悬挂式偏心降液管浮阀塔板设计方法技术

本发明专利技术公开了一种悬挂式偏心降液管浮阀塔板设计方法，是为解决普通多溢流塔板中偏心降液管出口液体分布不均、不能确保降液管向各个鼓泡区合理分配液体的问题而设计的，该方法对偏心式降液管采用悬挂式结构，在降液管入口设置液体防冲挡板，底部内置双层开孔底板，管壁底端设置泄流孔和导流板，降液管下方设置液体分配和阻波挡板。该方法可消除偏心式降液管因堰长和降液管出口结构不对称造成的不均匀溢流问题，达到合理分配液体、促进气液均匀分布的作用。省去了受液盘，可增大鼓泡区面积。可缓解冲击泄漏，稳定降液管内液流，促进夹带气体溢出。在塔板鼓泡区上交替安装轻、重浮阀，并在入口安装斜喷槽孔，以控制汽液流道，增加汽液接触的均匀性，促进汽液并流，降低入口泄漏，防止塔板上的液层波动和返混，改善塔设备的放大效应。该方法特别适合在大液量下操作的大型塔板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于石油和化学加工工业

技术介绍
塔设备是常用的汽液传质设备，广泛应用于石油和化学加工工业，目前在大型工业装置中一般以板式塔为主。板式塔中通常采用汽液两相错流接触的形式(见图1)，液体从塔板入口到出口之间沿液体流向的液面落差会造成板上液层高度的不均匀分布，并由此影响气体的分布，因为气体密度小，液层厚的区域气体分配少，所以靠近塔板入口的区域液层较厚，容易发生过量泄漏，靠近塔板出口的区域液层较薄，容易发生过量雾沫夹带，这种汽液分布的不均匀性严重影响了塔设备的处理能力和板效率。对大型塔设备，随着规模的扩大，由于板上持液惯性力的增大以及鼓泡传质元件数目的增多，加剧了流体传递的波动性和操作状态的随机性，汽液分布的均匀性急剧下降，汽液分布在宏观上不再简单遵循液面落差的分布规律，塔板上的操作状况也存在着很大的不确定性，不能再像小塔一样有效预测。因此，塔设备规模扩大会造成放大效应，主要表现在:泄漏点滞后、泄漏量猛增；雾沫夹带提前发生、将带量猛增；液噻点气速提前；持液不均匀分布导致气体不均匀分布，造成雾沫夹带、泄漏不均匀分布等。塔径或液相负荷越大，放大效应越严重。图2是小塔(Φ500mm)和大塔(Φ6400πιπι)的雾沫夹带与泄漏性能的试验数据对比。一般在小塔中，小气速下容易发生泄漏，而在高气速下容易发生雾沫夹带，所以图2(a)中小塔在泄漏现象消失以后才逐渐出现雾沫夹带，而图2(b)中大塔的泄漏消失点堰长，出现雾沫夹带的气速点提前，泄漏和雾沫夹带范围甚至重叠，即二者可以同时出现，说明大塔的不均匀性明显增力口。图3为小塔和大塔的塔板泄漏照片，图3(a)中小塔的板上液层沿着液流方向形成较有规律的液面梯度，泄漏量沿着塔板上液流方向的分布也比较有规律，而图3(b)中大塔的泄漏量明显高于小塔，几乎呈数 量级猛增。图4给出了 Φ6400mm的大塔沿液流方向在塔板上分区的泄漏数据，鼓泡区入口的泄漏量明显高于其他区域，说明大塔泄漏的非均匀性十分显著。塔设备存在着规模经济的特点，为了降低成本，大型化是发展的必然趋势，所以缓解放大效应对塔设备操作带来的影响是普遍面临的问题。目前解决放大效应最为有效的方法是采用多溢流设计，即在塔板上采用多根降液管，将塔板分隔成多个鼓泡区，以减少流道长度，并降低单股液体的液流强度(见图1)。在多溢流设计中，中间降液管下来的液体要向两边的鼓泡区分配，设计难度比较大，因为中间降液管向两边鼓泡区分配的液量由降液管两侧出口的截面积决定(降液管出口截面积等于降液管出口的底隙高度乘以出口堰长)。形状对称的降液管设计相对容易一些，而对于溢流通道数大于等于三溢流的塔板，中间存在着非对称的偏心式降液管，就很难实现液体的均匀分配。偏心式降液管俯视显示为梯形(见图5)，左右两边的堰长不等，使得同样的底隙(即降液管出口底边至下层塔板的垂直距离)高度下降液管的出口面积不等，出口阻力不等，从而引起液体的不均匀分配。流道数越多，分配效果越差。因此，带有偏心式降液管的多溢流塔板设计存在着极大的复杂性和不确定性。目前处理大液量、大塔径的多溢流问题，较为有效的技术为多降液管筛孔塔板(即MD塔板)，其全部降液管都采用悬挂在气相空间的结构，使得降液管出口阻力处处相等，在一定程度上缓解了多溢流塔板的液体不均匀分布。但MD塔板的相邻两层塔板的降液管呈90°交错排布，板上液体流场比较混乱，部分液流的路径很短，使得液体在塔板上的停留时间较短，部分区域还容易形成滞留和返混，影响塔板效率。并且，MD塔板在降液管下方不设受液盘，虽然增加了塔板的有效鼓泡区面积，但上层降液管下来的液体直接砸落到下层塔板上，存在严重的冲击泄漏，塔板效率低于普通塔板。此外，悬挂式降液管没有板上液封，设计时要保证降液管里有一定高度的液层，能够形成自封，避免气体短路(见图6a)。降液管内的液层高主要由底板开孔率(即开孔面积/鼓泡区面积)和孔流系数(；(见公式(I))决定。上述公式中:Q为进入降液管的液体体积，m3 ；A为孔口流通截面积，m2 ；g为重力加速度，m/s2 ；h为液体在降液管内的液层高，m。