專利名稱：帶翼浮閥塔板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種主要用于石油和化學加工工業(yè)精餾塔中的浮閥和塔板。
隨著世界范圍內的石油和化學加工工業(yè)生產的飛速發(fā)展和能源的危機，設備大型化和現(xiàn)有設備消除瓶頸、挖潛改造成為當今石化工業(yè)提高經(jīng)濟效益的重要策略，作為應用數(shù)量最多、涉及面最廣的精餾塔設備則成為當前石化企業(yè)消除瓶頸、挖潛改造的重點，其每一細微的技術進步都將可能產生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，因此綜合性能優(yōu)良的新型塔內件開發(fā)和工業(yè)應用是一個極為活躍的領域。
浮閥類塔板以其大的操作彈性，高效率和大處理能力等鮮明優(yōu)點，成為當今最重要的板式塔內件之一?，F(xiàn)已有近數(shù)十種不同結構的浮閥塔板技術提出。通過工業(yè)應用實踐表明，無論是現(xiàn)有長條形浮閥的結構，例如導向浮閥塔板(專利號為ZL91215110.2)，HTV船形浮閥塔板，梯形浮閥塔板(如專利號為ZL92208360.6)等，還是現(xiàn)有圓形浮閥塔板，如F-1型浮閥塔板，Hy-Contact浮閥塔板，Norton浮閥塔板，Koch T型浮閥塔板等，在某些方面可能表現(xiàn)出極為優(yōu)良的性能，但也不同程度地反映出了一些性能和結構上的缺陷和不足。
現(xiàn)有浮閥塔板中園形類浮閥塔板由于其固有的機械結構和汽液接觸方式，具有以下特征塔板的機械強度較高，浮閥結構簡單，但在長期操作中，閥體易于旋轉，引起限位部件磨損，閥體容易脫落；塔板上的液面梯度較大，使汽體在液體流動方向上分布不均勻，在塔板入口端容易產生過量泄漏，或者在出口端導致汽體噴射；另外從圓形閥孔中出來的汽體流向四面八方，使塔板上的液體返混程度較大，塔板的滯流區(qū)(弓形區(qū))返混嚴重，影響塔板的傳質效率。
長條型類塔板，由于其固有的機械結構和汽液接觸方式，具有以下特征浮閥在閥孔中不會旋轉，避免了閥體的磨損、脫落；可以排出較圓閥更大的開孔率，從而提高處理能力；但是條形類塔板的一個最大的問題是開孔率增大后塔板的機械強度問題(長條形閥孔的4個銳角會形成嚴重的應力集中)，易引起塔板的機械損壞。本專利權人持有的專利號為ZL96246311.6、名稱為“具有改正型閥孔結構的浮閥塔板”，采用了弧角長孔或帶圓弧導角的長條形文丘里閥孔，初步解決了塔板機械損壞的問題。
浮閥順液流排列的長條形類塔板，返混小于圓形類浮閥塔板；但對板的滯流區(qū)(弓形區(qū))的返混無太大改進采用T型排列的浮閥塔板，如Montz KSG浮閥塔板的排列方式，盡管增加了汽液湍動程度，強化了傳質，但部分浮閥的逆流方向的吹氣方式增加了塔板上的返混，在一定程度上降低了塔板效率。
所有的浮閥塔板上由于板面凸起的浮閥元件，會增加塔板上液流的阻力，引起塔板上產生較開孔類塔板(如篩孔塔板)更大的液面梯度，尤其是對大型和超大型塔設備會引起較多的操作問題。Montz KSG塔板和導向浮閥塔板均在閥體上部開有導向孔，據(jù)稱增加了氣體水平方向的動量，是一種改善塔板上液面梯度的優(yōu)良構思。但由于氣體流動和塔板上的浮閥元件對液體流動產生很大的阻力，閥體未全開前，導向孔氣速較低，導向作用可能不是很大，在浮閥全開后，此時浮閥已升到最高位置，導向作用可能并不非常明顯，反而有使氣體短路之嫌。單純閥體上的導向孔并不能完全消除液面梯度。
圓形類和長條形類浮閥塔板在性能和結構上都有各自和優(yōu)點和不足。通過工業(yè)實踐已證明，條型結構的浮閥塔板操作性能較圓形浮閥塔板略為優(yōu)越。
要提高塔板的汽相和液相處理能力、傳質效率和操作彈性，最重要的是降低霧沫夾帶，泄漏和塔板壓降，降低塔板上液體返混的程度。在這方面，目前的所有類別的浮閥塔板的霧沫夾帶、泄漏和壓降問題并未達到理想的水平。這需要使塔板上的汽液接觸、分散盡可能地均勻，減少液體返混的機會，改善汽液接觸的入射角度，減小低汽速時閥體的振動等。
