一类高性能入、出口堰制造技术

本实用新型专利技术涉及一类主要用于石油和化学加工工业分馏塔中的堰，它包括堰板、开孔和导气结构三部分，该结构可以调整塔板上液体流动方向及流量分布，改善塔板上汽液相接触状况，塔板效率能提高２～１０％；它的堰长较长，可降低堰上溢流强度，处理能力可提高１０～２０％，特别适合大液相负荷操作；堰板上可设开孔和导气结构，一部分液体从小孔卸流，能减轻形成涡流的趋势，减少塔板入口泄漏，降低液层高度和塔板压力降，促进降液管内的汽液分离，提高操作稳定性。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种用于石油和化学加工工业分馏塔中的一类高性能入、出口堰。塔设备是分离操作中最常用的单元设备，按汽液接触方式的不同可分为板式塔和填料塔，这两种类型的塔设备各自有不同的特点，适用于不同生产场合，并存发展。板式塔的内构件主要由塔板和降液管构成。为了使通过塔板上升的汽相与板上流动的液相充分接触，须在塔板上维持一定厚度的液层，常常在塔板液流出口与降液管入口相连的位置设置出口堰(也称溢流堰)。溢流堰越高，液层越厚，汽液接触时间越长，传质效率也就越高，但气相通过塔板需要克服的阻力也越大，塔板的压力降也就越大。另外，在塔板液流入口位置上也可设置堰，称为入口堰。当前对板式塔内件研究开发的热点主要集中在塔板、降液管及鼓泡元件上，对堰的研究极少，在工业实际中选用的结构比较固定。目前最常用的是平口堰，堰板为一直板，上缘平直，结构简单，应用非常普遍；另一种为齿形堰，齿形堰与平口堰的区别是堰的上缘为锯齿状，适用于低液相负荷的情况，以保证塔板上的液体流动不发生偏流，维持正常分布。这两种结构为国内外普遍采用。到目前为止，有关堰的专利和专有技术非常少见，其中专利号为96205153.5、名称为“带有侧吹孔式出口堰的新型降液管”涉及一种新型的堰结构，它的特点是入口堰与降液管相连，具有折三角形的结构，堰上带有侧吹孔，从塔板下上升的气流有一部分通过侧孔吹出，利用这部分气流的推动作用，可以降低板上液层厚度，减小塔板压降、提高处理能力。国外还有一种栅堰(Picket Fence Weirs)，栅堰的堰板上部呈矩形齿状，在同样的降液管弦长下，栅堰的堰长较长，可以降低堰上溢流强度，堰板还可部分起到防冲溅挡板的作用，并且对安装水平度的要求小于齿形堰，一般用于三溢流或多溢流塔板。通过综合分析，现有的堰在结构上存在一些问题，特别是对大液量和加压操作的塔设备。具体体现在如下几个方面(1)当液体负荷较大时，液体由降液管流入塔板时的动能较大，依惯性，它有沿直线流过塔板的趋势，再加上弓形区塔壁对液体的阻滞作用，使得塔板上的液体从塔板中心到弓形区塔壁附近形成一个速度梯度，主流区速度梯度小而弓形区速度梯度大，引起液流不均匀分布，从而产生著名的液体“滞留区”，导致塔板效率的降低。消除和改善液体滞留区一直是国内外研究发展的重点方向之一。(2)当液体越过出口堰呈“瀑布”状下流时，由于冲击作用，在降液管中容易形成旋涡，加速降液管中液体中夹带的气泡的破裂并与液体分离，分离出的气相由于液体“瀑布”的阻碍而难以从降液管中溢出，在降液管中形成“空腔”，阻止正常液体向下的流动，降低降液管的液体流动能力，尤其是在大液量的情况下。“空腔”中气体由于降液管中气泡的不断破裂而不断累积，当其压力大干液体“瀑布”的阻力时，就会冲开液体而排出，随后再累积，周而复始，引起降液管的液体流动发生脉动，降低了操作的稳定性，并使塔操作产生波动。(3)在许多易起泡体系，降液管中气泡分离需要较长的停留时间，或设计较大降液管，或增大塔径，造成很大的不经济设计，尤其是加压操作的塔设备。(4)普通平口堰的上缘是平直的，堰板也是平直的，直线距离最短，从而堰长最小，相同液量下，溢流强度最大，塔设计易造成塔径增加或降液管面积较大，使得塔板有效传质区面积减小，所以平口堰在大处理量下使用有局限性，这些问题在加压塔中尤为突出。(5)当塔设备扩能改造时，经常性地需要扩大降液管出口间隙高度，扩大后常常使得降液管液封盘的作用失效，易造成液封失败和塔板入口液流冲击太大，使得塔设备操作性能变差，采用合理的入口堰设计极为重要。液体溢流越过常规平直入口堰时，在入口堰后部易形成旋涡扰动，会增大板上液面落差、引起塔板液面波动，加剧塔板入口处的泄漏。