УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ КОНТАКТНЫЕ СТУПЕНИ ДЛЯ УСТРОЙСТВ СО СПУТНЫМ КОНТАКТИРОВАНИЕМ
PERFECTED CONTACT STAGES FOR DEVICES WITH COCURRENT CONTACT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к контактным ступеням устройств для осуществления контактирования пара с жидкостью, например при фракционной перегонке или других операциях массо- и/или теплообмена. Изобретение, в частности, относится к усовершенствованиям конструкции подобных контактных ступеней для повышения их конструктивной целостности и упрощения монтажа.
Уровень техники
Устройства для контактирования пара с жидкостью, например тарелки и насадки ректификационной колонны, используются для осуществления различных видов сепарации, особенно в нефтяной и нефтехимической отраслях. Тарелки ректификационной колонны, например, используются для разделения углеводородов на фракции с одинаковой относительной испаряемостью или точкой кипения. Подобные фракции включают в себя продукты, получаемые из сырой нефти при очистке и нефтехимической переработке нефти, такие как нафта, дизельное топливо, СПГ и полимеры. В отдельных случаях тарелки используются для отделения одних компонентов от других, относящихся к тому же химическому или функциональному классу, например, спиртов, эфиров, алкилароматических соединений, мономеров, растворителей, неорганических соединений и т.п. Тарелки также используются при переработке газа и абсорбционной сепарации. Был разработан широкий спектр тарелок и других контактных устройств, обладающих различными преимуществами и недостатками.
Тарелки и насадки ректификационной колонны являются основными элементами стандартных устройств для контактирования пара с жидкостью, используемых в ректификационных устройствах, например, в указанных выше областях применения. Что касается тарелок, то в типовой ректификационной колонне используется от 10 до 250 подобных контактных устройств в зависимости от легкости сепарации (разницы в относительной летучести) и требуемой степени очистки продукта. Часто все тарелки, используемые в колонне, имеют схожую конструкцию, однако также известно, что конструкция может отличаться (например, чередоваться) у вертикально смежных тарелок. Тарелки устанавливаются горизонтально, обычно через равные вертикальные расстояния относительно смежных тарелок, именуемые расстоянием между тарелками в колонне. Между тем данное расстояние может меняться в различных секциях колонны. Тарелки часто опираются на кольца, приваренные к внутренней поверхности стенок колонны.
Фракционная перегонка традиционно осуществляется в поперечноточных или противоточных контактных устройствах, в которых поток жидкости в целом движется вниз, а поток пара - вверх. В определенной точке устройства паровая и жидкая фазы соприкасаются, позволяя паровой и жидкой фазе осуществлять обмен компонентами и достигать или максимально приближаться к равновесию между паром и жидкостью друг друга. Затем пар и жидкость разделяются, перемещаются в их соответствующих направлениях и вновь контактируют с другой порцией соответствующей текучей среды на другой ступени. Во многих стандартных устройствах для контактирования пара с жидкостью, пар и жидкость контактируют на каждой ступени в поперечном потоке. Альтернативное устройство отличается от традиционных многоступенчатых контактных систем тем, что хотя поток в устройстве, в целом, остается противоточным, каждая ступень фактического контакта между жидкой и паровой фазами, по меньшей мере, частично осуществляется в прямоточной массообменной зоне.
Во время процесса фракционной перегонки с использованием обычных тарелок пар, образующийся на дне колонны, поднимается через большое количество небольших отверстий, распределенных в зоне настила тарелки, на которой может находиться определенное количество жидкости. При проходе пара через жидкость создается слой из пузырьков, именуемых пеной. Большая площадь поверхности пены помогает добиться композиционного равновесия между паровой и жидкой фазами тарелки. Затем пене позволяют разделиться на пар и жидкость. Во время паро-жидкостного контактирования пар отдает менее летучие составляющие жидкости и поэтому становится немного более летучим по мере того как он поднимается вверх через каждую тарелку. Одновременно с этим концентрация менее летучих соединений в жидкости увеличивается, по мере того как жидкость перемещается вниз из тарелки в тарелку. Жидкость отделяется от пены и направляется вниз, в следующую, нижестоящую тарелку. Подобное непрерывное образование пены и парожидкостная сепарация происходят на каждой тарелке. Устройства для контактирования пара с жидкостью, таким образом, выполняют две функции: контактирование поднимающегося пара с жидкостью, а затем разделение двух фаз и их следование в разных направлениях. После выполнения этапов соответствующее количество раз на разных тарелках можно добиться нескольких стадий равновесия сепарации, что обеспечивает эффективную сепарацию химических соединений за счет их относительной летучести.
Для улучшения подобной сепарации было разработано большое количество разных типов устройств для контактирования пара с жидкостью, в том числе устройства с насадками и тарелками. Различные устройства обычно обладают различными преимуществами. Например, сливной стакан с множеством тарелок обладает высокими парожидкостными возможностями и способен эффективно работать в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок. Структурированные насадки обычно имеют низкий перепад давлений, что позволяет использовать их в устройствах с низким давлением или большим разряжением. Перфорированные площадки являются эффективными контактными устройствами, однако могут создавать большие перепады давления в колонне, особенно при использовании на относительно небольших площадках, даже при большой высоте открытой ректификационной области. Двумя важными параметрами, используемыми при оценке производительности устройств для контактирования пара с жидкостью, являются емкость и эффективность. Между тем оба этих параметра могут ухудшаться при неправильном распределении жидкости или пара в устройстве для контактирования пара с жидкостью. Неправильное распределение жидкости или пара имеет тенденцию расширяться от одной ступени к другой, снижая емкость и эффективность устройства в целом.
