專利名稱：U型帶翼浮閥塔板的制作方法
技術領域：
本實用新型主要用于石油和化學加工工業精餾塔中的一種“U”型帶翼浮閥塔板。
現已有近數十種不同結構的浮閥塔板技術提出。通過工業應用實踐表明，無論是現有的長條型類浮閥塔板，例如導向浮閥塔板(專利號ZL91215110.2)、HTV船形浮閥塔板、梯形浮閥塔板(專利號ZL92208360.6)等，還是現有的圓形類浮閥塔板，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出極為優良的性能，但也不同程度地反映出了其它一些性能和結構上的缺陷和不足。
從閥體機械結構或構型上劃分，現有的浮閥塔板大體上可劃分為圓形類浮閥塔板和長條型類浮閥塔板兩大類，在實際操作中，這兩類浮閥塔板分別存在如下問題圓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(弓形區)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；可以排出較圓孔更大的開孔率，從而提高了處理能力；但是條形類塔板在開孔率增大后塔板的機械強度會變差，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；而浮閥順液流排列的長條形類浮閥塔板，返混小于圓形類浮閥塔板，但對塔板滯流區(弓形區)的返混無太大改進。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，但部分浮閥的逆液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。
由于浮閥塔板板面上凸起的浮閥元件會增加塔板上液流的阻力，所以浮閥塔板上的液面梯度較開孔類塔板(如篩孔塔板)更大，尤其是對大型和超大型塔設備，使得氣體在液體流動方向上分布不均，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，這種結構在一定程度上增加了氣體水平方向的動量，是一種改善板上液面梯度的優良構思，但由于氣體流動和塔板上的浮閥元件對液體流動阻力較大，閥體未全開前，導向孔氣速較低，導向作用并不非常明顯，反而有使氣體短路之嫌，所以單純在閥體上開導向孔并不能很好地消除液面梯度。
目前所有類別的浮閥塔板在霧沫夾帶、泄漏和壓降綜合性能上均未達到理想的水平，現有各類浮閥塔板的板效率比較接近，在最適宜的操作范圍內甚至與非專利性篩孔塔板相當，但是與填料塔相比，浮閥塔板受塔板結構限制，所能提供的汽、液相接觸面積遠不如填料那樣大。
本實用新型的目的在于提供一種提高塔板的汽相和液相處理能力，傳質效率，操作彈性和操作靈活性，降低塔板的壓降和液面梯度，減小返混，改善塔板滯流區的液體流動和汽液接觸狀況和傳質性能，改善塔板機械強度和機械結構的操作靈活性，改善塔板的抗污、抗結垢、抗結焦等性能的U型帶翼結構的浮閥塔板。
本實用新型是這樣實現的，由浮閥1、塔板2組成，浮閥1安裝在塔板2的閥孔21中并與塔板2掛接，浮閥1由閥體101、閥翼102、閥翼翻邊103、閥翼開孔104、閥翼齒邊105、閥體淚孔106、初始開度支撐107、閥腿108、閥腳109、閥腿開孔110、閥腿彎邊110構成，閥體101呈凹型結構，閥翼102位于浮閥1的閥體101上端沿長度方向的兩側，閥翼102為閥體101沿徑向的延伸，整個閥體101與閥翼102共同構成流線形圓滑過渡的“U”形結構，閥翼102帶有“∩”形向下的翻邊103，兩邊閥翼102上沖有閥翼開孔104(或向下張口的噴射縫)，閥翼102上有閥翼齒邊105，閥體101上沖有初始支撐107，沿閥體101長度方向的中心線上開有淚孔106，閥腿108位于閥體101沿寬度方向兩端下部，閥腿上有閥腳109，閥腿108上有閥腿彎邊110。
閥體101可以是長條形、橢圓形、菱形、梯形，也可以是以上形狀的任意組合，閥體101兩端的形狀相同，也可以一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液體流動方向的下游，浮閥閥體101和閥孔21的長度為50～300mm，寬度為10～100mm，閥體101長度略大于閥孔21長度，閥體101寬度大于閥孔21的寬度。
兩條閥腿108的高度相等，也可以一端高于另一端，較長的閥腿108安裝在液體流動的下游，閥腿的高度為3～30mm，閥腿108的間距略小于閥孔21長度，閥腿108的投影寬度略小于閥孔21的寬度。
閥翼開孔104可以是一條，也可以是多條向下敞口的噴射縫，可以是一排，也可以是多排噴射孔。
閥腳109上有閥腳脖1091和閥腳趾1092，淚孔106為1～3個，孔徑為2～10mm。
閥翼齒邊105的邊為直邊，也可以沖壓成齒狀結構。
塔板2上開有帶園弧導角的平直長條形閥孔21，也可以是帶園弧導角的文丘里型長條形閥孔21，文丘里型閥孔21有翻邊，閥孔21的排列方式采用順排，也可以錯排。
