Способ освобождения массообменных аппаратов от взрывопожароопасных продуктов и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК B01D3/18 G05D27/00 

Изобретение относится к предотвращению взрывов и пожаров на ректификационных и абсорбционных установках.

Цель изобретения - сокращение времени (до 20 мин) аварийного удаления взрывопожароопасных жидких продуктов из тарельчатых масообменных аппаратов, работающих под избыточным давлением.

На фи. 1 изображен массооб.менный та- ре,чьчатый аппарат, снабженный контактны.ми тарелками предлагаемой конструкции; на фиг. 2 - разрез А -А на фиг. I; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Массообменная колонна 1 (фиг. 1), снабженная контактными тарелками 2. содержащими рабочее полотно 3, на котором установлены клапаны 4 со смещенным центром тяжести и карманы 5, оборудована линиями подачи сырья, острого пара, орощения и линиями вывода паров и кубовой жидкости. Устройство снабжено также (фиг. 2) сливными клапаном 6 и отверстием 7, штоком 8, сильфонной коробкой 9, глухим фланцем 10, кронштейном-11, пружиной 12, пробкой 13, соединительной трубкой 14, накидной гайкой 15, штуцером 16, компенсационной емкостью 17, содержаш,ей поршень 18 и компенсационную пружину 19. При этом на полотне кармана 5 (фиг. 2) каждой тарелки в жидкой фазе расположены сливной клапан 6 и компенсационная емкость 17. Под полотном кармана 5 каждой тарелки в паровой фа;1е расположена сильфонная коробка 9 и соединительная трубка 14. Сливной клапан 6 закрывает сливное отверстие 7 и жестко связан штоком 8 с сильфонной коробкой 9, которая прикреплена на глу.хом фланце 10 кронштейнами 11 к нижней части полотна кармана тарелки

Сильфонная коробка 9 с целью обеспечения необходимой жесткости снабжена пружиной 12 и заполнена инертной высоко кипящей жидкостью. Для облегчения залива инертной жидкости сильфонная коробка 9 в верхней плоскости имеет пробку 13 и сообщается с компенсационной емкостью 17 через соединительную трубку 14, закрепленную накидной гайкой 15 в коническом уплотнении 11Г1 пера 16.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При возникновении аварийной ситуации на установке в массообменную колонну 1 (фиг. I), работающую под избыточным давлением, прекращают подачу сырья, острого пара и орошения. Из куба колонны отводят кубовую жидкость, а из верхней части., колонны одновременно сбрасывают паровую фазу на факел, при этом давление в паровом пространстве аппарата снижается и при достижении величины давления, равной Я,, на полотне кармана 5 контактной тарелки 2 клапан 6 (фиг. 3) открывает сливное отверстие 7. Открывание клапана 6 происходит под действием поднимающегося П1тока 8, который жестко связан с сильфонной коробкой 9, которая при достижении величины давления, равной PC в паровом пространстве колонны, расширяется под действием пружины 12. Инерная жидкость по соединительной трубке 14 из компенсационной емкости 17 под действием поршня 18 и компенсационной пружины 19 перетекает в сильфонную коробку 9 до тех пор, пока давление в сильфонной коробр е 9 не достигнет величины давления Р,., при котором производится сброс жидкой фазы из аппарата.

Жидкая фаза выводится из карманов 5 (фиг. Г) контактных тарелок 2, поступая в кольцевой зазор, образовавшийся между полотном кармана 5 и клапаном 6 (фиг. 3), причем величина боковой поверхности кольцевого зазора должна быть равна площади сливного отверстия 7. После отвода жидкой фазы из колонны в аппарат подается инерт0

5

0

о

0

5

O

ныи газ или водяной пар с целью дегазации аппарата.

Температура кипения инертной жидкости, которой заполнена сильфонная коробка 9, должна быть выше температуры в кубе мас- сообменного аппарата. Компенсационная пружина 19 помимо функции компенсации изменения величины давления в системе выполняет функцию компенсации величины температурного расширения инертной жидкости.

Для пуска массообменного аппарата, оснащенного предлагаемыми устройствами перед подачей рабочих сред, колонну заполняют инертным газом до величины рабочего давления, при этом сильфонная коробка 9 и пружина 12 сжимаются, шток 8 опускается, а клапан 6 закрывает сливное отверстие 7 Инертная жидкость, вытесняемая из сильфонной коробки 9, перетекает по соединительной трубке 14 в компенсационную емкость 17, накапливаясь под поршнем 18, подпираемым компенсационной пружиной 19.