В частности, к числу известных устройств для контактирования пара с жидкостью относятся, например, устройства, описанные в документе US 6682633, предназначенные для спутного контактирования пара с жидкостью в нескольких структурных блоках, находящихся на горизонтальных уровнях. В документе US 5837105 и связанным с ним документе US 6059934 описана тарелка ректификационной колонны с несколькими спутными контактирующими секциями, распределенными по тарелке.
Другие устройства, в которых используются подобные устройства, направленные на решение описанных выше проблем, а также других задач, описаны в документе US 7424999, который включен здесь посредством ссылки. Подобные устройства являются контактными блоками на горизонтальных ступенях и отличаются от обычных тарельчатых конструкций. Блоки одной ступени повернуты таким образом, чтобы они располагались непараллельно по отношению к блокам нижестоящей ступени, вышестоящей ступени или обеих ступеней. Контактные блоки содержат, по меньшей мере, распределитель жидкости (или сливной стакан), а также парожидкостной сепаратор (или каплеотбойник), которые совместно образуют объем контактирования, а именно канал для спутных потоков. Поднимающийся пар входит в объем контактирования и увлекает жидкость, выбрасываемую из распределителя жидкости. Поднимающийся пар и увлекаемая жидкость спутно переносятся в объеме контактирования в каплеотбойник, который разделяет или сепарирует пар и жидкость таким образом, чтобы подобные потоки после контактирования могли раздельно перемещаться соответственно вниз и вверх. Жидкость, выходящая из каплеотбойника, перемещается в накопительный поддон, а затем отводится по каналу вниз. Каждый из каналов, сопряженный с единственным накопительным поддоном, направляет жидкость в отдельный сливной стакан нижестоящей контактной ступени. Пар, выходящий из каплеотбойника, поступает в передаточный объем для текучей среды, расположенный над накопительным поддоном, а затем в объем контактирования вышестоящей контактной ступени.
Таким образом, каплеотбойники и сливные стаканы взаимодействуют между собой, образуя один или несколько спутных контактных блоков данной контактной ступени. Подобные каплеотбойники и сливные стаканы, в целом, являются удлиненными конструкциями, которые проходят через части определенного сечения, обычно круглого, устройства для контактирования пара с жидкостью. У определенной контактной ступени спутные контактные блоки совместно с накопительными поддонами, разделяющими подобные блоки, обычно расположены таким образом, чтобы они перекрывали все сечение. Поэтому при изготовлении подобных контактных ступеней необходимо учитывать ряд соображений, таких как легкость монтажа, стандартность конструкции деталей и достаточная конструктивная целостность, исключающая перемещение и/или разделение деталей во время эксплуатации при изменении температуры и давления. Процесс совершенствования подобных контактных ступеней, в особенности их изготовления и установки, идет непрерывно.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на усовершенствование контактных ступеней, включающих в себя один или несколько отдельных спутных контактных блоков для осуществления контактирования пара с жидкостью. Наибольший интерес представляют спутные контактные блоки, в которых и (i) стекающая вниз жидкость, выходящая из сливного стакана, в который жидкость попадает из канала накопительного поддона вышестоящей ступени, и (ii) поднимающийся вверх пар, выходящий через выпускное отверстие каплеотбойника нижестоящей ступени, выбрасываются в каналы для спутных потоков. Изобретение, таким образом, относится к устройствам для контактирования спутных потоков пара и жидкости, с непараллельными ступенями и приспособлениям для передачи жидкости с одной ступени на другую, нижестоящую ступень без снижения объемов перерабатываемой жидкости. Подобные устройства позволяют эффективно использовать пространство колонны для потока текучей среды и контактирования с целью достижения большой емкости, высокой эффективности и уменьшения перепадов давления.
Изготовление подобных контактных ступеней совершенствуется за счет использования одной или нескольких конструктивных доработок, предпочтительно комбинации из доработок, для существенного повышения жесткости между различными деталями и, таким образом, предотвращения перемещения/разделения подобных деталей. Это уменьшает вероятность протечек текучей среды и, как следствие, перепуск пара и/или жидкости мимо контактирующей ступени, что в итоге может привести к снижению расчетной эффективности парожидкостной сепарации данного конкретного контактного устройства. Еще одним аспектом изобретения является способ, при помощи которого детали контактной ступени, включая каплеотбойники, сливные стаканы и накопительные поддоны, устанавливаются и/или крепятся. Значительные преимущества при монтаже и обеспечиваемая в результате конструктивная целостность контактных ступеней могут быть достигнуты за счет комбинированного использования ряда конструктивных усовершенствований.
Аспекты изобретения, таким образом, относятся к высокой емкости и высокой эффективности устройств для контактирования спутных потоков пара и жидкости, используемых в ректификационных колоннах, а также в других процессах контактирования пара с жидкостью. Подобные устройства, в целом, содержат множество контактных ступеней, каждая из которых содержит ряд деталей или элементов, которые должны изготавливаться таким образом, чтобы они могли быть установлены в ограниченном пространстве, например, в цилиндрическом резервуаре контактного устройства и надежно перекрывали сечение резервуара. Изобретение, следовательно, в широком смысле направлено на усовершенствованние контактных ступеней контактных устройств, в которых сливные стаканы, каплеотбойники и накопительные поддоны герметично или, по существу, герметично закреплены так, чтобы была сведена к минимуму, либо исключалась вероятность перепуска или прохождения пара и/или жидкости через контактную ступень без контактирования между этими двумя фазами.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящее изобретение направлено на создание контактной ступени устройства для спутного контактирования пара с жидкостью. Контактная ступень содержит пару рядов каплеотбойников, разнесенных между собой и содержащих множество отдельных каплеотбойников, соединительные фланцы которых проходят над верхними поверхностями каплеотбойников. Контактная ступень дополнительно содержит пару накопительных поддонов, расположенных на чередующихся сторонах разнесенных рядов каплеотбойников, причем накопительный поддон находится со стороны каждого ряда каплеотбойников, расположенного оппозитно стороне, примыкающей к проему, через который проходит общий сливной стакан. Сливной стакан проходит между разнесенными между собой рядами каплеотбойников и образует, вместе с поверхностями впускных отверстий каплеотбойников, пару каналов для спутных потоков, каждый из которых находится с одной из противоположных сторон сливного стакана. Выпускное отверстие сливного стакана обычно расположено в центре, между и/или сообщается по текучей среде с обоими каналами для спутных потоков.