上述问题已经被实验室试验、工程经验及工业实际所证实。本技术的目的在于提供一种新型、高效且适用于各种液体负荷，特别适用于大液量，可以有效改善塔板上的液体分布状况，降低塔板压力降，减小塔板入口泄漏，降低降液管内液体的汽含率，实现提高传质效率，增大处理能力的一类高性能入、出口堰。本技术主要是这样实现的在板式塔2中有塔板3，塔板3与降液管4相连，在塔板3的出口与降液管4相连处设有出口堰1，在塔板3入口处设有入口堰1，堰1由堰板101、开孔102、导气结构103组成，在堰板101上有开孔102并设置有导气结构103。堰板101的上缘形状可以为弓形、梯形或其它任何中间高、两端低的曲线。堰板101的形状可以为直板，也可以是弓形、梯形或其它曲面。堰板101的上缘形状可以为光滑的边，也可以是齿形的。堰板101上可以有开孔102，也可以没有开孔102。堰板101上可以有导气结构103，也可以没有导气结构103。本技术的优点在于1、与常规堰相比，液体流过入口堰时，可以调整流量分布，堰两端流量较大，逐渐向中间递减，即流向塔板两侧弓形区的液量相对增加，使得液体滞留区和返混的情况得到改善或消除，塔板上的液体分布得到显著改善，滞留区面积减小，塔板效率可以提高约2～10％。；同时还可以改变液体流动方向，使得液体进入塔板时呈辐射状流动，塔板上的液体分布得到显著改善，滞留区面积减小，塔板效率提高。2、使用传统的出口堰，难以达到设计弹性的要求，而本技术则能较好地解决这类问题，在同样的降液管弦长下，本技术的堰长较长，可以有效降低溢流强度，同时，当堰板上缘采用齿形边时，在较低液量下也可以正常操作，所以操作弹性范围可增大约10～20％，提高处理能力。3、本技术的堰板上可以有开孔，在入口堰上开孔可以减缓形成涡流的趋势，减少入口阻力，降低液面落差，塔板入口可以降低板上液层厚度，降低塔板压力降，其泄漏量可减少10～15％，同时开孔有利于液体流动，可以降低板上液层厚度，降低塔板压力降；4、在出口堰上开孔，可以降低降液管内气含率，提高操作稳定性，降液管处理能力可增大约10～20％；传统的堰难以达到液体分布均匀及对设计弹性的要求，而本技术可以很好的解决这个问题；当液体越过出口堰时，一部分液体从开孔泄流，可以部分降低出口堰上部的溢流强度，对降液管中泡沫层形成冲击，加速降液管中气液的分离；利用粘滞力的作用，加速弓形区域液体的流动，部分抵消液体形成滞留区的动能；增加降液管中空间的利用率等。5、在出口堰板上设置导气结构，使得降液管中分离出的气相易于从导气结构中导出，增加降液管空间的利用率，降低降液管内气含率，消除降液管操作的压力波动，提高操作稳定性和降液管处理能力。6、结构简单、安装方便、操作性能可靠。附图说明图1为本技术安装结构示意图；图2为本技术堰板101上部为梯形的结构示意图；图3为本技术堰板101上部为弓形的结构示意图；图4为本技术堰板101为弓形板的结构示意图5为本技术堰板101为梯形板的结构示意图；图6为本技术塔板上的液流速度场示意图；图7为本技术堰板101带导气结构103的结构示意图。以下结合附图对本技术做进一步的描述在板式塔2中，存在汽相和液相两股物流，气相和液相物流从总的流动方向上看是呈逆流流动，具体在每块塔板3上的流动是呈错流流动，即液体物流从降液管4降下，进入塔板3，在塔板3上，先是溢流越过入口堰1，进入塔板3鼓泡区，与从塔板3下通过鼓泡元件上升的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类高性能入、出口堰，在板式塔（２）中有塔板（３），塔板（３）与降液管（４）相连，在塔板（３）的出口与降液管（４）相连处设有出口堰（１），在塔板（３）入口处设有入口堰（１），其特征在于：堰（１）由堰板（１０１）、开孔（１０２）、导气结构（１０３）组成，在堰板（１０１）上有开孔（１０２）并设置有导气结构（１０３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳升，曹睿，濮芸辉，张万有，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，石油大学北京，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]