一种超大型塔的多溢流塔盘及塔的制作方法

1.本实用新型涉及板式塔设备的塔内构件，具体地，涉及一种超大型塔的多溢流塔盘及塔。


背景技术：

2.随着化工装置建设规模的大型化发展，单装置塔设备直径趋于大型化和超大型化，很多板式塔直径设计需要超过十米。在没有深入的技术研究和技术开发之前，一些工程项目采用传统设计方法和结构对超大直径的塔设备进行工程设计产生极大问题。如某公司90万吨/年丙烷脱氢装置丙烷丙烯分离塔（1#塔塔径φ11900mm，塔盘层数118层，2#塔塔径φ11300mm，塔盘层数133层），实际开车效果远无法达到希望的理论设计值，核算单板效率只有70%左右，有些装置的实际开车情况更差。大型化装置塔器的不正常开车给企业造成巨大的经济损失。
3.国内外经典的板式塔水力学理论计算公式均是在实验室数据基础上得到的拟合回归的半经验公式。由于实验条件限制，这些计算公式的应用都有一定的局限条件，采用这些计算公式核算超大直径的塔盘内件结构出现理论计算与实际结果的极大偏差。经典的水力学理论计算公式不能反映传统设计的大型板式塔的实际情况。
4.相关研究表明，由于板式塔的大型化，过大的板上液面梯度严重影响气体的均匀流动，使得气液不能充分接触、板效率大大降低。通过对多套超大型板式塔开车情况进行分析对比也得到相同的结论。目前，相关解决问题的技术开发和研究大多局限于对阀体推液作用和板上推液结构的研究，而这些办法对降低大型板式塔液面梯度的作用有限。实际基于传统结构加上板上推液结构的设计仍然无法保证实现超大直径塔板的合理效率。
5.如何解决板式塔大型化产生的板上液面梯度过大和气液分布不均匀而影响塔板效率的问题成为重要的必须解决的关键问题。