現(xiàn)有各類浮閥塔板的板效率相差不大，甚至在最適宜的操作范圍內，各類專利浮閥塔板與最簡單的非專利性篩孔塔板相當。其主要原因是現(xiàn)有塔板結構決定了塔板上人為提供的汽、液相接觸面積遠不如填料那么大，因此，如何借鑒填料的優(yōu)點，對塔板進行填料化是提高塔板效率的方向。
本實用新型的目的在于在原有技術的基礎上，綜合各類浮閥塔板的優(yōu)、缺點，并吸收填料塔板的長處，提供一種新型、高效、具有帶翼結構的浮閥塔板(Super Eagle Tray)。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的，本實用新型的浮閥塔板(Super Eagle Tray)由浮閥和塔板組成，塔板上開有帶圓弧導角的長條形平直閥孔和/或帶圓弧導角的長條形文丘里型孔，浮閥安裝在塔板的閥孔中，閥孔排列方式采用順排或錯排，其特征在于浮閥由閥體、閥翼、閥腿組成，閥翼位于浮閥的閥體上端沿長度方向的兩側，閥翼為帶有“∩”形向下的翻邊結構，閥體的兩邊和閥翼的兩邊為直邊或沖壓成齒狀結構。通過在浮閥上設置閥翼，可以提高塔板上的汽液分散和相界面積，使汽液在浮閥閥體上部接觸，減少“死區(qū)”，汽液接觸更為均勻、汽液分散更加充分，有利于提高傳質效率；可以阻擋汽液的直接噴射，減少噴射造成霧沫夾帶；降低液面梯度，減少塔板入口泄漏；降低塔板上由閥縫氣速向空塔氣速過渡區(qū)間高度，降低塔板間距或提高處理能力；增大液層壓降，降低塔板機械結構阻力；提高效率和降低能耗。
本實用新型與已有技術相比，其優(yōu)點在于1．本實用新型結構可靠，塔板機械強度提高，浮閥升降自如，浮閥與閥孔無明顯磨損，浮閥不脫落，易于檢修，操作平穩(wěn)；2．本實用新型與常規(guī)F1型浮閥塔板相比，塔板的霧沫夾帶和泄漏約分別降低～10％和30％，氣體上限處理能力提高～25％，大大降低了塔板上的液面落差，改善了塔板弓形區(qū)的液體返混，全開后的塔板壓降大幅度降低，提高了降液管的液相處理能力～20％，操作彈性范圍大，實際塔板效率提高15～20％；3．由于特殊的閥體結構，本實用新型的可適用于中等的結焦體系，廣泛適用于各類常壓和加壓下的汽液傳質操作，特別適用于大型和超大型塔設備。


圖1為使用本實用新型浮閥塔板的分餾塔結構示意圖圖2為閥孔排列方式圖圖3為本實用新型浮閥立體示意圖圖4為本實用新型閥孔示意圖a為平直形閥孔 b為文丘里型閥孔圖5為浮閥塔板操作示意圖a為浮閥處于全關狀態(tài)b為浮閥處于全開狀態(tài)圖6的a-1為浮閥的各種齒邊形狀圖圖7為浮閥與塔板安裝示意圖a為彎閥腳趾b為彎閥腳脖圖8為本實用新型與已有技術的干板壓降對比圖圖號1-浮閥 101-閥體 102-閥翼 103-閥翼翻邊104-閥體齒邊 105-閥翼內齒邊 106-閥翼外齒邊107-閥翼中間支撐 108-閥翼端支撐 109-初始支撐 110-閥腿1101-閥腿彎邊 111-閥腳1111-閥腳脖 1112-閥腳趾112-錐條 113-淚孔 114-閥翼剖面 2-塔板21-閥孔 211-長條形平直閥孔212-帶圓弧導角的長條形文丘里型閥孔301-三角形齒邊 302-內直矩形齒邊 303-內直梯形齒邊304-內直三角齒邊305-內弧外直角矩形齒邊306-內直外弧三角形齒邊 307-梯形齒邊308-內直外弧角矩形齒邊 309-內弧梯形齒邊310-弧角三角形齒邊 311-弧角齒邊矩形 312-弧角梯形齒邊4-分餾塔筒體 41-塔頂出口 42-回流口43-降液管431-降壓板 432-支撐板44-出料口45-底座46-裙座 47-進料口48-受液盤49-入口結合實施例說明附圖圖1為使用本實用新型浮閥塔板的分餾塔結構示意圖，分餾塔是石化工業(yè)中應用最廣泛和數(shù)量最大的重要單元設備，主要由分餾塔筒體4、塔頂出口41、回流口42、降液管43、出料口44、底座45、裙座46、進料口47、受液盤48和人孔49構成，每層塔板2的具體結構見圖2，塔板2一側為受液盤48，另一側與降液管43連接，塔板2通過支撐板432固定在塔內。