在固定开孔率下，C0随液位h的变化也是较为复杂的非线性关系，如果C。设计值低于实际值，则降液管流量过大，降液管内液位就会过低，不足以维持液封，气体有可能从降液管短路溢出；若C。设计值高于实际值，降液管内液位又会过高，引起降液管液泛。对开孔率的设计也是类似的，并且MD技术一般都是采用圆形底孔，在有些工况下用圆孔开不出足够大的开孔率。液封问题对常规降液管是不存在的，因为常规降液管下端有受液盘(通常为凹形)，本身存在液封，上升的气体不可能从降液管中短路通过(见图6b)。根据伯努利方程可导出常规降液管内液层高的计算公式(见公式(2))，降液管内的液层一定会高于塔板上的液层，所以常规降液管在操作时会自动形成液封。 H降液管=H塔板压降+His板液层+H入、出降液管阻力(2)因此，悬挂式降液管的设计难度高于普通塔板。若在悬挂式降液管的入口处添加提前入口堰，可形成液体缓冲区域，并在相邻降液管间通过设置倾斜的液体导流板，来防止冲击泄漏，但该结构为非对称结构，会造成液体的偏流，塔板上有未被利用的区域，会造成鼓泡面积的浪费。在诱导液体流动的同时，倾斜构型也会使气体流动产生偏流，不能与液体进行均匀接触。而且导流板与降液管的结构较复杂，检修困难。若在悬挂降液管开孔底板下端设置外置式防冲击泄漏受液盘，能够对降液管落下的液体进行缓冲。但由于受液盘悬挂于降液管下方或直立在塔板上，受液盘四周或两边没有侧壁(与受降液管壁约束的情况不同)，液体主要从侧面流走，会造成下层塔板的液体流场紊乱，降低塔板效率。而且因为侧面没有阻力，从受液盘垂直流下的液体量比较少，受液盘下方的塔板鼓泡区液量就少，影响汽液接触。若在降液管下设置填料层，在一定程度上可以将降液管流出液体重新进行分配，并能捕集上升的雾沫。但填料层对液体的分布很分散，类似于穿流塔板，偏离了传统降液管内液体经受液盘收集后在塔板上横向流动的方式，液体在塔板上与气体接触的时间过短，会降低塔板效率。填料还会增加降液管出口的阻力，使得降液管内的液位不易设计和控制。由于MD塔板的板间距比较低，填料高度受限，捕集雾沫的效果也不理想，反而增加了塔板结构的复杂性，安装维修困难。DJ塔板也是采用悬挂式结构的多溢流塔板，8卩“矩形悬挂降液管导流塔板，流道长度不再固定，并使用宽型降液管。由于流道长度不相等，使得液体在各鼓泡区上的停留时间不等，不利于汽液传质的均匀性；并且降液管宽度较大，使得降液管根数减少。多溢流设计本身就是解决大型塔设备内液体不均匀分布的根本方法，减少溢流通道数对缓解放大效应来说是不 利的。若在降液管底板上设置帽罩式液封结构，其压降比较大，容易造成降液管液泛。若在塔板上安装固定蝶型浮阀，在鼓泡区安装固定或浮动蝶形浮阀，但浮阀较轻，阀孔本身泄漏状况严重，不适合大塔径或高液量操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，其可有效解决普通多溢流塔板偏心降液管出口液体分布不均的问题，确保降液管向各个鼓泡区合理分配液体，促进气液均匀接触。同时，本专利技术提出了人为提供汽、液流道和流动范围的设计方法，以改善多溢流塔板上各鼓泡区液体传递的波动性和汽液接触的随机性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬挂式偏心降液管浮阀塔板设计方法，其特征在于：1)塔板上的偏心式降液管(21)采用悬挂式降液管，降液管长边管壁下部相对倾斜收拢，其出口横截面积为入口横截面积的40?90％，较佳选择为60?80％；在偏心式降液管(21)的下方不设置受液盘，在位于塔板(1)中心降液管(22)和两侧边缘降液管(23)的下方设置受液盘(4)；2)悬挂式偏心降液管(21)底部采用双层底板(6)，上层为水平置曲形板(61)，下层为水平置防冲平板(62)，曲形板(61)和防冲平板(62)上均设有通孔，曲形板(61)的开孔面积大于防冲平板(62)的开孔面积；3)在悬挂式偏心降液管(21)短边管壁底部设有泄流孔，与降液管(21)同宽的导流板连接于降液管(21)短边管壁底端；4)在悬挂式偏心降液管(21)和中心降液管(22)的入口处均设有竖直式液体防冲挡板(5)；5)在悬挂式偏心降液管(21)出口下方的下层塔板(1)上设有竖直式液体分配和阻波挡板(7)，挡板(7)底部设有通孔；6)在塔板(1)的鼓泡区(3)上设有轻阀(91)与重阀(92)，重阀(92)设在靠近塔板(1)入口的鼓泡区，轻阀(91)设在靠近塔板(1)出口的鼓泡区；在偏心式降液管(21)下方的鼓泡区上设有总面积与降液管出口面积相当的斜喷槽孔(8)，斜喷槽孔(8)在塔板(1)上的开孔方向与液流方向一致，斜喷槽孔(8)为偶数排设置，各排槽孔间错位排列。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，曹睿，刘艳升，刘统华，王蕴慧，刘拥军，李爱凌，范振鲁，李尤，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，中国石油天然气华东勘察设计研究院，
类型：发明
国别省市：