閥孔21形狀為矩形，也可以是梯形、橢圓、梯形、菱形，也可以是以上形狀的任意組合，閥孔導角弧度的曲率半徑為3～20mm。
塔板2上閥孔21處的塔板厚度為2～10mm。
本實用新型優點在于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，浮閥不易脫落，易于檢修，操作平穩；2．本實用新型與常規使用的F1型浮閥塔板相比，塔板的霧沫夾帶和泄漏量分別降低30％～40％，氣體上限處理能力提高25％，大大降低了塔板上的液面落差，改善了塔板弓形區的液體返混，全開后的塔板壓降大幅度降低，降液管的液相處理能力提高20％，操作彈性范圍增大，實際塔板效率提高10％～20。
3．由于特殊的閥體結構，本實用新型可適用與中等結焦體系，并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為本實用新型浮閥1閥翼上開噴射縫的立體示意圖圖2為本實用新型浮閥1閥翼上開噴射孔的浮閥立體示意圖圖3為本實用新型塔板2的閥孔21錯排排列方式結構示意圖圖4為本實用新型塔板2的閥孔21順排排列方式結構示意圖圖5為本實用新型浮閥塔板的閥孔21平直長條形閥孔結構示意圖圖6為本實用新型浮閥塔板的閥孔21文丘里型長條形閥孔結構示意圖圖7為浮閥塔板操作時浮閥處于全關狀態示意圖圖8為浮閥塔板操作時浮閥處于全開狀態示意圖圖9為閥腿與塔板的掛接方式示意圖
圖10為彎曲閥腳脖及彎曲閥腳趾示意圖
圖11為本實用新型與已有技術的干板壓降對比圖。
以下結合附圖對本實用新型做進一步描述本實用新型由浮閥1、塔板2組成，浮閥1安裝在塔板2的閥孔21中并與塔板2掛接，浮閥1由閥體101、閥翼102、閥翼翻邊103、閥翼開孔104、閥翼齒邊105、閥體淚孔106、初始開度支撐107、閥腿108、閥腳109、閥腿開孔110、閥腿彎邊110構成，閥體101呈凹型結構，閥翼102位于浮閥1的閥體101上端沿長度方向的兩側，閥翼102為閥體101沿徑向的延伸，整個閥體101與閥翼102共同構成流線形圓滑過渡的“U”形結構，閥翼102帶有“∩”形向下的翻邊103，兩邊閥翼102上沖有閥翼開孔104(或向下張口的噴射縫)，閥翼102上有閥翼齒邊105，閥體101上沖有初始支撐107，沿閥體101長度方向的中心線上開有淚孔106，閥腿108位于閥體101沿寬度方向兩端下部，閥腿上有閥腳109，閥腿108上有閥腿彎邊110。
閥體101可以是長條形、橢圓形、菱形、梯形，也可以是以上形狀的任意組合，閥體101兩端的形狀相同，也可以一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液體流動方向的下游，浮閥閥體101和閥孔21的長度為50～300mm，寬度為10～100mm，閥體101長度略大于閥孔21長度，閥體101寬度大于閥孔21的寬度。
兩條閥腿108的高度相等，也可以一端高于另一端，較長的閥腿108安裝在液體流動的下游，閥腿的高度為3～30mm，閥腿108的間距略小于閥孔21長度，閥腿108的投影寬度略小于閥孔21的寬度。
閥翼開孔104可以是一條，也可以是多條向下敞口的噴射縫，可以是一排，也可以是多排噴射孔。
閥腳109上有閥腳脖1091和閥腳趾1092，淚孔106力1～3個，孔徑為2～10mm。
閥翼齒邊105的邊為直邊，也可以沖壓成齒狀結構。
塔板2上開有帶園弧導角的平直長條形閥孔21，也可以是帶園弧導角的文丘里型長條形閥孔21，文丘里型閥孔21有翻邊，閥孔21的排列方式采用順排，也可以錯排。
閥孔21形狀為矩形，也可以是梯形、橢圓、梯形、菱形，也可以是以上形狀的任意組合，閥孔導角弧度的曲率半徑為3～20mm。
塔板2上閥孔21處的塔板厚度為2～10mm。
本實用新型由浮閥1和塔板2組成，浮閥1安裝在塔板2的閥孔21中并與塔板2掛接，浮閥1由閥體101、閥翼102、閥翼翻邊103、閥翼開孔104、閥翼齒邊105、閥體淚孔106、初始開度支撐107和閥腿108組成，閥翼102位于浮閥1的閥體101上端沿長度方向的兩側，閥翼102為閥體101沿徑向的延伸，整個閥體101與閥翼102共同構成流線形圓滑過渡的“U”形結構，這種流線型氣體流動結構，可以有效地降低塔板壓降，提高降液管的液相處理能力。
