Способ освобождения массообменных аппаратов от взрывопожароопасных продуктов и устройство для его осуществления
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<SB POS="POST">C</SB>=2C<SB POS="POST">X</SB>√H<SP POS="POST">.</SP>F/φ<SP POS="POST">.</SP>*98M√2G<SP POS="POST">.</SP>D<SP POS="POST">.</SP>Τ<SP POS="POST">.</SP>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.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„Я0„„152671("3 !) 4 В О! Р 3 18, (з 05 0 27/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТ8ЕННЬ!Й КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 427(.13677 23 26 (22) 19.05.87 (46) 07.12.89. Бн>л.. Ч0 45, 71) Всесоюзчый науч<и -и: .-,едова гельский и проектный институт н»фгеп.рерабатываю>1;»й и нефтехимической промыш»еннос; (72) (,. А. Ьырынов, В. С Кабанов.
В Ф Еьтихин, 11. H Фез<отовя
И. А. Мих:;<<лова (53) 6(>.0 < 2.52 (088.8)
i 56) Бабицкий И Ф., Вихман Г. Л., Вол<ф . Он ... 11. Ры чет В конструировыьи» аппы
>.: урь н(фтеперерябатывяюших заво»oB.- 41.: 1(е(ря, 1965, с 694.
Ант р»Но» сии»(r(. ьство С(.(.Р ,,1) !6906(кл. В 01 )? 3 18, 965. (54) (;Il(?(.(?E (?(.ÂÎÜÎÆÄÅÍÈß МА(СО())ЧЕ11!1ЫХ А(11!АРАТОВ ОТ ВЗРЫВО (1(?ЖАР(?(?(1А(:НЫХ !!РОД:)(КТОВ И 1 СТРОЙСТВО Д:1Я Е1 О ОС)(ШЕСТВЛЕНИЯ (57) И.«)бретение относится к предотвращению взрывов и пожаров на ректификационн ых и абсорбп ионны х установках. Целью изобретения является увеличение пожаро.<зрывоб»зопысности путем ускорения сливы жидких пожаровзрывоопасных продуктов с тарелок ректификационной колонны. Способ освобож IPHHH массообменных аппаратов. рыботак)ших под избыточным давлением, от
Изобретение относится к предотвраще<ию взрывов и пожаров ня ректификационны и абсорбционных установках.
Цель изобретения сокращение времени (до 20 мин) аварийного удаления
I3.3pûÂoïÎæèpooÃ1ÿÃíû >(жидких прод) ктов из тарельчатых масообменных аппаратов, рабо-,аюших под избыточным давлением.
1!а фиг. 1 изображен массообменный тарельчатый аппарат, снабженный контактнывзрывоопасных продуктов состоит в прекр.iшенин подачи сырья, острого паря и оро1<ения, удалении жидких продуктов п тарелок аппарата само(еком с последующей дегазацией аппарата инертным газом или водяным паром, при этом давление паровой фя зы в аппарате снижают и по. »en)H:<вык т
10 полного удялеHI.>3 жид<>ой фазы в предо .>ах не ниже атмосф»рног(> и не 60»ее велич,Hû, опре»ел(<ел<;)и по форму.
II(11L)THH VO10ll НЫ, hPO)1(ГОI О, 13 СО»T(1В s Строй тва входят шток и Lильфонны>< коробhы, .од(ржящыя .рл я(инл и за;1()лн»нная
1<11(!>» НОИ ЖИЛ КОС» Ю, т(lvi И Рата РЯ КИП»НИЯ которой вып е мяк(ил<ал<пн>й т»,<пер()ту ы Is
H) б» колонны (.H.!ьфонная коробка сообц(ы»»ся через со(.(инительн, I(т! убку с гер метичной компен»HIIHoHHoH емко TI K), содержы<цу!o поршень и компег<»QHHoHH) пружину. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. ми тарелками предлагаемой ко< Tp) êöèè; на фиг. 2 — разрез А — -А на фиг. 1; на фиг. 3— разрез Б — Б на фиг. 2.
Массообменная колонна (фиг. 1), снабженная контактными тарелками 2, содержащими рабочее полотно 3, на котором установлены клапаны 4 со смещенным центром тяжести и карл<аны 5, ооорудованя линиями подачи сырья, острого пыра, орошения и линиями выводы паров и кубовой жид15267 кости. У строй ст во снабжено та кже (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, содержащей 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 фазе 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 глухом фланце 10 кронштейнами 1! к нижней части полотна кармана тарелки.