塔板2上有閥孔21。使用時，原料(如加熱后的原油)由進料口47進入塔內，其中的汽相物料依次通過各層塔板2的閥孔21和其上的浮閥1，最后經(jīng)塔頂出口41排出，冷卻后得到輕餾分如汽油和柴油。塔頂餾出物經(jīng)冷卻后，部分液相物料從回流口42返回塔內，從最上層的塔板2和降液板431依次流入各層塔板及至塔底，最后從塔底出料口44排出。
本實用新型的浮閥塔板由浮閥1和塔板2組成，塔板2上開有帶圓弧導角的長條形平直閥孔211和/或帶圓弧導角的長條形文丘里型閥孔212(見圖4)，文丘里型閥孔212可以具有向上或向下翻邊，浮閥1安裝在塔板2的閥孔21中，浮閥1長度方向順液流，其特征在于浮閥1由閥體101、閥翼102和閥腿110組成(圖3為本實用新型的浮閥1立體示意圖，其中一邊為閥翼102的剖面114)，閥翼102位于閥體101上端沿長度方向的兩側。閥體101和閥翼102中間有閥翼中間支撐107，兩端有閥翼端支撐108，這樣的結構可以增加浮閥101的機械強度。閥腿110位于閥體101沿長度方向的兩端下部。
閥翼102帶有“∩”形向下的翻邊結構103，閥翼102的兩邊為直邊或沖壓成齒狀結構，即閥翼內齒邊105和閥翼外齒邊106。通過在浮閥上設置閥翼，可以提高塔板上的汽液分散和相界面積，使汽液在浮閥1閥體上部接觸，減少“死區(qū)”，汽液接觸更為均勻、汽液分散更加充分，有利于提高傳質效率；可以阻擋汽液的直接噴射，減少噴射造成的霧沫夾帶；降低液面梯度，減少塔板入口泄漏；降低塔板上由閥縫氣速向空塔過渡區(qū)間高度，降低塔板間距或提高處理能力；增大液層壓降，降低塔板機械結構阻力；提高效率和降低能耗。
閥翼102和閥體101兩側選用不同邊形，主要是針對不同操作物而言的，對清潔、不易結垢、結焦的物系采用齒邊結構，這樣可以增大汽液相間接觸面積；而對骯臟、易結垢、結焦的物系采用直邊結構，避免在操作中出現(xiàn)堵塞、淤積或結焦嚴重等情況。
閥體101為長條形閥體或橢圓形閥體或菱形閥體或梯形閥體或以上二種或二種以上形狀的任意組合，閥體101略帶拱形。沿閥體101長度方向的中心線上有一條帶淚孔113的錐形條112，淚孔113具有防止操作時浮閥101積液的作用。閥體101的兩個側邊和閥翼102有相近或相同的直邊或沖壓成齒狀結構即閥體齒邊104。
閥體101和閥翼102的齒邊形狀(見圖6所示)可以是三角形齒邊301或內直矩形齒邊302或內直梯形齒邊303或內直三角形齒邊304或內弧外直角矩形齒邊305或內直外弧三角形齒邊306或梯形齒邊307或內直外弧矩形齒邊308或內弧梯形齒邊309或弧角三角形齒邊310或弧角矩形齒邊311或弧角梯形齒邊312或其中二種或二種以上齒邊的任意組合。
閥腿110位于閥體101沿寬度方向的兩端下部，閥腿110上有閥腳111，閥腳111上有閥腿脖1111和閥腳趾1112。為了適應閥孔21的弧度，閥腿110采用弧形彎邊1101結構，圖7示出了浮閥1在閥孔21中的安裝方法?？刹捎弥苯訌澢伴y腳脖”1111或彎曲閥腳111的兩個“腳趾”1112，使本實用新型的浮閥1與閥孔21掛接，兩條閥腿110的高度是相等或一端高于另一端，較長的閥腿110安裝在液體流動方向的上游，具有液流導向作用，可以防止返流。在靠近液體流動上游的閥腿110上開有一個初始支撐109，以維持浮閥1的初始開度，防止壓力波動，閥體101兩端的形狀相同或一端的尺寸大另一端，小尺寸的一端為與液體流動方向的下游，也具有導向作用。