通過在浮閥1上設置閥翼102，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”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，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帶有“∩”形向下的翻邊結構103，閥翼102的邊為直邊或沖壓成齒狀結構，即閥翼齒邊105，閥翼102的齒邊105可以是三角形齒邊，或內直矩形齒邊，或內直梯形齒邊，或內直三角形齒邊，或內弧外直角矩形齒邊，或內直外弧三角形齒邊，或梯形齒邊，或內直外弧矩形齒邊，或內弧梯形齒邊，或弧角三角形齒邊，或弧角矩形齒邊，或弧角梯形齒邊，或以上二種或二種以上齒邊的任意組合，齒邊結構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，提高傳質效率。閥翼102選用不同邊形，主要是針對不同操作物系而言的，對清潔、不易結垢、結焦的物系建議采用齒邊結構，這樣可以增大汽液相間接觸面積；而對骯臟、易結垢、結焦的物系建議采用直邊結構，避免在操作中出現堵塞、淤積或結焦嚴重等情況。
閥翼102上沖有閥翼開孔104，閥翼開孔104可以是一條，也可以是多條向下敞口的噴射縫，可以是一排，也可以是多排噴射孔，這不僅可以降低閥體101兩側噴出氣體的氣速，使得塔板上的汽體分布更為均勻合理，降低氣體的初始射流速度，減少霧沫夾帶，降低塔板上由閥縫氣速向空塔氣速過渡的區間高度，降低塔板間距或提高處理能力，通過氣體在U型閥體內產生強烈的汽液湍動，增加汽液傳質效率，也可以避免固相在閥體內沉積，具有自清洗作用。
閥翼102的齒邊105可以是三角形齒邊，或內直矩形齒邊，或內直梯形齒邊，或內直三角形齒邊，或內弧外直角矩形齒邊，或內直外弧三角形齒邊，或梯形齒邊，或內直外弧矩形齒邊，或內弧梯形齒邊，或弧角三角形齒邊，或弧角矩形齒邊，或弧角梯形齒邊，或以上二種或二種以上齒邊的任意組合，齒邊結構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，提高傳質效率。閥翼102選用不同邊形，主要是針對不同操作物系而言的，對清潔、不易結垢、結焦的物系建議采用齒邊結構，這樣可以增大汽液相間接觸面積；而對骯臟、易結垢、結焦的物系建議采用直邊結構，避免在操作中出現堵塞、淤積或結焦嚴重等情況。
閥體101可以是長條形、橢圓形、菱形、梯形，也可以是以上形狀的任意組合，閥體101兩端的形狀相同或一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端為與液體流動方向的下游，在閥體101上沖有初始開度支撐107，以防操作時浮閥1膠著在塔板2上，沿閥體101長度方向的中心線上開有1～3個淚孔106，以便于塔停工后，排出閥體內部積存的液體，淚孔直徑在2～10mm。
閥腿108位于位于閥體101沿寬度方向的兩端下部，閥腿108上有閥腳109，閥腳109上有閥腳脖1091和閥腳趾1092。為了適應閥孔21的弧度，閥腿108采有弧形閥腿彎邊110，圖5示出了浮閥1在閥孔21中的安裝方法，可采用直接彎曲“閥腳脖”1091或彎曲閥腳趾1092，使本實用新型的浮閥1與閥孔21掛接，兩條閥腿108的高度相等或一端高于另一端，較長的閥腿108安裝在液體流動方向下游，具有液流導向作用，可用于塔板的弓形區消除液體滯流區。
閥孔21的四角為圓弧導角，既可采用平直長條型閥孔，也可采用帶向上或向下翻邊的文丘里型閥孔21，或二者結合，實際應用要視具體生產要求而定。由于該閥孔21形式減緩了應力集中，塔板2的機械強度大為改善；采用文丘里型閥孔21也可增加閥孔的機械強度，還能降低氣體通過閥孔21的阻力，降低塔板的壓降和泄漏量。
根據工藝條件不同，閥孔21的排列方式采用順排或錯排，閥孔21形狀與閥體101的形狀相配，可以是矩形、梯形、橢圓、菱形，也可以以上孔的任意組合，這種結構可以提高塔板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，使之能應用于大型和超大型塔設備。
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劣的一個重要原因，浮閥1和閥孔21的長度為50～300mm，寬度為10～100mm，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，浮閥閥體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3～30mm。
通過浮閥1的操作過程描述了本實用新型浮閥塔板的結構特點，圖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，汽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引起的摩擦阻力，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出口中的汽速，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汽速過渡到空塔汽速所需的空間高度增加。在相同塔板間距時，塔設備的汽體處理能力降低。由于本實用新型的浮閥塔板浮閥101的分散作用，使得汽體通過浮閥1后，汽速很快由閥孔汽速降低到空塔汽速，增加了塔板的汽相處理能力，同時增加了汽體在液層中的壓降，降低了通過塔板的干板壓降，因而具有更大的降液管處理能力。