技术实现要素：

6.本实用新型在国内外首次提出多溢流塔盘结构的理念，对于化工装置规模大型化、塔直径超大型化的应用具有极其重要的意义。
7.本实用新型的目的是对于超大直径的塔提供多溢流塔盘技术，通过合理的设计，能够减小塔盘板上液相流程长度，降低板上液面梯度，使塔盘板上液相流程长度和溢流强度均在合理的范围之内，避免由于设计不合理使超大型塔实际操作时产生塔内气液分布不均匀、板效率下降的问题。
8.为实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：
9.所述多溢流塔盘是指塔盘板面沿径向分割为八个及以上相互独立、且相互平行的传质区域，所述传质区域数量对应溢流程数，所述传质区域的两侧分别沿径向设有降液管区域和受液盘区域，所述传质区域塔盘板面上设置传质元件使由下至上穿过传质元件的气相与塔盘上水平流动的液相相互接触实现气液传质。
10.所述多溢流塔盘的传质区域的宽度为300mm~2000mm，优选为600mm~1400mm，更优选为800mm~1200mm。
11.所述传质区域塔盘板面上设置传质元件，所述传质元件可以设计为在一定开孔率的塔盘板上安装圆形、矩形、或梯形等各种规格的任意一种或多种组合的浮阀结构，也可设计采用在塔盘板上直接冲压成各种规格的圆形、矩形或梯形的固阀结构；传质区域的塔盘也可以采用在塔盘板上直接冲压而成的各种规格的圆形、正方形、多边形开孔的平板筛孔塔盘结构，或波纹筛孔塔盘结构，或双曲波纹筛孔塔盘结构等型式，优选为条形固阀塔盘结构。
12.所述降液管由两个垂直侧板组成直筒型结构，或由两个下端向降液管内侧倾的斜板组成上宽下窄降液管结构，降液管区域宽度为300mm~2000mm。
13.所述降液管如果其横向一侧与塔壁相连则为边降液管，如果降液管区域横向两侧均与传质区域相连则为中间降液管，所述边降液管的宽度一般为中间降液管的一半宽度。
14.所述降液管可以设计为伸入下层塔盘上设置的受液盘液封槽之内的结构，也可设计为与下层塔盘保留一定高度间隙的悬挂式降液管等结构型式，优先地采用悬挂式降液管结构，悬挂式降液管底面与下层塔盘板面高度间隙为20mm~200mm。
15.所述受液盘设置为平面型或凹陷型，也可以设置一定数量的鼓泡促进结构或加设传质元件。所述受液盘区域设置的传质元件与传质区域一般设置为不同，受液盘区域的传质元件设计具有更强的推液作用，并且可以有效地增大板上传质区域的面积，并有利于降低塔盘液面梯度，促进板上液层向降液管出口方向流动。受液盘区域的宽度为50mm-1000mm。
16.所述受液盘如果其横向一侧与塔壁相连则为边受液盘，如果受液盘区域横向两侧均与传质区域相连则为中间受液盘，所述边受液盘的宽度一般为中间受液盘的一半宽度。
17.首先，本实用新型首次提出超大型塔的多溢流塔盘的设计理念，以解决超大型板式塔由于液面梯度大、气液分布不均匀造成的塔盘效率降低的问难题。以八溢流塔盘与六溢流塔盘相比较来说，八溢流塔盘由于传质区域增加，对应的流道长度随之降低，具体的，流道长度降低20%~30%、八溢流塔盘的总溢流堰长度相对于六溢流塔盘的总溢流堰长度增加20%~30%；随着总溢流堰长度的增加，相对应的溢流强度也会降低，具体的，溢流强度降低20%~30%；由于流道长度和溢流强度的降低，可以有效的降低塔盘上的绝对液面梯度，具体的，塔盘上的绝对液面梯度可降低30%~50%。因此八溢流塔盘可以有效解决超大型塔中的塔盘由于液面梯度大、气液分布不均匀造成的塔盘效率低的关键难题。
18.再者，所述多溢流塔盘设计计算方法及设计参数控制原则与现有六溢流或双溢流等塔盘的计算方法不同。
19.进一步的，所述多溢流塔盘设计应用于超大直径塔器中，塔体直径一般不小于10米。
20.更进一步的，在采用同样设计思想的基础上，本实用新型所述多溢流塔盘可以设计为八溢流塔盘、九溢流塔盘、十溢流塔盘、十一溢流塔盘、十二溢流塔盘和十三溢流塔盘结构型式，相对应的，所述传质区域为8个、9个、10个、11个、12个、13个或以上。
21.当然，分割不同数量的传质区域塔盘应用直径范围可以相互重叠。比如，对于10~14米直径的塔器，可以采用八溢流塔盘结构；对于直径11~15米直径的塔器，可以采用九溢
流塔盘结构；对于直径12~16米直径的塔器，可以采用十溢流塔盘结构；对于直径13~17米直径的塔器，可以采用十一溢流塔盘结构；对于直径14~18米直径的塔器，可以采用十二溢流塔盘结构；对于直径15~19米直径的塔器，可以采用十三溢流塔盘结构，依此类推。
22.进一步的，同一塔器内根据塔内各层塔盘处的气液负荷变化而可以将不同层的塔盘设置为相同的传质区域数量或不同数量的传质区域数量，以实现各层塔盘气液传质效率的最大化。比如精馏塔中精馏段使用十溢流塔盘结构，同塔器中的提馏段使用八溢流塔盘结构。
23.另一方面，本实用新型还提供一种塔，在所述塔中平行安装多层上文所述的多溢流塔盘，所述多溢流塔盘水平安装于塔内，且相邻上下层塔盘的降液管位置与受液盘位置相互对应。
24.进一步的，在所述同一塔内的不同层的塔盘可以设置为相同数量的传质区域或不同数量的传质区域。
25.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
26.本实用新型有效地解决了超大直径塔液面梯度过大问题，同时控制板上溢流强度，使塔盘的结构设计参数均处于合理的设计范围之内，从而避免了超大型塔气液分布不均匀的产生，保证了超大直径塔的塔盘传质效率，使化工装置的大型化得以实施。
附图说明
