KG-TOWER在浮閥塔水力學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用

葛仁祥

（上海索維建設(shè)工程有限公司，上海 200070）

1 前言

浮閥塔于20世紀(jì)50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用。由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛的塔型。

浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開著若干大孔（標(biāo)準(zhǔn)孔徑為39 mm），每個(gè)孔上裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。浮閥的型式很多，目前國(guó)內(nèi)已采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥型式為F1型和V4型。

F1型浮閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)約材料，性能良好，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB118-68）內(nèi)。F1型浮閥又分輕閥與重閥兩種：重閥采用厚度為2 mm的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為33 g；輕閥采用厚度為1.5 mm的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為25 g。閥片的質(zhì)量直接影響塔內(nèi)氣體的壓強(qiáng)降，輕閥壓強(qiáng)降雖小，但操作穩(wěn)定性較差，低氣速時(shí)易漏液。因此，一般情況下都采用重閥，只在處理量大并且要求壓強(qiáng)降很低的系統(tǒng)（如減壓塔）中，才用輕閥。

操作時(shí)，由閥孔上升的氣流，經(jīng)過(guò)閥片與塔板間的間隙而與板上橫流的液體接觸。浮閥開度隨氣體負(fù)荷而變。當(dāng)氣量很小時(shí)，氣體仍能通過(guò)靜止開度的縫隙而鼓泡。

浮閥塔的特點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)能力大；

（2）操作彈性大；

（3）塔板效率高；

（4）氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小；

（5）塔的造價(jià)低。

2 項(xiàng)目概況

脫氫氰酸塔（T-106）為某公司丙烯腈擴(kuò)建項(xiàng)目的重要組成部分，整套裝置年產(chǎn)丙烯腈12萬(wàn)噸，年操作時(shí)數(shù)8000小時(shí)。

脫氫氰酸塔（T-106）共有62塊浮閥塔板，由于該塔下段（干燥段）易產(chǎn)生聚合物阻塞塔板，因此，選用高性能抗污塔板比較合適，因其具有克服脫氫氰酸塔容易產(chǎn)生聚合物而堵塞塔板的能力，整塔壓降小于0.02 MPa。操作上限為正常負(fù)荷的115%，下限為正常負(fù)荷的60%。

表1 T-106 塔結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 塔內(nèi)件水力學(xué)計(jì)算

以脫氫氰酸塔（T-106）上段為例，選取PROII模擬計(jì)算書中62～43#塔板氣液負(fù)荷較大的一塊塔板（亦稱：特征塔板）作為設(shè)計(jì)依據(jù)，在LOADINGS界面設(shè)定Load1為100%負(fù)荷，Load2為60%負(fù)荷，Load3為115%負(fù)荷，根據(jù)特征塔板的氣液兩相物性數(shù)據(jù)，在Load1列Vapor項(xiàng)中依次填入Mass Rate（kg/hr）：11120，Density（kg/m3）：0.97346，Viscosity（cP）：0.005559，在Liquid項(xiàng)中依次填入Mass Rate（kg/hr）：10119，Density（kg/m3）：769.956，Suface Tension（dyne/cm）：33.065，Viscosity（cP）：0.30077。Load2和Load3氣液兩相質(zhì)量流量分別為L(zhǎng)oad1氣液兩相質(zhì)量流量的60%和115%，其余數(shù)值不變，這樣負(fù)荷數(shù)據(jù)就輸入完畢了，點(diǎn)擊“Trays”按鈕，進(jìn)入TRAY DESIGN界面，設(shè)定Tray Type為“VALVE”，Tower Diameter（mm） 為“1700”，Number of Passes為“1”，Valve Type為“Type A（V-1）”，Open Area（%）為“13”，Tray Spacing（mm）為“450”，Width Top為“180”，Weir Height（mm）為“40”，Downcomer Clearance（mm）為“30”，點(diǎn)擊“Results”按鈕，就可以看到計(jì)算結(jié)果了。如果要出計(jì)算書，可在File下拉菜單中選擇Print Preview，計(jì)算書可選擇PDF、XLS等格式，XLS格式計(jì)算書進(jìn)行簡(jiǎn)單編輯后效果如表2所示。

