|
|
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" (рисунок справа):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 3 - коническое углубление; 4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема; 6 - ограничители начального зазора |
|
|
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 (рисунок справа):
1 - полотно тарелки; 2 - клапан; 4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема; 6 - ограничители начального зазора |
|
|
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:
1 - полотно тарелки;
2 - клапан;
4 - направляющие;
5 - ограничители вертикального подъема;
6 - ограничители начального зазора;
7 - балласт;
9 - рычаг;
10 - болт |
|
|
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 |
|
|
|
