CN2351172Y - U型带翼浮阀塔板 - Google Patents

Abstract

一种用于石油和化学加工工业精馏塔中的“U”型带翼浮阀塔板,浮阀1由阀翼102、阀翼开孔104、阀翼齿边105、阀体泪孔106等组成,整个阀体与阀翼共同构成流线形圆滑过渡的“U”形结构,浮阀升降自如且不易脱落,浮阀与阀孔无明显磨损,塔板的雾沫夹带和泄漏量降低,气体上限处理能力提高,降低塔板上的液面落差,改善了塔板弓形区的液体返混,降液管的液相处理能力提高20%,操作弹性范围增大,实际塔板效率提高10%～20%。

Description

U型带翼浮阀塔板

本实用新型主要用于石油和化学加工工业精馏塔中的一种“U”型带翼浮阀塔板。

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，无论是现有的长条型类浮阀塔板，例如导向浮阀塔板(专利号：ZL91215110.2)、HTV船形浮阀塔板、梯形浮阀塔板(专利号：ZL92208360.6)等，还是现有的圆形类浮阀塔板，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其它一些性能和结构上的缺陷和不足。

从阀体机械结构或构型上划分，现有的浮阀塔板大体上可划分为圆形类浮阀塔板和长条型类浮阀塔板两大类，在实际操作中，这两类浮阀塔板分别存在如下问题：圆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；可以排出较圆孔更大的开孔率，从而提高了处理能力；但是条形类塔板在开孔率增大后塔板的机械强度会变差，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；而浮阀顺液流排列的长条形类浮阀塔板，返混小于圆形类浮阀塔板，但对塔板滞流区(弓形区)的返混无太大改进。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，但部分浮阀的逆液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。

由于浮阀塔板板面上凸起的浮阀元件会增加塔板上液流的阻力，所以浮阀塔板上的液面梯度较开孔类塔板(如筛孔塔板)更大，尤其是对大型和超大型塔设备，使得气体在液体流动方向上分布不均，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，这种结构在一定程度上增加了气体水平方向的动量，是一种改善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阻力较大，阀体未全开前，导向孔气速较低，导向作用并不非常明显，反而有使气体短路之嫌，所以单纯在阀体上开导向孔并不能很好地消除液面梯度。

目前所有类别的浮阀塔板在雾沫夹带、泄漏和压降综合性能上均未达到理想的水平，现有各类浮阀塔板的板效率比较接近，在最适宜的操作范围内甚至与非专利性筛孔塔板相当，但是与填料塔相比，浮阀塔板受塔板结构限制，所能提供的汽、液相接触面积远不如填料那样大。

本实用新型的目的在于提供一种提高塔板的汽相和液相处理能力，传质效率，操作弹性和操作灵活性，降低塔板的压降和液面梯度，减小返混，改善塔板滞流区的液体流动和汽液接触状况和传质性能，改善塔板机械强度和机械结构的操作灵活性，改善塔板的抗污、抗结垢、抗结焦等性能的U型带翼结构的浮阀塔板。

本实用新型是这样实现的，由浮阀1、塔板2组成，浮阀1安装在塔板2的阀孔21中并与塔板2挂接，浮阀1由阀体101、阀翼102、阀翼翻边103、阀翼开孔104、阀翼齿边105、阀体泪孔106、初始开度支撑107、阀腿108、阀脚109、阀腿开孔110、阀腿弯边110构成，阀体101呈凹型结构，阀翼102位于浮阀1的阀体101上端沿长度方向的两侧，阀翼102为阀体101沿径向的延伸，整个阀体101与阀翼102共同构成流线形圆滑过渡的“U”形结构，阀翼102带有“∩”形向下的翻边103，两边阀翼102上冲有阀翼开孔104(或向下张口的喷射缝)，阀翼102上有阀翼齿边105，阀体101上冲有初始支撑107，沿阀体101长度方向的中心线上开有泪孔106，阀腿108位于阀体101沿宽度方向两端下部，阀腿上有阀脚109，阀腿108上有阀腿弯边110。

阀体101可以是长条形、椭圆形、菱形、梯形，也可以是以上形状的任意组合，阀体101两端的形状相同，也可以一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液体流动方向的下游，浮阀阀体101和阀孔21的长度为50～300mm，宽度为10～100mm，阀体101长度略大于阀孔21长度，阀体101宽度大于阀孔21的宽度。

