ProfitCentr - рекламное агентство

Клапанные тарелки

Характерной чертой клапанных тарелок является увеличение их проходного сечения по факту увеличения скорости газовой фазы. За счёт этого скорость газовой фазы при её выходе в слой жидкой фазы сохраняется относительно неизменной вплоть до 100%-го открытия клапана. Перекрытие отверстий в полотне тарелки клапанами с саморегулированием даёт возможность расширить диапазон рабочих нагрузок.

Развитие клапанных тарелок

Первые конструкции контактных устройств клапанного типа разработали и запатентовали в США в начале 20-х годов. В отверстиях полотна тарелки взамен статичных колпачков было предложено использовать подвижные детали в форме заклепок с развернутыми внизу стержнями. Эти конструкции проявили свою неработоспособность и, не найдя спроса в промышленности, не смогли конкурировать с колпачковым тарелкам, занимавшим в то время ведущую позицию в массообменной аппаратуре. Но идея использования на полотнах тарелок подвижных элементы, способных изменять проходное сечение полотна тарелки исходя из нагрузки по газовой фазе, сыграла значимую роль в дальнейшем развитии тарельчатых контактных устройств.

Понадобилось еще свыше 30 лет, пока не были созданы конструкции клапанных тарелок, котоыре нашли широкое промышленное применение. В 50-х годах американские производители «Koch», «Glitsch» и «Nutter» запускают в эксплуатацию первые промышленные образцы колонных аппаратов с клапанными тарелками. Тарелки проходили испытания в абсорберах, ректификационных и отпарных колоннах. Было выявлено, что клапанные тарелки, если сравнивать с колпачковыми, обладают меньшей массой и менее склонны к загрязнениям, характеризуются повышенной пропускной способностью, более высокую эффективностью массопередачи в широком интервале нагрузок по газовой (паровой) и жидкой фазам.

Первое авторское свидетельство на отечественную клапанную тарелку было получено И.Ф. Малежиком в 1961 году. Разработанная им конструкция нашла успешное применение в спиртовой промышленности. Вторая клапанная тарелка прямоточной конструкции, которую разработали в 1965 г. во ВНИИнефтемаше, нашла широкое применение в нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствах.

Конструкции клапанных тарелок

Среди распространенных на момент времени конструкций клапанных тарелок с организацией перекрестного движения фаз отдельного внимания заслуживает тарелка, которую разработала фирма "Glitsch", с дисковыми клапанами V-1, у которых направляющие с нижними ограничителями подъема изготавливаются методом штамповки совместно с клапаном и загибаются затем под прямым углом. Края клапана немного отогнуты вниз, что увеличивает местную скорость газового потока при выходе его из-под клапана. Эти тарелки долгие годы успешно применяются в промышленности и положительно себя зарекомендовали.

На рисунке справа показана конструкция тарелки с дисковыми клапанами, которая является последующей модификацией клапана V-1. В отверстиях полотна (поз.1) тарелки вставлены дисковые клапаны (поз.2), центрирующиеся тремя направляющими (поз.4), которые расположены под углом 120° и имеют нижние ограничители подъема (поз.5). Начальный просвет между кромкой диска клапана и поверхностью тарелки достигается за счёт ограничителей (поз.6). Чтобы снизить гидравлическое сопротивление в центральной части клапана сделано коническое углубление (поз.3), которое направлено навстречу потоку паровой фазы, что позволяет получить плавное обтекание диска клапана потоком паровой фазы.

Дисковый клапан фирмы Nutter
Дисковый клапан фирмы "Nutter" (рисунок справа):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 3 - коническое углубление; 4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема; 6 - ограничители начального зазора
Дисковый клапан фирмы Sulzer

Когда происходит сборка клапанных тарелок, в зависимости от поперечного сечения колонного аппарата, на полотне каждой из тарелок монтируется от нескольких десятков до нескольких тысяч клапанов. По этой причине для колонных аппаратов с большими диаметрами требуется упрощение процесса сборки клапанных тарелок. Один из вариантов конструкции клапана, значительно облегчающей сборку тарелки, представлена на рисунке слева. Направляющие (поз.4) изготовлены с упругими язычками (поз.5), котоыре ограничивают вертикальной перемещение клапана. Клапаны вставляются сверху без дополнительных приспособлений посредством нажатия на пластину клапана. При нажатии пружинящие концы направляющих (поз.4) сжимаются друг навстречу другу, а язычки-ограничители (поз.5) можно завести под полотно тарелки. Такая конструкция позволяет также снизить металлоёмкость, так как для производства клапанов используются диски, котоыре получаются при вырубке отверстий в полотне тарелки.

