KG-TOWER在浮阀塔水力学计算中的应用

葛仁祥

（上海索维建设工程有限公司，上海 200070）

1 前言

浮阀塔于20世纪50年代初期在工业上开始推广使用。由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用较广泛的塔型。

浮阀塔板的结构特点是在塔板上开着若干大孔（标准孔径为39 mm），每个孔上装有一个可以上下浮动的阀片。浮阀的型式很多，目前国内已采用的浮阀有五种，但最常用的浮阀型式为F1型和V4型。

F1型浮阀的结构简单，制造方便，节约材料，性能良好，广泛用于化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB118-68）内。F1型浮阀又分轻阀与重阀两种：重阀采用厚度为2 mm的薄板冲制，每阀质量约为33 g；轻阀采用厚度为1.5 mm的薄板冲制，每阀质量约为25 g。阀片的质量直接影响塔内气体的压强降，轻阀压强降虽小，但操作稳定性较差，低气速时易漏液。因此，一般情况下都采用重阀，只在处理量大并且要求压强降很低的系统（如减压塔）中，才用轻阀。

操作时，由阀孔上升的气流，经过阀片与塔板间的间隙而与板上横流的液体接触。浮阀开度随气体负荷而变。当气量很小时，气体仍能通过静止开度的缝隙而鼓泡。

浮阀塔的特点：

（1）生产能力大；

（2）操作弹性大；

（3）塔板效率高；

（4）气体压强降及液面落差较小；

（5）塔的造价低。

2 项目概况

脱氢氰酸塔（T-106）为某公司丙烯腈扩建项目的重要组成部分，整套装置年产丙烯腈12万吨，年操作时数8000小时。

脱氢氰酸塔（T-106）共有62块浮阀塔板，由于该塔下段（干燥段）易产生聚合物阻塞塔板，因此，选用高性能抗污塔板比较合适，因其具有克服脱氢氰酸塔容易产生聚合物而堵塞塔板的能力，整塔压降小于0.02 MPa。操作上限为正常负荷的115%，下限为正常负荷的60%。

表1 T-106 塔结构参数

3 塔内件水力学计算

以脱氢氰酸塔（T-106）上段为例，选取PROII模拟计算书中62～43#塔板气液负荷较大的一块塔板（亦称：特征塔板）作为设计依据，在LOADINGS界面设定Load1为100%负荷，Load2为60%负荷，Load3为115%负荷，根据特征塔板的气液两相物性数据，在Load1列Vapor项中依次填入Mass Rate（kg/hr）：11120，Density（kg/m3）：0.97346，Viscosity（cP）：0.005559，在Liquid项中依次填入Mass Rate（kg/hr）：10119，Density（kg/m3）：769.956，Suface Tension（dyne/cm）：33.065，Viscosity（cP）：0.30077。Load2和Load3气液两相质量流量分别为Load1气液两相质量流量的60%和115%，其余数值不变，这样负荷数据就输入完毕了，点击“Trays”按钮，进入TRAY DESIGN界面，设定Tray Type为“VALVE”，Tower Diameter（mm） 为“1700”，Number of Passes为“1”，Valve Type为“Type A（V-1）”，Open Area（%）为“13”，Tray Spacing（mm）为“450”，Width Top为“180”，Weir Height（mm）为“40”，Downcomer Clearance（mm）为“30”，点击“Results”按钮，就可以看到计算结果了。如果要出计算书，可在File下拉菜单中选择Print Preview，计算书可选择PDF、XLS等格式，XLS格式计算书进行简单编辑后效果如表2所示。

根据前面介绍的步骤，同样可以计算出T-106中段和下段塔内件水力学数据，如表3，表4所示。

为方便比较T-106上、中、下段水力学性能指标，我们挑选计算书中的几个重要参数，如表5所示。

表2 T-106上段塔内件水力学计算书

（续表）

表3 T-106中段塔内件水力学计算书

（续表）

表4 T-106下段塔内件水力学计算书

（续表）

表5 T-106塔内件水力学性能指标

根据表5 中单板压降可计算出全塔总压降，结果显示，T-106全塔压降241.14 mmHg，约0.032 MPa。事实上，这一压降已接近传统浮阀塔最小压降的极限，不可能达到0.02 MPa的要求，这是由传统浮阀塔板TYPE-A(V-1)的固有缺陷造成的，如：气液流动不均匀；死区面积大；抗污垢能力差，容易堵塞；生产能力小；降液管技术落后，液体停留时间较长，压头损失较大等。

若在KG-TOWER软件中选择高性能抗污塔板SUPERFRAC重新计算，全塔压降可小于0.02 MPa。根据SUPERFRAC和Type A（V-1）计算出的不同结果，我们进行了比较，如表6所示。

表6 SUPERFRAC和Type A（V-1）的性能比较

通过比较，我们可以发现高性能抗污塔板SUPERFRAC相对于传统浮阀塔板Type A（V-1）性能得到了显著提升，大大减小了液泛率和单板压降。

下面简单介绍一下SUPERFRAC塔板的优点：

（1）气液横流，均匀的流体分布（如图所示）；

（2）最适宜的气液接触；

（3）自净能力强；

（4）最高的塔板活区；

（5）生产能力大；

（6）最新的降液管技术应用以提高降液管性能；

（7）最小的塔修补。

图 流体流动分布比较

4 总结

通过上面的介绍，对KG-TOWER软件应该有所了解了，利用这款塔内件水力学计算软件，可以大大提高我们的计算效率并保证计算结果的准确性。在浮阀塔水力学计算过程中需要注意以下几点：（1）顶部和底部降液管弦长不应小于塔内径的55%；

（2）液泛率应小于80%；

（3）降液管液泛率应小于80%；

（4）单板压降应小于5 mmHg；

（5）降液管停留时间应大于3～5s；

（6）降液管出口速度应小于0.3 m/s；

（7）降液管占塔板面积应大于5%，小于20%；

（8）开孔率应大于5%，小于20%。

[1] 姚玉英主编，化工原理[M]（新版）下册. 天津：天津大学出版社，1999.

[2] 陈英南，刘玉兰主编. 常用化工单元设备的设计[M]. （第1版）.上海：华东理工大学出版社，2005.

[3] 邝生鲁主编，化学工程师技术全书[M]（上册）. 北京：化学工业出版社，2002.

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