根據(jù)工藝條件不同，閥孔21的排列方式采用順排或錯排，閥孔21形狀為矩形弧角孔或梯形圓弧孔或矩形圓弧孔或橢圓孔或梯形弧角孔或橢圓弧孔或菱形弧角孔或以上二種或二種以上孔的任意組合，以提高塔板2的機械性能、壓降性能，減小液面落差，改善塔板2的入口泄漏，使能應用于超大型塔設備，閥孔21的四角采用圓弧導角，也可采用向上或向下翻邊的文丘里型閥孔212(如圖4所示)，或二者結合，由于該閥孔21形式減緩了的應力集中，塔板2的機械強度大為改善；采用文丘里型閥孔212也可增加閥孔21的機械強度，還能降低氣體通過閥孔21的阻力系數(shù)，降低塔板的壓降和泄漏量。
閥孔21處的塔板厚度為2～10mm，導角弧度的曲率半徑為3～20mm。
浮閥1和閥孔21尺寸的配合，是浮閥塔板使用質量優(yōu)劣的一個重要原因，浮閥1和閥孔21的長度為20～250mm，寬度為5～80mm，閥體101長度略長于閥孔21長度，閥腿110間距略小于閥孔21長度，閥體101的寬度大于閥孔21的寬度，閥腿110的投影寬度略小于閥孔21的寬度，閥腿109的高度為3～25mm。
通過浮閥1的操作過程描述本實用新型浮閥塔板結構的優(yōu)點，圖5示出了汽體通過閥孔21和浮閥1的操作示意圖在低氣相負荷下，氣體以氣泡的形式通過塔板2及塔板2上的液層。浮閥1從全關過渡到全開的過程中，汽體首先克服閥孔21引起的磨擦阻力，然后需要克服浮閥1重量所引起的壓降。由于本實用新型的浮閥塔板在該階段壓降值高，因而可提高浮閥1出口中的氣速，增加閥孔21處的汽液湍動程度，提高低汽體負荷時的塔板效率，并降低泄漏。在高汽體負荷時，塔板2易形成噴射，使塔板2上的汽體分布不均勻，汽體從閥孔21汽速過渡到空塔氣速所需的空間高度增加。在相同塔板間距時，塔設備的氣體處理能力降低。由于本實用新型的浮閥塔板閥翼102的分散作用，使得氣體通過浮閥1后，氣速很快由閥孔氣速降低到空塔氣速，增加塔板的氣相處理能力，同時增加了氣體在液層中的壓降，降低了通過塔板的干板壓降，因而具有更大的降液管43處理能力。通過閥體101和閥翼102采用齒邊，增加了汽液接觸的潤濕周邊，使汽液更易分散，產生更大的相際界面，提高傳質。
本實用新型提供的浮閥塔板，應用空氣/水和空氣、氧氣/水體系進行了塔板流體力學試驗和傳質試驗研究，并和通用的F-1型浮閥塔板壓降進行了對比，圖8示出了兩種塔板典型的干板壓降的對比結果，圖中ΔPd為干板壓降，F(xiàn)s為空塔動能因數(shù)?！鵀镕-1型塔板的壓降曲線，+++為本實用新型(Super Eagle Tray)塔板的壓降曲線。由圖8可以看出，在浮閥全開前，本實用新型Super Eagle浮閥塔板的壓降略高于F-1型浮閥塔板，而在浮閥全開后，塔板壓降隨氣速變化的斜率降低。在氣速達到一定程度后壓降低于F-1型浮閥塔板。前者是提高低負荷時塔板效率，降低泄漏的保證，而后者則是降低降液管液封高度，提高降液管液相處理能力的保證。
試驗結果表明，帶翼浮閥塔板(Super Eagle Tray)克服了圓閥閥體易于脫落和返混的缺點，比普通長條形類浮閥塔板提高了機械強度，安裝簡便，操作平穩(wěn)。大大降低了塔板上的液面落差，改善了塔板入口泄漏的問題，同時，也降低了塔板弓形區(qū)的液體返混，全開后的塔板壓降大幅度降低，從而提高降液管的液相處理能力，具有很大的操作彈性范圍。本實用新型的帶翼結構和齒邊結構增大了汽液相間的接觸面積，減少了“死區(qū)”，使得實際塔板效率大為提高。本浮閥塔板廣泛適用于各類常壓和加壓下的汽液傳質操作，特別是大型和超大型塔設備。
權利要求1．一種帶翼浮閥塔板，由浮閥和塔板組成，塔板上開有帶園弧導角的長條形平直閥孔和/或帶園弧導角的長條形文丘里閥孔，浮閥安裝在塔板的閥孔中，浮閥長度方向順液流，其特征在于浮閥(1)由閥體(101)、閥翼(102)、閥腿(110)組成，閥翼(102)位于浮閥(1)的閥體(101)上端沿長度方向兩側，閥翼(102)和閥體(101)中間有閥翼中間支撐(107)，兩端有閥翼端支撐(108)，閥腿(110)位于閥體(101)沿長度方向兩端下部。
2．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于閥翼(102)帶有“∩”形向下的翻邊(103)結構，閥翼(102)的兩邊為直邊或沖壓成齒狀結構，即閥翼內齒邊(105)和閥翼外齒邊(106)。