Величина избыточного давления в паровой фазе массообменного колонного аппарата определяется по формуле

2.CWFvF г ..S-S

где Я. - давление в паровой фазе, при котором производится сброс жидкой фазы, Н/м ;

// - высота уровня жидкости в кармане контактной тарелки, м; С, суммарная жесткость пружинно- жидкостной сильфонной коробки, Н/м,

F величина поверхности полотна кармана контактной тарелки, J - коэффициент расхода жидкости в

круглом отверстии, 0,68; g - ускорение свободного падения

струи, м/с ;

D -- оптимальный диаметр сливного отверстия, м;

т - необходимое время освобождения кармана тарелки от жидкости, с; S - площадь поперечного сечения сильфонной коробки, м ;

q - суммарный вес клапана и штока, Н. Величина избыточного давления в паровой фазе массообменного колонного аппарата PC, при которой производится сброс жидкой фазы из аппарата, получена из равновесия сил, приложенных к чувствительно- .му элементу устройства (сильфонная коробка

c,.,.s+.

(2)

причем в общем виде для любого избыточного давления в паровой фазе аппарата, (.ч ли f. S-bq, то клапан 6 закрыт, а если + q, T(J клапан 6 откр(лт, где Сд/--усилие обусловленное упругим

сопротивлением пружинно-жидкостной сильфонной коробки, Н; PcS - усилие, обусловленное воздействием давления среды паровой фазы PC, при сбросе жидкости из кармана, на пружинно-жидкостную сильфонную коробку, Н; q - усилие, обусловленное воздействием веса клапана 6 (фиг. 2) и ujTOKa 8 на пружинно-жидкостную сильфонную коробку, Н; Сх - суммарная жесткость пружинно- жидкостной сильфонной коробки, Н/м;

/ - перемещение клапана 6 над полотном кармана тарелки 5, м; S - площадь поперечного сечения сильфонной коробки, м.

С целью обеспечения необходимого времени истечения т и снижения гидравлического сопротивления потоку величина боковой поверхности кольцевого зазора, образовав- шегося между полотном кармана тарелки 5 и клапаном 6 при сбросе жидкости из кармана, должна быть равна площади сливного отверстия /, которое имеет диаметр D

, , D

тогдн

2С.УЯ 1 .

S

(7)

0

Полученное уравнение (6) позволяет г определить давление паровой фазы в любом массообменном аппарате при реализации предлагаемого способа, а неравенство

CJ PcS+q О определяет указанные, т. е. давление паровой фазы в аппарате снижают и поддерживают до полного удаления жидкой фазы в пределах не ниже атмосферного и не более величины, определяемой по форму5 (6).

При выборе оптимального диаметра сливного отверстия, необходимое время освобождения массообменного аппарата определяется временем устойчивости металлоконструкций при пожаре (25-30 мин). В связи с этим принимается сразу целый ряд времени TI; Tg; Тз; Т,, причем любое

Т,25 мин,

тогда, зная количество тарелок п (а следовательно, и карманов), в аппарате опре5 деляют необходимое время освобождения кармана тарелки от жидкости т,. Для одно- поточных контактных тарелок при последовательном освобождении карманов в колонне получают

Изобретение относится к предотвращению взрывов и пожаров на ректификационных и абсорбционных установках. Целью изобретения является увеличение пожаровзрывобезопасности путем ускорения слива жидких пожаровзрывоопасных продуктов с тарелок ректификационной колонны. Способ освобождения масообменных аппаратов, работающих под избыточным давлением, от взрывоопасных продуктов, состоит в прекращении подачи сырья, острого пара и орошения, удалении жидких продуктов с тарелок аппарата самотеком с последующей дегазацией аппарата инертным газом или водяным паром, при этом давление паровой фазы в аппарате снижают и поддерживают до полного удаления жидкой фазы в пределах не ниже атмосферного и не более величины, определяемой по формуле P_C=2C_X√H^.F/φ^.*98M√2G^.D^.τ^.S-Q/S, а при новом пуске массообменного аппарата перед подачей рабочих сред его заполняют инертным газом до достижения величины рабочего давления. Устройство для освобождения массообменных аппаратов, работающих под избыточным давлением, состоит из герметичной компенсационной емкости, клапана, закрывающего сливное отверстие оптимального сечения и установленного в кармане рабочего полотна колонны, кроме того, в состав устройства входят шток и сильфонная коробка, содержащая пружину и заполненная инертной жидкостью, температура кипения которой выше максимальной температуры в кубе колонны. Сильфонная коробка сообщается через соединительную трубку с герметичной компенсационной емкостью, содержащую поршень и компенсационную пружину. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

причем время истечения жидкости т из кармана массообменной тарелки постоянно- го по высоте И сечения F, определяется из известного дифференциального уравнения истечения жидкости

dr , Р dH l/V2gЯ

интегрируя от // до О получают

Г.. f.

