Клапанные, колпачковые, ситчатые тарелки

Клапанные, колпачковые и ситчатые тарелки применяют в колонных аппаратах для ступенчатого контакта пара или газа с жидкостью. При подборе учитывают диаметр колонны, расходы фаз, давление, температуру, состав среды и требуемую эффективность разделения.

Клапанные, колпачковые и ситчатые тарелки для колонных аппаратов

Тарелки относятся к внутренним контактным устройствам ректификационных, абсорбционных, десорбционных и дистилляционных колонн. Они формируют последовательные ступени массо- и теплообмена, на которых восходящий газовый или паровой поток взаимодействует с жидкостью, перемещающейся вниз по аппарату.

На странице представлена группа тарельчатых устройств диаметром от 600 до 3000 мм, изготавливаемых из нержавеющей стали. Также предусматриваются ремонт изношенных элементов, замена внутренних устройств и монтаж тарелок в демонтированных либо отключенных от технологического процесса колоннах. Конкретная конструкция определяется расчетом и особенностями действующего аппарата.

Как организуется контакт газовой и жидкой фаз

Жидкость поступает на полотно тарелки через переливное устройство, проходит по рабочей зоне и через сливную перегородку направляется на нижележащую ступень. Пар или газ движется снизу вверх через отверстия, клапаны либо паровые патрубки с колпачками.

При недостаточной скорости газа жидкость может просачиваться через отверстия, а при чрезмерной нагрузке возникают унос капель, захлебывание переливов и рост гидравлического сопротивления. Поэтому геометрия тарелки должна соответствовать расчетному диапазону работы колонны.

Конструктивные исполнения для разных режимов колонны

Клапанные устройства с регулируемым проходным сечением

Клапанные тарелки колонн оснащают дисковыми, прямоугольными или профильными элементами, установленными над отверстиями полотна. При увеличении газовой нагрузки клапан приподнимается и открывает большее проходное сечение. При снижении расхода его положение изменяется, что помогает поддерживать скорость потока через рабочие отверстия.

Такое исполнение используют на установках, где производительность меняется во время пуска, регулирования режима или перехода на другое сырье. Подвижные детали требуют контроля свободного хода: отложения, коррозионные продукты и механические загрязнения могут ограничивать перемещение клапана и нарушать распределение газа.

Барботаж через щелевые колпачки

В колпачковой конструкции пар проходит через патрубок, изменяет направление под колпачком и выходит через прорези в слой жидкости. Кромки прорезей должны быть погружены в жидкую фазу, поэтому контакт может сохраняться при сравнительно небольшом расходе газа. Жидкость движется к сливной перегородке, а газ поднимается через последовательно расположенные ступени.

Колпачковые элементы целесообразно рассматривать для режимов с заметными колебаниями нагрузки и повышенными требованиями к устойчивости барботажа. Ограничениями являются более сложная конструкция, увеличенное количество деталей, трудоемкость очистки и, как правило, более высокое сопротивление по сравнению с простым перфорированным полотном.

Перфорированные полотна для стабильного режима

Ситчатые тарелки представляют собой полотна с расчетным количеством отверстий. Пар или газ проходит непосредственно через перфорацию, поэтому в конструкции отсутствуют подвижные контактные элементы. Это упрощает изготовление, осмотр и очистку рабочих секций.

Устойчивая работа обеспечивается в определенном диапазоне скоростей. При снижении газовой нагрузки возможно проваливание жидкости через отверстия, при повышении — рост сопротивления, унос капель и нарушение работы переливных устройств. Диаметр отверстий, шаг перфорации и относительное свободное сечение назначают на основании гидравлического расчета.

Отраслевые конструкции ситчатых тарелок предусматривают однопоточные и двухпоточные исполнения, а также неразборные и секционные варианты. В технической документации встречаются типы ТС, ТС-Р, ТС-Р2, ТС-РЦ и ТС-РБ, однако применение конкретного обозначения должно подтверждаться проектом, чертежом и нормативной документацией на изготавливаемое устройство.

Схема движения жидкости и устройство переливов

Рабочее полотно дополняют приемными и сливными зонами, переливными карманами, перегородками, опорными балками и уплотняющими элементами. Эти узлы поддерживают необходимый уровень жидкости и предотвращают неконтролируемое перетекание между ступенями.