Сильфонная коробка 9 с целью обеспечения необходимой жесткости снабжена IIpvжиной 12 и заполнена инертной высококипящей 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 уплотнепIIп Ш1i ц«!)а 16.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При возникновении аварийной ситуации на установке в массообменную колонну 1 !0 (фиг. 1), 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 Р,-, на полотне кармана 5 контактной тарелки 2 клапан 6 (фиг. 3) открывает сливное отверстие 7. Открывание клапана 6 происхосО дит под действием поднимающегося штока 8, который жестко связан с сильфонной коробкой 9, которая при достижении величины давления, равной Р, в паровом пространстве колонны, расширяется под действием пружины 12. Инерная жидкость по соединительной трубке 4 из компенсационной емкости 17 под действием поршня 18 и компенсационной пружины 19 перетекает в сильфонную коробку 9 до тех пор, пока давление в сильфонной коробке 9 не достигнет величины давления Р„ при котором произво- iQ дится сброс жидкой фазы из аппарата.
Жидкая фаза выводится из карманов 5 (фиг. 1) 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 инертВеличина избыточного давления в паровой фазе массообменного колонного аппарата определяется по формуле
2.C, Í F 7. л.у4 Ъ а 0 т 5 S где P, — давление в паровой фазе, при котором производится сброс жидкой фазы, Н/м ;
// высота уровня жидкости в кармане контактной тарелки, м;
С, суммарная жесткость пружинножидкостнои сильфонной коробки, 1-1 /м, F величина поверхности полотна кармана контактной тарелки, м; и — коэфф и циент 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;
5 площадь поперечного сечения сильфонной коробки, м ;
q — суммарный вес клапана и штока, H.
Величина избыточного давления в паровой фазе массообменного колонного аппарата P,-, при которой производится сброс жидкой фазы из аппарата, получена из равновесия сил, приложенных к чувствительно. му элементу устройства (сильфонная коробK3) C„ l =P," S+q, (2) причем в общем виде для любого избыточного давления в паровой фазе аппарата, < ели С:» Р(Р S +ц, то клип»I 6 закрыт. а если сх Г)Р, 5+ ц, т< кла IHí 6 откры1, где CÄI -- усилие обусловленное упругим
18
4 ный газ или водяной пар с целью дегазации аппарата.
Температура кипения инертной жидкости, которой заполнена сильфонная коробка 9, должна быть выше температуры в кубе массообменного аппарата. Компенсационная пружина 19 помимо функции компенсации изменения величины давления в системе выполняет функцию компенсации величины температурного расширения инертной жидкости.
Для пуска массообмен ного 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.
1526718 сопротивлением пружинно-жидкостной сильфонной коробки, Н;
Р,S — усилие, обусловленное воздействием давления среды паровой фазы
Р„при сбросе жидкости из кармана, на пружинно-жидкостную сильфонную коробку, Н;
q — усилие, обусловленное воздействием веса клапана 6 (фиг. 2) и штока 8 на пружинно-жидкостную сильфонную коробку, Н;
C„— суммарная жесткость пружинножидкостной сильфонной коробки, Н/м;
l — 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, образовавшегося между полотном кармана тарелки 5 и клапаном о при сбросе жидкости из кармана, должна быть равна площади сливного отверстия f, которое имеет диаметр D л0 25
f= — =л01, 4
D гогда 4 (З) 10
dr У
d Н 1»f+2gН интегрируя от Н до О получают
dH
„ у
2F /Й (4) @fag коэффициент расхода жидкости в круглом отверстии; — ускорение свободного падения струи, м/с .
По ставляя (2) в (3) получают. л0 2F Н р,т где 1»
D 2F Н на (5) и подставляя (4) в (!) получают
2С,F v Í л)»0т /2д (6)
Из (5) находят давление в паровой фазе колонны, при котором производится сброс жидкой фазы, Р,причем время истечения жидкости т из кармана массообменной тарелки постоянно- 30 го по высоте Н сечения Г, определяется из известного дифференциального у равнения истечения жидкости
2С,г" Н лр0т5 2g S (7) С,l) Р,5+ у 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 формуле (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., T2, Т, Т, .Т„причем любое
Т,(25 мин, тогда, зная количество тарелок и (а следовательно, и карманов), в аппарате определяют необходимое время освобождения кармана тарелки от жидкости т,. Для однопоточных контактных тарелок при последовательном освобождении карманов в колонне пол ают
TJ Т2 Т3 Т( т 2 (т,(= т(— и
Для каждого ть т, тз,...,т; по уравнению (8) получают ряд диаметров сливных отверстий Dt, 02, 0з,...,0 и ряд площадей сливных отверстий f i, f2, f3,..., причем из полученного ряда отверстий от брасы ва ются те от версти я, для которы х справедливо следующее неравенство:
f,)F
Для колонны 1 (фиг. ) рассчитывают время освобождения кубового пространства, т», V» т»вЂ” где V» объем кубового пространства, м :
А — производительность кубового насоса
М с
Из полученного ряда устройств отбрасывают те устройства, для которых справедливо следующее неравенство:
T,) т»
Для оставшегося ряда отверстий, характеризующихся следующими параметрами:
T l, Т2
Т|, Т2...