27.图1为实施例1中八溢流奇数层塔盘结构平面布置示意图；
28.图2为实施例1中八溢流偶数层塔盘结构平面布置示意图；
29.图3为本实用新型轴向截面的两层八溢流塔盘布置示意图；
30.图4为本实用新型另一种轴向截面的一层八溢流塔盘布置示意图
31.图5为本实用新型九溢流塔盘结构平面布置示意图；
32.图6为本实用新型十溢流奇数层塔盘结构平面布置示意图；
33.图7为本实用新型十溢流偶数层塔盘结构平面布置示意图；
34.图8为本实用新型十一溢流塔盘结构平面布置示意图；
35.图9为本实用新型十二溢流奇数层塔盘结构平面布置示意图；
36.图10为本实用新型十二溢流偶数层塔盘结构平面布置示意图；
37.图11为本实用新型八溢流塔盘应用于内径大于八米的塔器中的部分结构示意图；
38.图中：1、传质区域，2、降液管，3、受液盘，4、传质元件，5、降液管侧板，6、降液管底板，7、塔体，8、出口堰，9、边降液管，10、边受液盘。
具体实施方式
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“水平”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.实施例1
44.如图1-4所示，本实施例展示一种八溢流塔盘设计技术方案。
45.该八溢流塔盘为圆形塔盘，所述圆形塔盘的板面在塔水平截面沿径向方向分割为八个相互独立、且相互平行的传质区域1，每个传质区域1的宽度为300mm~2000mm，优选为600mm~1400mm，更优选为800mm~1200mm。
46.所述传质区域1板面上加设直接冲压而成矩形或梯形组合的固阀结构传质元件4。
47.所述传质区域1的两侧分别沿径向设有降液管2和受液盘3，图3中所示的受液盘3两端的竖线不代表是凸起，仅为区分作用。
48.所述降液管2区域宽度为300mm~2000mm。
49.所述降液管2设有降液管侧板5和降液管底板6，所述降液管侧板5上端设有出口堰8。
50.所述降液管侧板5的下端设计为内倾斜板而形成上宽下窄降液管结构（见图3），或降液管2设有两个侧板5组成直筒型结构（见图4）。
51.所述受液盘的宽度为50mm~1000mm。
52.实施例2
53.如图11所示，本实施例展示将实施例1所述的一种八溢流塔盘应用于塔中的结构，在塔中平行安装多层八溢流塔盘，所述塔盘水平设置于塔器内，且所述上下层塔盘的降液管2位置与受液盘3位置相互对应。
54.在实际应用中，多溢流塔盘在塔内按奇数层和偶数层塔盘由上至下交替排布；图1所示为奇数层塔盘结构的示意图，此时与塔体7内壁相连的降液管为边降液管9，所述边降液管9的宽度为塔盘中间的降液管2宽度的一半；图2所示为偶数层塔盘结构的示意图，此时与塔体7内壁相连的受液盘为边受液盘10，所述边受液盘10的宽度为塔盘中间的受液盘3宽度的一半。
55.所述降液管2结构采用悬挂式降液管结构型式。降液管2下端面与下层塔盘板面之间为20mm~200mm的高度空间。
56.实施例3
57.如图1、图2，图5-图10所示，与实施例1中的八溢流塔盘结构采用相同的设计思路，由于本实用新型所述的多溢流塔盘为对称结构，在实际应用中，上一层塔盘的降液管2对应下一层塔盘的受液盘3，因此，八溢流、十溢流、十二溢流此类的偶数溢流程数的上下两层塔盘的结构设置不同；而奇数溢流程数的塔盘，上下两层塔盘旋转180
°
后完全一致，因此，九
溢流、十一溢流、十三溢流塔盘只需一种结构设置即可。
58.实施例4
59.本实施例展示实施例1中的八溢流塔盘应用在90万吨/年丙烷脱氢装置丙烷丙烯分离塔中的技术方案。
60.该丙烷丙烯分离塔设计塔直径为φ10800mm，设计需要多溢流塔盘层数为210层塔盘，其中精馏段设计为145层塔盘，提馏段设计为65层塔盘。由于本塔直径过大，塔内设计气液负荷已经达到极限程度，合理的能够保证塔盘效率的工程设计难度很大。
61.根据本分离物系特点，采用本实用新型的八溢流塔盘技术，设计的八个塔盘传质区域1，控制每个传质区域1的流道长度为0.9米（如图1中w1=0.9m）、降液管2的宽度为0.7米（如图1中2
×
w2=0.7m）、受液盘3的宽度为0.2米（如图1中2
×
w3=0.2m）。
62.为控制塔板压降，保证塔板效率，设计传质元件采用条形固阀塔盘结构，传质区域1控制塔盘开孔率在16%左右，核算核算塔板压降300~1200pa、雾沫夹带率小于10%、降液管2泛点率小于80%、降液管2停留时间3秒以上，均在合理设计限制条件以内。
63.本实施例的降液管2采用悬挂式降液管结构，降液管2的底部敞口设计宽度80mm，根据精馏段和提馏段的液相负荷不同，保证降液管2有合理的液相停留时间。
64.根据精馏段和提馏段的液相负荷不同，本实用新型的降液管2底部敞口与下层塔盘面距离分别控制为60mm和80mm，保证实现降液管2的液封。
65.受液盘3的宽度为200mm、边受液盘10的宽度为100mm，受液盘3上开设鼓泡促进器结构，可以有效地增大板上传质区域1的面积，并有利于降低塔盘液面梯度。
66.本实施例所述的多溢流塔盘结构型式，设计控制塔盘各传质区域的流程长度、溢流强度、液面梯度等均在合理限定条件范围之内，可以保证塔板效率达到单板效率90%以上，进而可以保证90万吨/年丙烷脱氢装置丙烷丙烯分离塔的分离效率满足设计工艺指标要求的产品质量，即塔顶丙烯纯度达到99.65%以上，塔顶丙烯含量小于0.3%。
67.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。