[发明专利]一种悬臂式溢流堰

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于石油和化学加工工业板式塔中的溢流堰。

背景技术

溢流堰是板式塔的重要内构件。常规溢流堰都直接安装在塔板的出口， 可以在塔板上维持一定厚度的液层，使上升的汽相与板上流动的液相进行 充分接触传质。溢流堰的结构虽然简单，但是对塔板和降液管的处理能力、 操作稳定性，以及传质效率都有显著影响。

目前在工业中应用最普遍的为平口堰，堰板为一直板，上缘平直；当 液相负荷较低时，也可采用齿形堰，以保证低液量下塔板上的液体均匀流 动。此外，西方国家还常用一种“后掠式堰(Swept-back)”或“弧形堰” (专利号：WO-9818534)，堰板采用折边或弧形，可增加堰长，降低溢流 强度，并对改善流场有一定作用。近年来，还开发了一些有关堰或与堰相 关的降液管专利和专有技术，主要包括：

“层板塔用降液管”(即Vortex塔板)是Sulzer公司开发的专利产品 (专利号：98805791.3)，采用了形状如同旋风分离器的降液管，利用切向 进液产生的离心力可对降液管内的汽液混合物分离具有促进作用。

“一类高性能入、出口堰”是中国石油大学开发的专利产品(专利号： ZL00233539.5)，堰板采用抹斜形状，通过降低堰两侧高度，使两侧的流 动阻力降低，适当的提高塔板两侧的液流量，使弧形区域内的液体动能增 加，可以调整塔板上的液流分布，改善塔板上的汽液相接触状况，也可以 在一定程度上改善降液管内的汽液分离。

“具有多个降液管的气-液接触塔板”是shell公司开发的专利产品 (专利号：ZL01805101.4)，特点是具有多个降液管口，液体分别从降液 管的两边进入，降液管中设置多层板，主要起到防冲挡板和导向板的作用， 可防止矩形降液管两侧液体之间的对冲，改善生产能力。

目前广泛应用的普通平堰结构，从结构上存在一定局限性：

(1)当液体溢流越过堰时，会形成液体“瀑布”，把降液管内与液体 分离逸出的气体包封住不能排出，在堰板后面产生气体空腔，使得液流容 易在降液管口形成噎噻，不能正常下流，由此也会造成降液管液泛(见图 1)。

(2)普通平直板结构对塔板上流场分布的均匀性也有显著影响。因堰 板对液流具有阻挡作用，会产生液体反弹，并且塔壁会促进溢流堰附近液 流的收缩，再加上塔板上鼓泡元件及气体上升的阻滞作用，塔板上的液流 不能形成理想的平推流，特别是在堰板附近产生液体反弹区，同时在塔板 两侧还会形成液体滞留和返混区(见图2)；同时，溢流堰对液流具有阻滞 作用，堰板越高(如加压塔)，液层越厚，汽液接触时间越长，传质效率 也就越高，但气相通过塔板需要克服的阻力也越大，塔板的压力降也就越 大，处理能力会有所降低。因此，在实际工程设计中，溢流堰的尺寸和类 型都有一定的设计要求。

(3)使用常规堰时，如果操作气速较低，塔板上的液体通过鼓泡元件 的泄漏量较大，再加上液体受堰板的阻挡作用，液体将不能越过堰形成溢 流。当气体向上通过塔板鼓泡元件时，气体会受到板上液层的阻滞，因气 体是可压缩流体，只有当压力积聚到大于上面的液头压力时才能冲破液 层，因此会形成脉冲式的波动，因为此时的液层没有溢流过堰，气体波动 会引起液层的波动，而流体的波动能因为液体无法自由溢流而不能释放， 会引起间歇式的振动，当波动的脉冲频率与塔设备的固有频率一致时，就 会引起流体与设备的共振，这种共振对设备所造成的机械损坏和对操作稳 定性的破坏是巨大的，特别是对于大型设备。低于噎噻点气速下的共振现 象是普遍存在的，这些已经由实验室和工业应用得到证实。而塔板上流体 的这种波动能，只有当液体溢流越过堰以后，随着流体的自由抛射才能得 到释放，也就是说，流体与设备的共振只有当有液体越堰流入降液管才消 失。