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，Fs為空塔動能因數，ΔΔΔ為F-1型浮閥塔板的壓降曲線，+++為本實用新型塔板的壓降曲線。由圖可以看出，在浮閥全開前，本實用新型浮閥塔板的壓降略高于F-1型浮閥塔板，而在浮閥全開后，塔板壓降隨氣速的變化的斜率降低。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。
權利要求1．一種用于石油和化學加工工業精餾塔中的U型帶翼浮閥塔板，由浮閥(1)、塔板(2)組成，浮閥(1)安裝在塔板(2)的閥孔(21)中并與塔板(2)掛接，其特征在于浮閥(1)的閥體(101)呈凹型，閥翼(102)位于閥體(101)上端的兩側，閥翼(102)為閥體(101)的延伸，整個閥體(101)與閥翼(102)共同構成流線形圓滑過渡的U形結構，閥翼(102)帶有“∩”形向下的翻邊(103)，兩邊閥翼(102)上沖有噴射孔(104)，閥體(101)兩側沖有初始開度支撐(107)的凹槽，沿閥體(101)底部中心線上開有淚孔(106)，閥腿(108)位于閥體(101)兩端下部，閥腿上有閥腳(109)，閥腿(108)上有閥腿彎邊(110)。
2．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于閥體(101)可以是長條形、橢圓形、菱形、梯形，也可以是以上形狀的任意組合，閥體(101)兩端的形狀相同，也可以一端的尺寸大干另一端，小尺寸的一端位于液體流動方向的下游，浮閥閥體(101)和閥孔(21)的長度為50～300mm，寬度為10～100mm，浮閥閥體(101)的長度長于閥孔(21)的長度，閥體(101)的寬度大干閥孔(21)的寬度。
3．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于兩條閥腿(108)的高度可以相等，也可以一端高于另一端，較長的閥腿(108)安裝在液體流動的下游，閥腿的高度為3～30mm，閥腿(108)間距小于閥孔(21)長度，閥腿(108)的投影寬度小于閥孔(21)的寬度。
4．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于閥翼開孔(104)可以是一條，也可以是多條噴射縫，可以是一排，也可以是多排噴射孔。
5．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于閥腳(109)上有閥腳脖(1091)和閥腳趾(1092)。
6．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于淚孔(106)為1～3個，孔徑為2～10mm。
7．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于閥翼齒邊(105)的邊為直邊，也可以沖壓成齒狀結構。
8．根據權利要求1所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于塔板(2)上開有帶園弧導角的平直長條形閥孔(21)，也可以是帶園弧導角的文丘里型長條形閥孔(21)，文丘里型閥孔(21)有翻邊。
9．根據權利要求1、8所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于閥孔(21)的排列方式采用順排，也可以錯排。
10．根據權利要求1、8所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于閥孔(21)形狀為矩形，也可以是梯形、橢圓、菱形，也可以是以上形狀的任意組合，閥孔(21)導角弧度的曲率半徑為3～20mm。
11．根據權利要求1、8所述的U型帶翼浮閥塔板，其特征在于塔板(2)上閥孔(21)處的塔板厚度為2～10mm。
專利摘要一種用于石油和化學加工工業精餾塔中的“U”型帶翼浮閥塔板,浮閥1由閥翼102、閥翼開孔104、閥翼齒邊105、閥體淚孔106等組成,整個閥體與閥翼共同構成流線形圓滑過渡的“U”形結構,浮閥升降自如且不易脫落,浮閥與閥孔無明顯磨損,塔板的霧沫夾帶和泄漏量降低,氣體上限處理能力提高,降低塔板上的液面落差,改善了塔板弓形區的液體返混,降液管的液相處理能力提高20%,操作彈性范圍增大,實際塔板效率提高10%～20%。
文檔編號B01D3/14GK2351172SQ9920031
公開日1999年12月1日 申請日期1999年1月14日 優先權日1999年1月14日
發明者劉艷升, 蔣榮興, 曹睿, 張萬有, 沈復, 李志強 申請人:中國石油化工集團公司, 石油大學(北京), 中國石化北京設計院