Di, D2...
f2..., Полученное уравнение (6) позволяет определить давление паровой фазы в любом массообменном аппарате при реализации предлагаемого способа, а неравенство
152671
7 по уравнению (6) определяют ряд величин избыточных давлений в парвой фазе аппарата, при которых производится сброс жидкой фазы из карманов тарелок аппарата
Рс! Рс2".
При этом для каждого DI, О2... опре5 деляется 1ь 12... и из конструктивных соображений для каждого Dl., О2... и ll, 12 подбираются геометрические размеры деталей устройства и по известным формулам рассчитываются суммарные жесткости пру- 10 жинно-жидкостных сильфонных коробок С,, C„2... В полученном ряде устройств, характеризующихся следующими параметрами:
TI; Tr... 11; 12".
Т I, Т r,.. Сх1; О,; О2... 5,; 52... fI, 2 gl1 Д2 ° и в полученном ряде давлений P,I, P,2... любое давление и соответствующее ему устройство обесиечиваеT нужное сокращение времени аварийного удаления взрывопожаро- 20 опасных жидких продуктов из тарельчатых аппаратов, работающих пот избыточным давлением, ло 25 мин (начальное условие T(25 мин1. Из полученного ряда давлений и ряда устройств выбирают оптимальное из конструктивных соображений по минимуму металлое м кости и, следовательно, минимуму затрат. Полученное давление Рс и соответствующее ему устройство, характери- 0 зую цееся следующими параметрами: T I, TI, DI, fI, 1, С,I, SI, дь являются oIITHмальными н поэтому DI, fl ll являются оптимальными. Формула изобретения 1. Способ освобождения массообме нныхх аппаратов от взрывопожароопасных продуктов, состоящий в прекращении подачи сырья, острого нара и орошения, удалении ж идких продуктов из кубовой части ко- 40-. лонны, удалении жидких продуктов с тарелок аппарата самотеком с последующей дегазацией аппарата инертным газом или водяным паром, отличающийся тем, что, с целью увеличения пожаровзрывобезопасности путем ускорения слива жидких пожаровзрывоопасных продуктов с тарелок ректификацион ной колонны, одновременно с удалением кубовой жидкости давление паровой Ц 8 фазы в аппарате снижают и поддерживают до полного удаления жидкой фазы в пределах не ниже атмосферного и не более величины, выраженной формулой рс где P, — давление в паровой фазе, и ри котором производится сброс жидкой фазы, H/м, ф— суммарная жесткость пружинножидкостной сильфонной коробки, Н/м; F — величина поверхности полотна кармана контактной тарелки, м; Н вЂ” высота уровня жидкости в кармане контактной тарелки, м; ц коэффициент расхода жидкости в круглом отверстии, 0,68; ускорение свободного падения струи, м/с, О оптимальный диаметр сливного отверстия, м; т — — необходимое врем я освобожден ия кармана тарелки от жидкости, с; S -- площадь поперечного сечения сильфонной коробки, м, q -- суммарный вес клапана и штока, Н, причем при пуске массообменного аппарата, перед подачей рабочит сред его заполняют инертным газом до достижения величины рабочего давления. 2. Устройство для освобождения массообменных аппаратов от взрывопожароопасных продуктов, содержащее на рабочем полотне тарелки клапаны со смещенным центром тяжести, переливные устройства и карманы со сливными отверстиями, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тарельчатым клапаном, посредством штока связанным с подпружиненным сильфоном, заполненным инертной жидкостью с температурой кипения выше максимальной температуры в кубе колонны, а также компенсационной емкостью с подпружиненным поршнем, заполненной инертной жидкостью и соединенной с полостью сильфона посредством трубопровода, тарельчатый клапан и компенсационная емкость расположены на полотне кармана со стороны рабочей среды, а сильфон — с противоположной и закреплен на полотне кармана посредством кронштейнов. 1526718 Пары Фиг. 2 1526718 ВНИИП(! Господа«гвснно< и кочиг«а п изобрс«пинч и отлрь< иям прн I (С((Т ((.(.Р (13035, Москва, Ж .(сь Ра< п«л:I«наб . д 4 5 Г1(н изнодств< нно-издатсаь<кий лимба";; . Па«пi °, < Убл< ирод, < . (аг<(.и<, 1()1 Р<.<а л < ор, 1 3абпева :(;«;«743 2 (.<и ч авит<.<ь < 11р<сковцов Г< хрс. < ((1(< р« Еоррсктор << Обр(и;< р Тир;< к 6<И< 1I<>аписно<