Согласно типовому варианту осуществления изобретения все выпускные поверхности каплеотбойников в одном и том же ряду каплеотбойников (из пары рядов каплеотбойников) расположены над одним и тем же накопительным поддоном (из пары накопительных поддонов). Аналогичным образом, впускные поверхности всех каплеотбойных устройств в одном и том же ряду каплеотбойников могут сообщаться по текучей среде с одним и тем же каналом для спутных потоков. Таким образом, сливной стакан, ряды каплеотбойников и образованные между ними каналы для спутных потоков создают контактный блок данной контактной ступени. В целом в рассмотренных здесь устройствах для контактирования пара с жидкостью используется множество контактных ступеней, в каждой из которых имеется множество контактных блоков, которые зачастую расположены параллельно (т.е. пары рядов каплеотбойников и каналы для спутных потоков между этими рядами проходят параллельно) поперек данной контактной ступени. Центральные накопительные поддоны проходят между рядами, а зачастую параллельно рядам каплеотбойников смежных блоков, тогда как оконечные накопительные поддоны проходят между одним из рядов каплеотбойников данной контактной ступени и кожухом резервуара или стенкой.
Типовые контактные ступени, таким образом, содержат, по меньшей мере, один контактный блок (например, блоки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10), в каждом из которых имеется сливной стакан, сопряженный с двумя каплеотбойниками. Блоки типовых контактных ступеней расположены параллельно, попеременно с накопительными поддонами, причем количество накопительных поддонов в ступени, в целом, на один больше количества сливных стаканов за счет того, что оконечные накопительные поддоны расположены с обоих торцов каждой контактной ступени.
Отдельные каплеотбойные устройства в ряду каплеотбойников предпочтительно прикреплены в верхних и нижних частях соответственно к сливному стакану и накопительному поддону, примыкающему к ряду каплеотбойников. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения для крепления верхних частей каждого каплеотбойника на соединительных фланцах используются соединительные уголки. Соединительные уголки могут, например, обеспечивать прочное соединение верхних частей каплеотбойных устройств за счет их прохождения или складывания вокруг верхних участков соединительных фланцев и верхних участков стенки сливного стакана, примыкающих к соединительным фланцам, а также за счет того, что они покрывают указанные участки. Согласно типовому варианту осуществления изобретения может использоваться множество крепежных элементов, причем такие крепежные элементы проходят как через подобные соединительные фланцы каплеотбойных устройств, так и через смежные участки стенок сливного стакана, а также через противоположные стороны соединительных уголков, к которым крепятся торцы крепежных средств. Крепежный элемент, например, может фиксироваться при помощи сварки или тугой посадки. Согласно особому варианту осуществления изобретения, в котором используется крепежный элемент для тугой посадки, крепежный элемент может проходить через выровненные L-образные отверстия в противоположных сторонах соединительных уголков, а также через соединительные участки верхнего фланца и смежные участки стенок сливного стакана, расположенные между подобными противоположными сторонами.
Соединительные фланцы каплеотбойных устройств, таким образом, используются для их крепления на их верхних частях, к участкам стенок сливного стакана, причем каплеотбойные устройства в одном и том же ряду каплеотбойников крепятся к одному и тому же участку стенки стакана. Часто из-за геометрии канала для спутных потоков каплеотбойные устройства и/или стенки сливного стакана, образующие канал для спутных потоков, расположены под определенным углом к вертикали. Также угол установки каплеотбойных устройств обычно не выравнен с углом установки сливного стакана. Поэтому соединительные фланцы каплеотбойных устройств предпочтительно имеют достаточную гибкость, позволяющую им при сгибании выравниваться (т.е. проходить под таким же углом) со стенкой сливного стакана, к которой они прикреплены. Подобный угол выравнивания соединительных фланцев, таким образом, обычно образует угол (т.е. нелинейный угол в 180°) между ними и впускными поверхностями каплеотбойных устройств. Согласно одному из типовых вариантов осуществления изобретения соединительные фланцы загибаются вверх от верхних пластин, закрывающих верхние поверхности каплеотбойных устройств. В отличие от впускных и выпускных поверхностей каплеотбойных устройств, подобные верхние поверхности, в целом, не пропускают жидкость или пар, поэтому пластины, закрывающие подобные верхние поверхности, обычно являются неперфорированными.
Другие аспекты изобретения относятся к креплению нижних частей каплеотбойных устройств таким образом, чтобы, как было рассмотрено выше на примере верхних частей, перепуск пара и/или жидкости по мере их прохождения через контактную ступень уменьшался или исключался. По одному из способов установки каплеотбойных устройств предполагается вначале размещать нижние части каплеотбойников в ответной или совместимой секции, например, в направляющих. Между тем по другим вариантам осуществления изобретения опорный уголок, находящийся снизу нижних поверхностей каплеотбойных устройств, позволяет прочно устанавливать их даже без направляющих, поэтому направляющие становятся опциональным признаком. В этом случае опорный уголок опирается на вертикальный выступ накопительного поддона.