根據(jù)前面介紹的步驟，同樣可以計(jì)算出T-106中段和下段塔內(nèi)件水力學(xué)數(shù)據(jù)，如表3，表4所示。

為方便比較T-106上、中、下段水力學(xué)性能指標(biāo)，我們挑選計(jì)算書中的幾個(gè)重要參數(shù)，如表5所示。

表2 T-106上段塔內(nèi)件水力學(xué)計(jì)算書

（續(xù)表）

表3 T-106中段塔內(nèi)件水力學(xué)計(jì)算書

（續(xù)表）

表4 T-106下段塔內(nèi)件水力學(xué)計(jì)算書

（續(xù)表）

表5 T-106塔內(nèi)件水力學(xué)性能指標(biāo)

根據(jù)表5 中單板壓降可計(jì)算出全塔總壓降，結(jié)果顯示，T-106全塔壓降241.14 mmHg，約0.032 MPa。事實(shí)上，這一壓降已接近傳統(tǒng)浮閥塔最小壓降的極限，不可能達(dá)到0.02 MPa的要求，這是由傳統(tǒng)浮閥塔板TYPE-A(V-1)的固有缺陷造成的，如：氣液流動(dòng)不均勻；死區(qū)面積大；抗污垢能力差，容易堵塞；生產(chǎn)能力小；降液管技術(shù)落后，液體停留時(shí)間較長(zhǎng)，壓頭損失較大等。

若在KG-TOWER軟件中選擇高性能抗污塔板SUPERFRAC重新計(jì)算，全塔壓降可小于0.02 MPa。根據(jù)SUPERFRAC和Type A（V-1）計(jì)算出的不同結(jié)果，我們進(jìn)行了比較，如表6所示。

表6 SUPERFRAC和Type A（V-1）的性能比較

通過(guò)比較，我們可以發(fā)現(xiàn)高性能抗污塔板SUPERFRAC相對(duì)于傳統(tǒng)浮閥塔板Type A（V-1）性能得到了顯著提升，大大減小了液泛率和單板壓降。

下面簡(jiǎn)單介紹一下SUPERFRAC塔板的優(yōu)點(diǎn)：

（1）氣液橫流，均勻的流體分布（如圖所示）；

（2）最適宜的氣液接觸；

（3）自凈能力強(qiáng)；

（4）最高的塔板活區(qū)；

（5）生產(chǎn)能力大；

（6）最新的降液管技術(shù)應(yīng)用以提高降液管性能；

（7）最小的塔修補(bǔ)。

圖 流體流動(dòng)分布比較

4 總結(jié)

通過(guò)上面的介紹，對(duì)KG-TOWER軟件應(yīng)該有所了解了，利用這款塔內(nèi)件水力學(xué)計(jì)算軟件，可以大大提高我們的計(jì)算效率并保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在浮閥塔水力學(xué)計(jì)算過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：（1）頂部和底部降液管弦長(zhǎng)不應(yīng)小于塔內(nèi)徑的55%；

（2）液泛率應(yīng)小于80%；

（3）降液管液泛率應(yīng)小于80%；

（4）單板壓降應(yīng)小于5 mmHg；

（5）降液管停留時(shí)間應(yīng)大于3～5s；

（6）降液管出口速度應(yīng)小于0.3 m/s；

（7）降液管占塔板面積應(yīng)大于5%，小于20%；

（8）開孔率應(yīng)大于5%，小于20%。

[1] 姚玉英主編，化工原理[M]（新版）下冊(cè). 天津：天津大學(xué)出版社，1999.

[2] 陳英南，劉玉蘭主編. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)[M]. （第1版）.上海：華東理工大學(xué)出版社，2005.

[3] 鄺生魯主編，化學(xué)工程師技術(shù)全書[M]（上冊(cè)）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[4] Liem V. Pham，High-performance anti-fouling Tray Technology and its Application in the Chemical Industry.