两条阀腿108的高度相等，也可以一端高于另一端，较长的阀腿108安装在液体流动的下游，阀腿的高度为3～30mm，阀腿108的间距略小于阀孔21长度，阀腿108的投影宽度略小于阀孔21的宽度。

阀翼开孔104可以是一条，也可以是多条向下敞口的喷射缝，可以是一排，也可以是多排喷射孔。

阀脚109上有阀脚脖1091和阀脚趾1092，

泪孔106为1～3个，孔径为2～10mm。

阀翼齿边105的边为直边，也可以冲压成齿状结构。

塔板2上开有带园弧导角的平直长条形阀孔21，也可以是带园弧导角的文丘里型长条形阀孔21，文丘里型阀孔21有翻边，阀孔21的排列方式采用顺排，也可以错排。

阀孔21形状为矩形，也可以是梯形、椭圆、梯形、菱形，也可以是以上形状的任意组合，阀孔导角弧度的曲率半径为3～20mm。

塔板2上阀孔21处的塔板厚度为2～10mm。

本实用新型优点在于：

1．本实用新型结构可靠，塔板机械强度提高，浮阀升降自如，浮阀与阀孔无明显磨损，浮阀不易脱落，易于检修，操作平稳；

2．本实用新型与常规使用的F1型浮阀塔板相比，塔板的雾沫夹带和泄漏量分别降低30％～40％，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，降液管的液相处理能力提高20％，操作弹性范围增大，实际塔板效率提高10％～20。

3．由于特殊的阀体结构，本实用新型可适用与中等结焦体系，并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。

图1为本实用新型浮阀1阀翼上开喷射缝的立体示意图

图2为本实用新型浮阀1阀翼上开喷射孔的浮阀立体示意图

图3为本实用新型塔板2的阀孔21错排排列方式结构示意图

图4为本实用新型塔板2的阀孔21顺排排列方式结构示意图

图5为本实用新型浮阀塔板的阀孔21平直长条形阀孔结构示意图

图6为本实用新型浮阀塔板的阀孔21文丘里型长条形阀孔结构示意图

图7为浮阀塔板操作时浮阀处于全关状态示意图

图8为浮阀塔板操作时浮阀处于全开状态示意图

图9为阀腿与塔板的挂接方式示意图

图10为弯曲阀脚脖及弯曲阀脚趾示意图

图11为本实用新型与已有技术的干板压降对比图。

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

本实用新型由浮阀1、塔板2组成，浮阀1安装在塔板2的阀孔21中并与塔板2挂接，浮阀1由阀体101、阀翼102、阀翼翻边103、阀翼开孔104、阀翼齿边105、阀体泪孔106、初始开度支撑107、阀腿108、阀脚109、阀腿开孔110、阀腿弯边110构成，阀体101呈凹型结构，阀翼102位于浮阀1的阀体101上端沿长度方向的两侧，阀翼102为阀体101沿径向的延伸，整个阀体101与阀翼102共同构成流线形圆滑过渡的“U”形结构，阀翼102带有“∩”形向下的翻边103，两边阀翼102上冲有阀翼开孔104(或向下张口的喷射缝)，阀翼102上有阀翼齿边105，阀体101上冲有初始支撑107，沿阀体101长度方向的中心线上开有泪孔106，阀腿108位于阀体101沿宽度方向两端下部，阀腿上有阀脚109，阀腿108上有阀腿弯边110。

阀体101可以是长条形、椭圆形、菱形、梯形，也可以是以上形状的任意组合，阀体101两端的形状相同，也可以一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液体流动方向的下游，浮阀阀体101和阀孔21的长度为50～300mm，宽度为10～100mm，阀体101长度略大于阀孔21长度，阀体101宽度大于阀孔21的宽度。

两条阀腿108的高度相等，也可以一端高于另一端，较长的阀腿108安装在液体流动的下游，阀腿的高度为3～30mm，阀腿108的间距略小于阀孔21长度，阀腿108的投影宽度略小于阀孔21的宽度。