При типовом порядке монтажа, после того как нижняя часть каплеотбойного устройства с подобной угловой опорой установлена по месту, она может поворачиваться или вращаться на небольшой угол (например, от 10° до 65°) вокруг неподвижной оси, проходящей через нижний угол каплеотбойника. Во время монтажа каплеотбойник, следовательно, может первоначально устанавливаться или выравниваться, например, вертикально или, по существу, вертикально, а затем доворачиваться в окончательное, невертикальное штатное положение, таким образом, чтобы верхняя секция и соединительный фланец упирались встык в соответствующую секцию стенки сливного стакана, как это было рассмотрено выше. Предпочтительно монтаж можно упростить, используя угловую опору, проходящую снизу нижних поверхностей каплеотбойников, как это было рассмотрено выше. Направляющая или опорный уголок позволяют при монтаже осуществлять поворот на требуемое расстояние и, предпочтительно, создают механическое уплотнение между каплеотбойным устройством и накопительным поддоном, в целом, между выступом накопительного поддона и опорным устройством (например, направляющей или опорным уголком), на нижних частях каплеотбойных устройств. Предпочтительно, после того как каплеотбойные устройства доворачиваются в их окончательное, невертикальное штатное положение, они крепятся на их верхних частях при помощи соединительных уголков, как это было рассмотрено выше.
Дополнительные аспекты изобретения относятся к улучшению соединений между отдельными каплеотбойными устройствами в ряду каплеотбойников для дополнительной стабилизации подобных элементов и создания прочной, легко собираемой контактной ступени. По типовому варианту осуществления изобретения, смежные каплеотбойники в ряду каплеотбойников неподвижно крепятся при помощи соединительных, упирающихся встык, боковых пластин. Например, две боковые пластины каждого смежного каплеотбойника в ряду каплеотбойников могут быть соответственно охватываемой и охватывающей соединительными боковыми пластинами, причем выступ охватываемой соединительной пластины входит или сопрягается с карманом взаимодополняющей охватывающей боковой пластины. Два или более каплеотбойных устройств в ряду каплеотбойников могут собираться при помощи их соединительных боковых пластин перед монтажом и креплением к накопительным поддонам и сливным стаканам. У двух последних или торцевых каплеотбойных устройств в ряду каплеотбойников могут иметься две охватываемые боковые пластины, одна из которых взаимодополняет смежную, упирающуюся встык охватывающую боковую пластину смежного каплеотбойника, а другая взаимодополняет охватывающий карман у торца сливного стакана. За счет этого у сливного стакана могут быть противоположные боковые торцы с соединениями, например, охватывающими соединениями из боковых пластин каплеотбойных устройств, для крепления боковых пластин каплеотбойных устройств с торца каждого ряда каплеотбойников. Таким образом, охватывающие карманы у подобных боковых торцов могут соединяться с охватываемыми соединительными боковыми пластинами подобных каплеотбойных устройств.
Дополнительные варианты осуществления изобретения направлены на создание устройств для осуществления спутного контактирования пара с жидкостью, содержащих контактную ступень, предпочтительно множество подобных ступеней, как это было описано выше. В случае использования множества ступеней, у каждого из отдельных накопительных поддонов данной контактной ступени имеется один или несколько каналов, причем каждый канал одного накопительного поддона сообщен по текучей среде с отдельным сливным стаканом нижестоящей ступени. Контактная ступень и нижестоящая контактная ступень обычно непараллельно выровнены.
Другие варианты осуществления изобретения направлены на создание устройства для осуществления спутного контактирования пара с жидкостью, имеющего контактную ступень, содержащую, по меньшей мере, один сливной стакан, выпускное отверстие которого расположено в непосредственной близости от, по меньшей мере, одного канала для спутных потоков. Контактная ступень дополнительно содержит, по меньшей мере, один ряд из каплеотбойников, состоящий из множества каплеотбойных устройств, причем у каждого каплеотбойного устройства имеются (i) впускные поверхности, расположенные в непосредственной близости от канала для спутных потоков и выпускные поверхности, расположенные над накопительным поддоном, а также (ii) соединительные фланцы, проходящие над верхними поверхностями каплеотбойных устройств. У контактной ступени также имеется, по меньшей мере, один канал с верхним краем, сообщенным по текучей среде с накопительным поддоном, и нижним краем. Нижний край каждого канала сообщен по текучей среде с отдельным сливным стаканом нижестоящей ступени. Контактная ступень устройства для контактирования пара с жидкостью повернута относительно нижней ступени устройства. Обычно у контактной ступени имеется, по меньшей мере, два ряда каплеотбойников, причем сливной стакан разнесен между этими двумя рядами, образуя контактный блок контактной ступени.
В контактных ступенях могут использоваться любые конструктивные усовершенствования, рассмотренные выше, по отдельности или в комбинации, которые повышают их целостность и производительность. Конкретные конструктивные усовершенствования направлены на обеспечение прочного соединения между верхней и нижней частями каплеотбойных устройств и, соответственно, накопительным поддоном и смежными участками стенок сливного стакана. В подобных соединениях для верхних частей используются соединительные уголки, проходящие над и покрывающие верхние части соединительных фланцев каплеотбойных устройств и смежные участки стенок сливного стакана. В подобных соединениях для нижних частей используются опорные уголки, проходящие снизу нижних поверхностей каплеотбойных устройств. Другие конструктивные усовершенствования, которые могут использоваться по отдельности или в комбинации с ними, включают в себя описанные выше устройства, которые могут соединять смежные каплеотбойные устройства за счет соединения встык, при помощи соединительных боковых пластин, а также соединять торцы рядов каплеотбойников с противоположными боковыми торцами сливного стакана.