где л - коэффициент расхода жидкости в

круглом отверстии;

ц - ускорение свободного падения струи, м/с.

Подстав.1яя (2) в (3) получают,

подставляя (4) в C.F

получают

лцОт751

- PcS+g.

Из (5) находят давление в паровой фазе колонны, при котором производится сброс жидкой фазы, Р,Т,

Т2

-, Т2 -, ,...,Т,-.

-li

п.

Для каждого п, Т2, тз,...,т, по уравнению (3) получают ряд диаметров сливных отверстий DI, DZ, D3,--.,Di

35

D

ISFifr

40

в

и ряд площадей сливных отверстий f, /2, /з,..., /1, причем из полученного ряда отверстий отГ))асываются те отверстия, для которых справедливо следующее неравенство:

f.F.

Для колонны 1 (фиг. 1) рассчитывают время освобождения кубового пространства, т.

Т

V.

N

где Vi, - объем кубового пространства, Л - производительность кубового насоса,

50

55

Из полученного ряда устройств отбрасывают те устройства, для которых справедливо следующее неравенство: Т,т

Для оставщегося ряда отверстий, характеризующихся следующими параметрами:

TI; 12...

Т,; Т....

DI; D-2...

/,; /2...,

по уравнению (6) определяют ряд величин избыточных давлений в парвой фазе аппарата, при которых производится сброс жидкой фазы из карманов тарелок аппарата PCI; Рс2...

При этом для каждого D... определяется /I, /2... и из конструктивных соображений для каждого D Dz... и /i; /2 подбираются геометрические размеры деталей устройства и по известным формулам рассчитываются суммарные жесткости пру- жинно-жидкостных сильфонных коробок с,:; Сх2... В полученном ряде устройств, характеризующихся следующими параметрами:

Т,; Тг.../,; /2...

TI; Т9...Сх1; Сх2.--

DI; D2...S,; 52...

/2...q qi..и в полученном ряде давлений Рсь Рс2... любое давление и соответствующее ему устройство обеспечивает нужное сокращение времени аварийного удаления взрывопожаро- опасных жидких продуктов из тарельчатых аппаратов, работающих под избыточным дав- леппем, до 25 мин (начальное условие Т,25 мин).

..„

Из полученного ряда давлении и ряда

устройств выбирают оптимальное из конструктивных соображений по минимуму металлоемкости и, следовательно, минимуму затрат. Полученное давление Pd и соответствующее ему устройство, характери- зующееся следующими параметрами: Ti; TI; DI; /i; /i; (.,1; Si; q, являются оптимальными и поэтому DI; /i; /i являются оптимальными.

Формула изобретения

0

с

0

5

о

5

1 г

фазы в аппарате снижают и поддерживают до полного удаления жидкой фазы в пределах не ниже атмосферного и ие более величины, выраженной формулой

„ ICjH.F 9 лцУ2&-От5

где PC - давление в паровой фазе, при котором производится сброс жидкой фазы,

С - суммарная жесткость пружинно- жидкостпой спльфонной коробки, Н/м; F - величина поверхности полотна кармана контактной тарелки, Н - высота уровня жидкости в кармане контактной тарелки, м; ц - коэффициент расхода жидкости в

круглом отверстии, 0,68; g - ускорение свободного падения

струи, D - оптимальный диаметр сливного

отверстия, м;

т - необходимое время освобождения

кармана тарелки от жидкости, с;

S площадь поперечного сечения сильфонной коробки,

q -- суммарный вес клапана и щтока, Я, причем при пуске массообменного аппарата, перед подачей рабочи. сред его заполняют инертным газом до достижения величины рабочего давления.

Острый пар

Орошение

-г -

.,

Кд5. жид г. -

5-5

/f

7 i.

U2.5