3．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于閥體(101)略帶拱形，閥體(101)的兩邊為直邊或沖壓成齒狀結構，即閥體齒邊(104)，沿閥體(101)長度方向的中心線上有一條帶淚孔(113)的錐形條(112)。
4．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于閥腿(110)上有閥腳(111)，閥腳(111)上有閥腿脖(1111)和閥腳指(1112)，閥腿(110)為弧形彎邊結構(1101)，即直接彎曲閥腳脖(1111)或彎曲閥腳(111)的兩個腳指(1111)，兩條閥腿(110)的高度相等或一端高于另一端，較長的閥腿(110)安裝在液體流動的上游，在位于液體流動上游的閥腿(110)開有一個初始支撐(109)。
5．根據(jù)權利要求1或2或3所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于閥體(101)和閥翼(102)的各齒邊形式為三角形齒邊(301)、或內直矩形齒邊(302)或內直梯形齒邊(303)或內直三角形齒邊(304)或內弧外直角矩形齒邊(305)或內直外弧三角形齒邊(306)或梯形齒邊(307)或內直外弧矩形齒邊(308)或內弧梯形齒邊(309)或弧角三角形齒邊(310)或弧角矩形齒邊(311)或弧角梯形齒邊(312)或其中二種或二種以上齒邊的任意組合，閥體(101)的兩個側邊與閥翼(102)有相近或相同的齒邊。
6．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于閥體(101)為長條形或橢園形或菱形或梯形閥體或以上二種或二種以上形狀的任意組合。
7．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于浮閥閥體(101)兩端的形狀相同或一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端為液體流動方向的下游。
8．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于閥孔(21)形狀為矩形弧角孔或梯形園弧孔或矩形園弧孔或橢園孔或梯形弧角孔或橢園弧孔或菱形弧角孔或以上二種或二種以上孔的任意組合。
9．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于塔板(2)上閥孔(21)的排列方式采用順排或錯排方式，閥孔(21)處的塔板厚度為2～10mm，導角弧度的曲率半徑為3～20mm。
10．根據(jù)權利要求1所述的帶翼浮閥塔板，其特征在于浮閥閥體(1)和閥孔(21)的長度為20～250mm，寬度為5～80mm，浮閥閥體(1)長度略長于閥孔(21)長度，閥腿(109)間距略小于閥孔(21)長度，浮閥閥體(1)的寬度大于閥孔(21)的寬度，閥腿(109)的投影寬度略小于閥孔(21)的寬度，閥腿(109)的高度為7～25mm。
專利摘要本實用新型涉及一種浮閥板式塔內件。由浮筒單體和塔板組成,浮閥為帶向下翻邊雙翼的長條形閥體結構,塔板上開有平直長條形閥孔和/或文丘里型長條形閥孔,浮閥置于閥孔中并與塔板掛接,浮閥在閥孔中升降自如。與已有技術相比,本實用新型的塔板效率很高,并有較大的操作彈性和處理能力。壓降較低,霧沫夾帶和泄漏量小;浮閥與閥孔無銳邊接觸、無磨損,浮閥不易脫落。適用于超大型常、加壓體系的精餾、吸收和汽提塔設備中。
文檔編號B01D3/14GK2310609SQ9724962
公開日1999年3月17日 申請日期1997年11月24日 優(yōu)先權日1997年11月24日
發(fā)明者劉艷升, 李航勝, 曹睿, 蔣榮興, 張萬有, 沈復 申請人:石油大學(北京)