Дополнительные варианты осуществления изобретения направлены на способы контактирования потоков пара и жидкости. Способы предусматривают пропускание потоков через каналы для спутных потоков описанных выше устройств.
Эти и другие варианты осуществления изобретения, относящиеся к настоящему изобретению, станут понятны из следующего подробного описания изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано типовое устройство, содержащее контактные ступени с контактными блоками, вид в сечении;
на фиг.2 - отдельный типовой контактный блок, вид в сечении;
на фиг.3 - отдельная контактная ступень, вид сверху;
на фиг.4A - соединительный уголок для крепления верхней части каплеотбойного устройства к стенке сливного стакана, вид спереди;
на фиг.4B - соединительный уголок, изображенный на фиг.4А, вид с торца;
на фиг.4C - каплеотбойное устройство с впускной поверхностью и соединительным фланцем, проходящим над верхней поверхностью, причем соединительный фланец имеет в его верхней части L-образные отверстия, через которые могут проходить крепежные элементы, вид спереди;
на фиг.4D - сливной стакан с L-образными отверстиями в участках стенок, примыкающих к соединительному фланцу каплеотбойного устройства, изображенного на фиг.4C, причем L-образные отверстия выровнены, вид спереди;
на фиг.4E - соединительный уголок, изображенный на фиг.4A, соединяющий между собой верхнюю часть соединительного фланца каплеотбойного устройства со смежным участком стенки сливного стакана, вид с торца;
на фиг.5A - опорный уголок для каплеотбойного устройства, вид с торца;
на фиг.5B - каплеотбойное устройство с опорным уголком, проходящим под его нижней поверхностью, и соединительным фланцем, проходящим над его верхней поверхностью, вид сбоку;
на фиг.6A - два каплеотбойных устройства и их соединительные боковые пластины, вид спереди;
на фиг.6B - каплеотбойные устройства, изображенные на фиг.6A, с их смежными упирающимися встык охватываемой и охватывающей соединительными боковыми пластинами, вид сверху;
на фиг.6C - охватывающий карман сливного стакана, предназначенный для соединения с каплеотбойниками на торцах рядов каплеотбойников, вид сверху (позицией 105 обозначено соединение позиций 46 и 48A).
На всех чертежах одинаковые или схожие элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Чертежи следует рассматривать в качестве пояснения изобретения и/или используемых принципов. После ознакомления с настоящим раскрытием изобретения, специалисту в данной области техники станет очевидно, что устройства и сопряженные с ними соответствующие ступени с рядами каплеотбойников, сливными стаканами, накопительными поддонами и соединениями согласно разным вариантам осуществления изобретения имеют конфигурацию и элементы определяемые, отчасти, их конкретным предполагаемым назначением.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображено устройство для спутного контактирования пара с жидкостью согласно настоящему изобретению, содержащее ступени, находящиеся внутри резервуара 10. Резервуар 10 может быть, например, ректификационной колонной, абсорбционной колонной, смешивающим теплообменником или иным резервуаром, используемым для осуществления контактирования пара с жидкостью. Резервуар 10 содержит контактные ступени 12 и дополнительно может содержать коллектор/распределители. Ректификационная или дистилляционная колонна обычно содержит от 10 до 250 или более контактных ступеней 12. Конструкция контактных блоков 20 подобных ступеней может быть, по существу, одинаковой во всей колонне, но также может и отличаться, например, в зависимости от расхода потока в разных частях колонны. Для упрощения восприятия на фиг.1 показаны лишь три контактные ступени, а именно верхняя 12A, средняя 12B и нижняя 12C контактные ступени.
Следует понимать, что такое устройство как ректификационная колонна может состоять из нескольких секций, причем в каждой секции имеется несколько контактных ступеней. Также между и/или внутри секций может осуществляться подача и/или удаление продуктов текучей среды. Обычные контактные устройства (например, тарелки и/или насадки), используемые для ректификации, в одной и той же и/или разных секциях устройства с контактными ступенями, рассмотренными выше, могут быть перемешаны (например, находиться сверху и/или снизу). Резервуар 10 содержит внешний кожух 11, который обычно имеет цилиндрическое сечение.
Каждая контактная ступень 12, показанная на фиг.1, может поворачиваться на 90° относительно непосредственно вышестоящей или нижестоящей ступени, распределяя, таким образом, жидкость в направлении, ортогональном непосредственно вышестоящей или нижестоящей ступени для предотвращения неравномерного распределения жидкости. Согласно другим вариантам осуществления изобретения вертикально смежные контактные ступени могут быть расположены под другими углами поворота, которые могут быть одинаковыми для разных ступеней или могут отличаться. Каждая контактная ступень 12 содержит множество контактных блоков 20 и накопительных поддонов 26. Каждый контактный блок 20 содержит пару рядов 24 каплеотбойников, между которыми находится сливной стакан 22. Поскольку три контактные ступени, показанные на фиг.1, имеют ортогональное расположение, в верхней контактной ступени 12A при виде с торца показаны пять типовых пар рядов 24 каплеотбойников. Соответственно, в средней контактной ступени 12B, от одной стороны внешнего кожуха 11 резервуара до другой, удлиненные ряды 24 каплеотбойников проходят параллельно удлиненному сливному стакану 22. Расположение рядов 24 каплеотбойников и сливных стаканов 22 в нижней контактной ступени 12C аналогично их расположению в верхней контактной ступени 12A.