阀翼开孔104可以是一条，也可以是多条向下敞口的喷射缝，可以是一排，也可以是多排喷射孔。

阀脚109上有阀脚脖1091和阀脚趾1092，

泪孔106力1～3个，孔径为2～10mm。

阀翼齿边105的边为直边，也可以冲压成齿状结构。

塔板2上开有带园弧导角的平直长条形阀孔21，也可以是带园弧导角的文丘里型长条形阀孔21，文丘里型阀孔21有翻边，阀孔21的排列方式采用顺排，也可以错排。

阀孔21形状为矩形，也可以是梯形、椭圆、梯形、菱形，也可以是以上形状的任意组合，阀孔导角弧度的曲率半径为3～20mm。

塔板2上阀孔21处的塔板厚度为2～10mm。

本实用新型由浮阀1和塔板2组成，浮阀1安装在塔板2的阀孔21中并与塔板2挂接，浮阀1由阀体101、阀翼102、阀翼翻边103、阀翼开孔104、阀翼齿边105、阀体泪孔106、初始开度支撑107和阀腿108组成，阀翼102位于浮阀1的阀体101上端沿长度方向的两侧，阀翼102为阀体101沿径向的延伸，整个阀体101与阀翼102共同构成流线形圆滑过渡的“U”形结构，这种流线型气体流动结构，可以有效地降低塔板压降，提高降液管的液相处理能力。

通过在浮阀1上设置阀翼102，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，减少喷射造成的雾沫夹带，降低液面梯度，减少塔板入口泄漏，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带有“∩”形向下的翻边结构103，阀翼102的边为直边或冲压成齿状结构，即阀翼齿边105，阀翼102的齿边105可以是三角形齿边，或内直矩形齿边，或内直梯形齿边，或内直三角形齿边，或内弧外直角矩形齿边，或内直外弧三角形齿边，或梯形齿边，或内直外弧矩形齿边，或内弧梯形齿边，或弧角三角形齿边，或弧角矩形齿边，或弧角梯形齿边，或以上二种或二种以上齿边的任意组合，齿边结构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，提高传质效率。阀翼102选用不同边形，主要是针对不同操作物系而言的，对清洁、不易结垢、结焦的物系建议采用齿边结构，这样可以增大汽液相间接触面积；而对肮脏、易结垢、结焦的物系建议采用直边结构，避免在操作中出现堵塞、淤积或结焦严重等情况。

阀翼102上冲有阀翼开孔104，阀翼开孔104可以是一条，也可以是多条向下敞口的喷射缝，可以是一排，也可以是多排喷射孔，这不仅可以降低阀体101两侧喷出气体的气速，使得塔板上的汽体分布更为均匀合理，降低气体的初始射流速度，减少雾沫夹带，降低塔板上由阀缝气速向空塔气速过渡的区间高度，降低塔板间距或提高处理能力，通过气体在U型阀体内产生强烈的汽液湍动，增加汽液传质效率，也可以避免固相在阀体内沉积，具有自清洗作用。

阀翼102的齿边105可以是三角形齿边，或内直矩形齿边，或内直梯形齿边，或内直三角形齿边，或内弧外直角矩形齿边，或内直外弧三角形齿边，或梯形齿边，或内直外弧矩形齿边，或内弧梯形齿边，或弧角三角形齿边，或弧角矩形齿边，或弧角梯形齿边，或以上二种或二种以上齿边的任意组合，齿边结构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，提高传质效率。阀翼102选用不同边形，主要是针对不同操作物系而言的，对清洁、不易结垢、结焦的物系建议采用齿边结构，这样可以增大汽液相间接触面积；而对肮脏、易结垢、结焦的物系建议采用直边结构，避免在操作中出现堵塞、淤积或结焦严重等情况。

阀体101可以是长条形、椭圆形、菱形、梯形，也可以是以上形状的任意组合，阀体101两端的形状相同或一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端为与液体流动方向的下游，在阀体101上冲有初始开度支撑107，以防操作时浮阀1胶着在塔板2上，沿阀体101长度方向的中心线上开有1～3个泪孔106，以便于塔停工后，排出阀体内部积存的液体，泪孔直径在2～10mm。

阀腿108位于位于阀体101沿宽度方向的两端下部，阀腿108上有阀脚109，阀脚109上有阀脚脖1091和阀脚趾1092。为了适应阀孔21的弧度，阀腿108采有弧形阀腿弯边110，图5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”1091或弯曲阀脚趾1092，使本实用新型的浮阀1与阀孔21挂接，两条阀腿108的高度相等或一端高于另一端，较长的阀腿108安装在液体流动方向下游，具有液流导向作用，可用于塔板的弓形区消除液体滞流区。

