的方式围绕其X-X轴线定向。

当然，在前述关系式正确时，蒸馏塔的性能就会是令人满意的，不管漂浮结构是否有优势的摆动方向。

Claims (14)

1.一种采油平台或驳船这样的海上漂浮结构，摆动角 i的预定值 i。在5度到10度之间，其特征在于所述的漂浮结构承载了一个至少在其长度的一部分装备了有交叉波纹状填料(3)的蒸馏塔(1)，所述的填料包含叠加的多个填料单元(3A、3B)，各填料单元都包含一组垂直的波纹状带(4A、4B)，波纹状带的波纹(5)交替地向相反方向倾斜，至少一段填料单元(3A)的带(4A)的波纹构形设成使得对于这一段中每对相邻的带(4A)来说，当这两条带在其母面内倾斜所述角 i时，从速两条带的上边沿(12)的任一点(A)测量，在这一边沿的所述点的垂直线(14)的各边，这两条带的平均波纹侧边(1)的最大坡度的中线(15、17)，限定一个扁锥形，其轴线(18)与所述垂线(14)形成角( d)，使两角之比( d/ i)为小于0.6。

2.根据权利要求1的海上漂浮结构，其特征在于，所述的两角之比( d/ i)为小于0.5。

3.根据权利要求1的海上漂浮结构，其特征在于，从正面看时，波纹的平均开角γ和所述层的的各条带产生波纹的母点的倾斜角δ满足，以下列关系式： $1-2\sin 2\mathrm{\&delta;}{\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\frac{B-{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}{2B\sqrt{B-A^2}}<0.6,$ 式中， $A=1-{\cos }^2\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;{\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}$ $B=A(1+{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2})-{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}.$

4.根据权利要求3的海上漂浮结构，其特征，所述的关系式： $1-2\sin 2\mathrm{\&delta;}{\cos }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\frac{B-{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}{2B\sqrt{B-A^2}}<0.5.$

5.根据权利要求1-4中任一项的海上漂浮结构，其特征在于，γ＝40°，而δ在30°和60°之间。

6.根据权利要求5的海上漂浮结构，其特征在于，所述的角δ在40°和60°之间。

7.根据权利要求1-4中任一项的海上漂浮结构，其特征在于，γ＝50°，而δ在40°和60°之间。

8.根据权利要求7的海上漂浮结构，其特征在于，所述的角δ在50°和60°之间。

9.根据权利要求1-4中任一项的海上漂浮结构，其特征在于，γ＝60°，而δ在40°和60°之间。

10.根据权利要求9的海上漂浮结构，其特征在于，所述的角δ在50°和大约60°之间。

11.根据权利要求1-4中任一项的海上漂浮结构，其特征在于，γ＝70°，而δ在50°和60°之间。

12.根据权利要求11的海上漂浮结构，其特征在于，所述的角为60°。

13.根据权利要求1-4中任一项的海上漂浮结构，其特征在于，γ＝80°，而δ＝60°；

14.根据权利要求1到4中任一项的海上漂浮结构，其特征在于，所述蒸馏塔(1)为双常压蒸馏塔。

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