На фиг.2 показан увеличенный подробный вид одного из отдельных контактных блоков 20, на котором изображен распределитель жидкости или сливной стакан 22, расположенный между парой жидкостно-паровых сепараторов или рядов 24 каплеотбойников. Сливной стакан 22 и ряды 24 каплеотбойников, взаимодействуя, образуют объем контактирования спутной текучей среды или канал 56 со спутными потоками. Помимо контактных блоков 20, каждая контактная ступень также содержит множество накопительных поддонов 26, в каждом из которых имеется множество каналов 28. Впускное отверстие 32 сливного стакана 22 выполнено с возможностью зацепления с каналами 28 накопительного поддона непосредственно вышестоящей контактной ступени. На фиг.2, таким образом, показано взаимодействие между различными элементами, а именно между рядами 24 каплеотбойников и сливным стаканом 22, образующими канал 56 со спутными потоками.
На фиг.2 также показано соединение между рядами каплеотбойников 24 и каждым из отдельных каплеотбойных устройств 40, образующих ряды 24 каплеотбойников, со сливным стаканом 22, а также с накопительным поддоном 26. Верхняя секция, например, верхний уголок 70 каждого каплеотбойного устройства, может быть прикреплен к стенке 30 сливного стакана на смежном участке 72 стенки. Для подобного соединения может использоваться соединительный фланец 74, выступающий над верхней поверхностью 45 каждого каплеотбойного устройства 40 в ряду 24 каплеотбойников. Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.2, соединительный фланец 74 выполнен путем сгибания вверх неперфорированной верхней пластины, часть которой образует верхнюю поверхность 45, и выравнивания ее со смежным участком 72 стенки сливного стакана 22. Поскольку угол наклона каплеотбойных устройств 40 (также именуемых «ловушка-сепаратор») рядов 24 каплеотбойников отличается от угла наклона стенки 30 сливного стакана, выровненный соединительный фланец 74 проходит под углом относительно перфорированной впускной пластины 42 так же, как и впускная поверхность каплеотбойного устройства 40. Перфорированная пластина 42 позволяет пару и увлекаемой жидкости, поднимающимся по каналу 56 для спутных потоков, проникать в каплеотбойное устройство 40. Отделенные пар и жидкость выходят из каплеотбойного устройства преимущественно через перфорированную выпускную пластину, образующую выпускную поверхность 44A, а также могут выходить через нижнюю поверхность 44 В каплеотбойного устройства 40. Затем выходящая жидкость стекает в накопительный поддон 26 и соединительные каналы 28, ведущие в сливной стакан непосредственно нижестоящей контактной ступени, тогда как выходящий пар поднимается в канал для спутных потоков непосредственно вышестоящей контактной ступени.
Как показано на фиг.2, соединительный уголок 75 крепит каждое каплеотбойное устройство, в его верхней части 70, к сливному стакану 30. В частности, соединительный уголок 75 проходит над соединительным фланцем 74 и закрывает весь этот соединительный фланец 74 или только его верхнюю часть, а также смежный участок 72 стенки сливного стакана 30. Отдельные соединительные уголки 75 могут отдельно крепить каждое каплеотбойное устройство. Как вариант, соединительные уголки 75 могут быть разной длины и использоваться для крепления нескольких каплеотбойных устройств или даже целого ряда каплеотбойников. Соединительные уголки постоянной заданной длины преимущественно могут использоваться для усиления конструкции. На фиг.4A показан вид сбоку типичного соединительного уголка 75 в виде удлиненной металлической полоски с отверстиями 85, в которые могут вставляться крепежные элементы. При виде соединительного уголка 75 с торца, на фиг.4B показано U-образное сечение, которое, как было рассмотрено выше со ссылкой на фиг.2, позволяет устанавливать его поверх соединительного фланца 74 и прижимать соединительный фланец 74 каплеотбойного устройства 40 к смежному сливному стакану 30. Типовые средства для обеспечения подобного соединения с каплеотбойным устройством показаны на фиг.4C, где изображен вид спереди отдельного каплеотбойного устройства с его перфорированной впускной пластиной, используемой в качестве впускной поверхности 42, а также соединительным фланцем 74, проходящим над верхней поверхностью 45, причем в верхней части соединительного фланца 74 имеются L-образные отверстия 87, через которые могут проходить крепежные элементы. На фиг.4D показан вид спереди сливного стакана 30 с L-образными отверстиями 87', которые выравниваются с L-образными отверстиями 87 соединительного фланца сопрягаемого каплеотбойного устройства. Как видно из фиг.4D, подобные L-образные отверстия 87' расположены в смежных участках 72 стенки сливного стакана 30, который прикреплен к каплеотбойному устройству при помощи подобных отверстий 87'.

На фиг.4E также показан вид с торца соединительного уголка, изображенного на фиг.4A. Между тем можно заметить, что верхняя часть соединительного фланца 74 каплеотбойного устройства 40 и смежный участок 72 стенки 30 сливного стакана расположены и закреплены между противоположными сторонами соединительного уголка 75 с помощью одного или нескольких крепежных элементов 89 для каждого каплеотбойного устройства. Установка подобных крепежных элементов 89 может осуществляться при помощи сварки или тугой посадки, при этом в последнем случае, например, может использоваться самозащелкивающийся крепежный элемент РЕМ (фирмы Пенн Инжиниринг, г.Данборо, штат Колорадо, США). В случае, если подобный крепежный элемент проходит через выровненные L-образные отверстия 87, выполненные в верхних частях соединительных фланцев 74, и смежные участки 72 стенок сливного стакана, крепежный элемент 89 может вставляться через подобные отверстия или пазы и сдвигаться к их дальнему краю. В подобном положении давление, прикладываемое затянутыми крепежными элементами, может создавать уплотнение в верхней части 70 каплеотбойного устройства, поддерживать жесткость соединения между каплеотбойным устройством и сливным стаканом (т.е. предотвращать скольжение деталей), а также воспринимать часть веса каплеотбойного устройства.