阀孔21的四角为圆弧导角，既可采用平直长条型阀孔，也可采用带向上或向下翻边的文丘里型阀孔21，或二者结合，实际应用要视具体生产要求而定。由于该阀孔21形式减缓了应力集中，塔板2的机械强度大为改善；采用文丘里型阀孔21也可增加阀孔的机械强度，还能降低气体通过阀孔21的阻力，降低塔板的压降和泄漏量。

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形状与阀体101的形状相配，可以是矩形、梯形、椭圆、菱形，也可以以上孔的任意组合，这种结构可以提高塔板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，使之能应用于大型和超大型塔设备。

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50～300mm，宽度为10～100mm，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，浮阀阀体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3～30mm。

通过浮阀1的操作过程描述了本实用新型浮阀塔板的结构特点，图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，汽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引起的摩擦阻力，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出口中的汽速，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汽速过渡到空塔汽速所需的空间高度增加。在相同塔板间距时，塔设备的汽体处理能力降低。由于本实用新型的浮阀塔板浮阀101的分散作用，使得汽体通过浮阀1后，汽速很快由阀孔汽速降低到空塔汽速，增加了塔板的汽相处理能力，同时增加了汽体在液层中的压降，降低了通过塔板的干板压降，因而具有更大的降液管处理能力。

本实用新型提供的浮阀塔板，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，ΔΔΔ为F-1型浮阀塔板的压降曲线，+++为本实用新型塔板的压降曲线。由图可以看出，在浮阀全开前，本实用新型浮阀塔板的压降略高于F-1型浮阀塔板，而在浮阀全开后，塔板压降随气速的变化的斜率降低。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。

Claims (11)

1．一种用于石油和化学加工工业精馏塔中的U型带翼浮阀塔板，由浮阀(1)、塔板(2)组成，浮阀(1)安装在塔板(2)的阀孔(21)中并与塔板(2)挂接，其特征在于：浮阀(1)的阀体(101)呈凹型，阀翼(102)位于阀体(101)上端的两侧，阀翼(102)为阀体(101)的延伸，整个阀体(101)与阀翼(102)共同构成流线形圆滑过渡的U形结构，阀翼(102)带有“∩”形向下的翻边(103)，两边阀翼(102)上冲有喷射孔(104)，阀体(101)两侧冲有初始开度支撑(107)的凹槽，沿阀体(101)底部中心线上开有泪孔(106)，阀腿(108)位于阀体(101)两端下部，阀腿上有阀脚(109)，阀腿(108)上有阀腿弯边(110)。

2．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：阀体(101)可以是长条形、椭圆形、菱形、梯形，也可以是以上形状的任意组合，阀体(101)两端的形状相同，也可以一端的尺寸大干另一端，小尺寸的一端位于液体流动方向的下游，浮阀阀体(101)和阀孔(21)的长度为50～300mm，宽度为10～100mm，浮阀阀体(101)的长度长于阀孔(21)的长度，阀体(101)的宽度大干阀孔(21)的宽度。

3．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：两条阀腿(108)的高度可以相等，也可以一端高于另一端，较长的阀腿(108)安装在液体流动的下游，阀腿的高度为3～30mm，阀腿(108)间距小于阀孔(21)长度，阀腿(108)的投影宽度小于阀孔(21)的宽度。

4．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：阀翼开孔(104)可以是一条，也可以是多条喷射缝，可以是一排，也可以是多排喷射孔。

5．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：阀脚(109)上有阀脚脖(1091)和阀脚趾(1092)。

6．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：泪孔(106)为1～3个，孔径为2～10mm。

7．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：阀翼齿边(105)的边为直边，也可以冲压成齿状结构。

8．根据权利要求1所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：塔板(2)上开有带园弧导角的平直长条形阀孔(21)，也可以是带园弧导角的文丘里型长条形阀孔(21)，文丘里型阀孔(21)有翻边。

9．根据权利要求1、8所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：阀孔(21)的排列方式采用顺排，也可以错排。

10．根据权利要求1、8所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：阀孔(21)形状为矩形，也可以是梯形、椭圆、菱形，也可以是以上形状的任意组合，阀孔(21)导角弧度的曲率半径为3～20mm。

11．根据权利要求1、8所述的U型带翼浮阀塔板，其特征在于：塔板(2)上阀孔(21)处的塔板厚度为2～10mm。

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