Дисковый клапан фирмы "Sulzer" (рисунок слева):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема; 6 - ограничители начального зазора

Силами ВНИИнефтемаш разработана тарелка с трапециевидными клапанами (рисунок справа), у которых меньшее основание трапеции направлено в сторону слива жидкой фазы. Интенсивность прямоточного движения фаз на таких тарелках определяется отношением высоты трапеции к длине ее боковой грани: чем это отношение меньше, тем прямоток на поверхности тарелки интенсивнее. Простота конструктива тарелок с трапециевидными клапанами и почти безотходная технология производства клапанов позволяет изготавливать их даже в ремонтно-механических цехах нефтеперерабатывающих заводов.

Трапециевидный клапан ВНИИнефтемаша
Трапециевидный клапан ВНИИнефтемаша (рисунок справа):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема; 6 - ограничители начального зазора
Балластный клапан V-4 фирмы Glitsch

Чтобы повысить производительность тарелки, увеличить площадь поверхности межфазного контакта и расширить диапазон стабильной работы сконструированы балластные клапанные тарелки (рисунок слева). При небольших нагрузках по паровой фазе тарелка функционирует как обычное контактное устройство с дисковыми клапанами меньшей массы. При повышении производительности дисковый клапан упирается в балласт и функционирует совместно с ним как единый клапан с утяжелением. Подобная конструкция делает возможным расширение диапазона саморегулирования и снизить сопротивление тарелки, особенно при малых нагрузках по паровой фазе.

Балластный клапан V-4 фирмы "Glitsch" (рисунок слева):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 6 - ограничители начального зазора;
7 - балласт; 8 - специальный ограничитель подъема

Интересной является конструкция прямоточной клапанной тарелки с групповым балластом, которая разработана во ВНИИнефтемаше (рисунок справа). Полотно (поз.1) тарелки выполнено с прямоугольными отверстиями, котоыре закрыты сверху клапанами (поз.2) прямоугольной формы 25 х 150 или 25 х 300 мм.

Клапаны подобной формы производятся практически безотходно, а достаточно большие габариты клапана делают возможным уменьшение их количество на полотне и снижение тем самым трудоемкости производства и затрат на изготовление тарелки. Центрирование клапанов в отверстиях полотна тарелки производится дс помощью двух направляющих (поз.4) с ограничителями (поз.5) вертикального подъёма. Каждый клапан снабжен рычагом (поз.9), один конец которого неподвижно крепится к клапану, а второй находится над тарелки в промежутке между клапанами.

При низких нагрузках по паровой фазе клапаны вертикально поднимаются упора направляющих (поз.4) в полотно тарелки. При этом тарелка функционирует в режиме перекрестного тока. Увеличение нагрузки по паровой фазе приводит к повороту клапанов, обеспечивающему выход паровой фазы в сторону слива жидкой фазы, т.е. на тарелке организуется прямоточно-перекрестный режим. Наличие рычагов (поз.9) на клапанах смещает переход от перекрестного к прямоточно-перекрестному режиму в сторону увеличенных скоростей потока паровой фазы.

Балластный клапан ВНИИнефтемаша
Балластный клапан ВНИИнефтемаша:
1 - полотно тарелки;
2 - клапан;
4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема;
6 - ограничители начального зазора;
7 - балласт;
9 - рычаг;
10 - болт
Прямоточный клапан РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

На рисунке слева приведена конструкция клапанной прямоточной тарелки с клапанами, имеющими перфорацию, в которой оптимально сочетаются увеличенная производительность прямоточных клапанных тарелок и повышенная эффективность ситчатых тарелок. В отверстиях горизонтального полотна (поз.1) смонтированы пластинчатые клапаны (поз.2), имеющие отверстия (поз.11) с козырьками (поз.12), высота которых увеличивается по направлению открытия клапанов. Наибольший угол открытия клапанов достигает 25°, при этом площадь просвета между клапаном и полотном тарелки приблизительно равняется площади отверстия в полотне тарелки.

Прямоточный клапан РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (рисунок слева):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема; 6 - ограничители начального зазора;
11 - отверстия в клапане; 12 - козырьки

Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту
SOCPUBLIC.COM - заработок в интернете!