Отдельно или в дополнение к креплению верхних частей 70 каждого каплеотбойного устройства 40 в ряду 24 каплеотбойников к одному и тому же смежному участку 72 стенки сливного стакана 22, нижние части каждого каплеотбойного устройства в одном и том же ряду каплеотбойников могут аналогичным образом крепиться к одному и тому же смежному накопительному поддону. На фиг.2 изображены вертикальные выступы 95 накопительного поддона 26, сопрягаемые с нижней частью, например, нижним уголком 97, опирающимся на вертикальные выступы 95. Дополнительный элемент, например, направляющая каплеотбойника, может использоваться для направления устанавливаемого на него опорного уголка 91, однако подобная направляющая обычно не требуется для опорного уголка 91, который предпочтительно обеспечивает достаточную конструктивную поддержку для нижних краев каплеотбойных устройств. Это обеспечивает дополнительную опору при креплении верхних частей 70 к смежным участкам 72 стенок сливного стакана 22.
На фиг.5А показан увеличенный вид типового опорного уголка 91, который позволяет осуществлять первоначальное выравнивание при монтаже отдельных каплеотбойных устройств относительно вертикального выступа 95 накопительного поддона 26. После подобного предварительного выравнивания, во время которого каплеотбойные устройства могут устанавливаться вертикально для зацепления прямым концом 93 за вертикальный выступ 95, опорные уголки 91 предпочтительно также позволяют каплеотбойным устройствам поворачиваться из подобного вертикального положения в невертикальное, штатное положение, при котором соединительные фланцы, выступающие над верхними поверхностями каплеотбойных устройств, выравниваются со смежными участками стенок сливного стакана и крепятся к ним, как это было рассмотрено выше. Поворот каплеотбойных устройств вокруг опорного уголка 91 подобным образом может создавать механическое уплотнение между таким опорным уголком и вертикальными выступами накопительного поддона, тем самым предотвращая перепускание или утечку пара и/или жидкости из контактной ступени, а также повышая эффективность резервуара, например, при осуществлении ректификации.
Типовая угловая опора, показанная на фиг.5A, таким образом, содержит прямой конец 93, который обычно является дальним по отношению к впускной поверхности каплеотбойного устройства, а также загнутый конец 96, который обычно является ближним по отношению к подобной впускной поверхности и может выступать в качестве места крепления с нижней частью каплеотбойного устройства. Как показано на фиг.5A, первая внутренняя часть 98 подобного загнутого конца 96 расположена под малым углом 200, составляющим, например, от 0° до 30°, часто от 5° до 15°, относительно прямого конца 93. Вторая, внешняя часть 99 загнутого конца 96 расположена под большим углом 300 относительно прямого конца 93, обеспечивая необходимый поворот вокруг накопительного поддона и образуя с ним механическое уплотнение, в частности, на его вертикальном выступе. На фиг.5B показано крепление, например, при помощи сварки, опорного уголка 91 к нижней части 97 каплеотбойного устройства 40 в ряду каплеотбойников. Опорный уголок 91 проходит под нижней поверхностью 44B, которая часто образована продолжением перфорированной пластины, используемой в качестве выпускной поверхности 44A каплеотбойного устройства 40. Отверстия в перфорированных пластинах, используемые для выпуска, и нижние поверхности 44A, 44B могут быть или не быть отверстиями одного и того же типа. Например, отверстия в нижней поверхности 44B предназначены для слива выходящей отделенной жидкости. В условиях нормальной работы подобная жидкость отделяется от потока пара, увлекающего подобную жидкость при его прохождении через перфорированное впускное отверстие 42, выступающее в качестве впускной поверхности каплеотбойного устройства 40. Опорный уголок 91, таким образом, позволяет легко осуществлять предварительную установку каплеотбойного устройства на вертикальном выступе накопительного поддона. Опорный уголок 91 достаточно открыт за счет малого и большого углов 200, 300, позволяя вращать или поворачивать каплеотбойное устройство для его установки в окончательное штатное положение. Согласно особому варианту осуществления изобретения подобное окончательное штатное положение предпочтительно расклинивает вертикальный выступ накопительного поддона и опорный уголок, образуя механическое уплотнение. Возможность поворота каплеотбойного устройства также упрощает образование соединений между смежными упирающимися встык пластинами, например, при помощи охватываемых и охватывающих соединительных пластин, как это более подробно рассматривается ниже.
У типового каплеотбойного устройства, показанного на фиг.5B, также имеется соединительный фланец 74, проходящий над верхней поверхностью 45. Как отмечалось выше, соединительный фланец 74 может быть образован продолжением части неперфорированной верхней пластины, закрывающей верхнюю поверхность.
Так же, как показано на фиг.2, в верхней части сливного стакана 22 имеется впускное отверстие 32, а в нижней части - выпускное отверстие 34, состоящее из одного или нескольких отверстии. Две скошенные стенки 30 сливного стакана 22 сходятся на конус в направлении книзу. Нижняя часть, по существу V-образного сливного стакана 22, расположенная рядом с выпускным отверстием 34, может быть заостренной, изогнутой или плоской, как это показано на фиг.2. Возможны также альтернативные варианты выполнения сливных стаканов, имеющих, например, ступенчатую или скошенно-ступенчатую форму. Согласно дополнительным вариантам осуществления изобретения сливной стакан может иметь в сечении прямоугольную (например, квадратную) форму, либо изогнутую, неправильную или иную форму, позволяющую создавать канал со спутными потоками требуемой конфигурации и геометрии для подачи жидкости. Изображенный V-образный сливной стакан позволяет получать одновременно большой объем контактирования между каплеотбойниками 24 и стенками 30 сливного стакана в нижней части каждой ступени 12, а также большое впускное отверстие 32 сливного стакана в верхней части для размещения в нем канала 28 увеличенного размера и увеличения количества обрабатываемой жидкости.