Основные варианты организации потока:

• Однопоточная схема применяется при умеренной нагрузке по жидкости и предусматривает ее перемещение от одного переливного устройства к другому.
• Двухпоточная конструкция разделяет жидкостный поток и уменьшает длину пути по полотну тарелки.
• Боковой слив используют для отвода жидкости через переливные зоны, расположенные у стенки колонны.
• Центральный слив предусматривает перемещение жидкости к переливному устройству в средней части аппарата.
• Многопоточная схема рассчитывается для колонн большого диаметра и значительных жидкостных нагрузок.

Для рассматриваемой товарной группы заявлено изготовление тарелок диаметром от 600 до 3000 мм. В пределах этого диапазона конструкция может быть цельной либо разборной, состоящей из отдельных полотен и опорных элементов. Выбор зависит от диаметра люка, внутреннего пространства аппарата, способа монтажа и возможности установки деталей внутри действующей колонны.

При реконструкции необходимо учитывать фактическую геометрию колонны. Овальность корпуса, отклонение опорных колец, деформация балок и следы предыдущих ремонтов могут потребовать контрольного обмера и корректировки рабочих чертежей.

Материал деталей с учетом состава технологической среды

Нержавеющая сталь применяется для изготовления полотен, клапанов, колпачков, крепежных и опорных элементов, работающих в коррозионно-активных средах. Однако выражение «нержавеющая сталь» не заменяет точного обозначения материала.

Марку сплава выбирают по составу сырья и продуктов, содержанию сернистых соединений, хлоридов, кислот и щелочей, рабочей температуре, давлению и условиям периодической промывки. Следует отдельно учитывать возможность межкристаллитной, щелевой и точечной коррозии, а также совместимость новых деталей с материалом корпуса и существующих внутренних устройств.

Использование в нефтепереработке и химических процессах

Тарельчатые контактные устройства устанавливают в ректификационных и дистилляционных колоннах нефтеперерабатывающих установок, а также в абсорберах, десорберах и других аппаратах химических и нефтехимических производств. Ситчатые конструкции отраслевой документацией предусмотрены для химической, нефтехимической и смежных отраслей

Технологические операции, выполняемые в колоннах:

• разделение многокомпонентных смесей по температуре кипения;
• укрепление паровой фазы легколетучими компонентами;
• отпарка растворенных газов и легких фракций из жидкости;
• поглощение компонентов газового потока жидким абсорбентом;
• регенерация насыщенных поглотителей;
• массообмен между газовой и жидкой фазами с одновременным теплообменом.

При наличии смолистых, полимеризующихся или механически загрязненных компонентов необходимо оценить склонность отверстий и подвижных деталей к зарастанию. Для загрязняющихся сред могут потребоваться увеличенные проходные сечения, съемные секции или конструкция, обеспечивающая доступ для очистки.

Объективные ограничения контактных устройств

Ни один тип тарелки не является универсальным. Колпачковая конструкция обеспечивает устойчивый барботаж, но содержит больше деталей и может создавать повышенное гидравлическое сопротивление. Ситчатое полотно отличается простотой, однако требует соблюдения расчетной скорости газа. Клапанные элементы расширяют диапазон регулирования, но чувствительны к заклиниванию отложениями.

Монтаж новых секций и замена изношенных деталей

Работы внутри колонны выполняют после ее технологического отключения, освобождения от продукта, пропарки или промывки, газоанализа и оформления допуска. Способ замены зависит от состояния существующих полотен, опорных колец и несущих балок. Возможна установка новых элементов с демонтажом старых устройств либо реконструкция отдельных участков.

Что проверяют перед установкой

После сборки контролируют горизонтальность рабочих полотен, высоту сливных перегородок, свободное перемещение клапанов, положение колпачков и плотность сопряжения секций. Неправильная установка может вызвать переток жидкости, неравномерное распределение газа и снижение эффективности всей колонны.

Дефекты, требующие инженерной оценки:

• коррозионное истончение и локальные повреждения металла;
• деформация полотен, балок или переливных перегородок;
• засорение перфорации, прорезей и проходных каналов;
• заклинивание, разрушение или отсутствие клапанных элементов;
• ослабление крепежа и нарушение стыков между секциями;
• следы перетока жидкости через монтажные зазоры;
• отложения, уменьшающие рабочее или переливное сечение.

Окончательные размеры перфорации, количество контактных элементов, площадь перелива и свободное сечение назначают по результатам технологического и гидравлического расчета. Для приобретения тарелок можно позвонить специалистам компании или направить запрос по электронной почте, приложив техническое задание, чертеж колонны и сведения о рабочей среде.