В выпускном отверстии 34 сливного стакана, в целом, имеется множество пазов, перфорированных отверстий или иных отверстий, расположенных в один или несколько рядов в нижней части сливного стакана 22. Отверстия сливного стакана могут находиться в стенках 30 и/или на дне сливного стакана. Во время эксплуатации уровень жидкости в сливном стакане 22 может создавать уплотнение, предотвращающее проникновение поднимающегося пара в сливной стакан через выпускные отверстия 34. Выпускные отверстия 34 сливного стакана предпочтительно распределены по длине сливного стакана 22 и могут быть расположены таким образом, чтобы отверстия отличались по количеству или размеру, либо отсутствовали в частях сливного стакана 22, расположенных над нижестоящим сливным стаканом для предотвращения непосредственного перетекания жидкости из одного сливного стакана в нижестоящий сливной стакан.
На фиг.3 показан вид сверху двух смежных (нижестоящей и вышестоящей) ступеней, причем для лучшей наглядности компоновки накопительных поддонов 26, каналов 28 и сливных стаканов 22 ряды каплеотбойников не показаны. Накопительные поддоны 26 каждой ступени расположены, по существу, параллельно и разнесены поперечно площади сечения устройства или резервуара. Сливные стаканы 22 контактного блока 20 находятся между каждой парой смежных накопительных поддонов 26 одной и той же контактной ступени, в результате чего расположение накопительных поддонов 26 и блоков 20 чередуется. Сливные стаканы 22 и накопительные поддоны 26 каждой ступени могут опираться на опорные кольца (не показаны), закрепленные на внутренней поверхности стенки резервуара или внешнем кожухе 11 при помощи сварки или других обычных средств. Сливные стаканы 22 и их соответствующие накопительные поддоны 26 могут быть закреплены на опорном кольце болтами, зажимами или иным образом для удержания их в нужном положении или на определенной высоте колонны во время эксплуатации, для предотвращения протечек текучей среды между ступенями за пределами соответствующих контактных областей.
Накопительные поддоны, расположенные между двумя контактными блоками, а также поддоны, расположенные между блоком и кожухом резервуара или внешней стенкой, именуются соответственно центральными и концевыми накопительными поддонами. Центральные накопительные поддоны, таким образом, совместно используются двумя смежными контактными блоками. Согласно другому варианту осуществления изобретения (не показан), в каждый контактный блок встроена пара накопительных поддонов. Когда подобные блоки выровнены, по существу, параллельно поперек ступени, то блоки примыкают друг к другу таким образом, чтобы между каждой парой смежных сливных стаканов находилось два накопительных поддона. Между двумя смежными контактными блоками 20 может быть дополнительно установлена вертикальная разделительная перегородка 21 (фиг.1) для перехватывания пара, выходящего из каплеотбойников 24, а также, в целом, для снижения вероятности взаимодействия между собой образующихся текучих сред в передаточном объеме 58 для текучей среды, расположенном над накопительными поддонами 26. Вертикальная разделительная перегородка 21 может быть установлена между каплеотбойниками 24 смежных контактных блоков 20 и, по существу, параллельно им.
Другие конструктивные признаки, относящиеся к контактным ступеням, включают в себя соединительные боковые пластины для крепления смежных каплеотбойных устройств в рядах каплеотбойников. Ряды каплеотбойников в целом проходят, по существу, вдоль длины смежного каплеотбойника, рядами, с каждой стороны. На фиг.6A (вид спереди) и фиг.6B (вид сверху) показано каким образом соединительные, упирающиеся встык боковые пластины могут использоваться в двух смежных каплеотбойных устройствах в ряду каплеотбойников для дальнейшего усовершенствования конструкции контактной ступени. В частности, у каждого каплеотбойного устройства 40 имеются охватываемые 46 и охватывающие 48 соединительные боковые пластины для создания прочных соединений, а также для уплотнения сочленений между отдельными каплеотбойным устройствами и, таким образом, по существу, предотвращения протечек текучей среды через подобные сочленения. Для соединения боковых пластин каплеотбойных устройств также могут использоваться соответствующие крепежные элементы, например, болты, скрепы, штифты, зажимы или ленты. Также можно использовать сварку.
Согласно особому варианту осуществления изобретения на каплеотбойных устройствах, расположенных с каждого противоположного торца ряда каплеотбойников, могут быть установлены концевые боковые пластины, т.е. которые соединяются не с боковыми пластинами смежных каплеотбойных устройств, а с противоположными торцами сливного стакана. Поэтому непосредственно у самого сливного стакана, с противоположных боковых торцов, могут иметься соединения для крепления подобных концевых боковых пластин ряда каплеотбойников. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения подобные соединения 105, например, могут иметь форму охватывающих концов или карманов 48A, показанных на фиг.6C, соединяющихся с охватываемыми соединительными боковыми пластинами каплеотбойных устройств 40 с каждого торца ряда каплеотбойников. У каждого из подобных каплеотбойных устройств, расположенных с каждого торца, соответственно имеются две боковые пластины с охватываемыми соединениями, у которых, в отличие от промежуточных каплеотбойных устройств, имеется одна боковая пластина с охватываемым соединением, а также другая боковая пластина с охватывающим соединением. Это позволяет крепить по месту каплеотбойные устройства, расположенные с каждого противоположного торца, фиксировать положение всего ряда каплеотбойников относительно смежного сливного стакана, а также способствует созданию уплотнений рядов каплеотбойников с каждого торца. Согласно особому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один, возможно два охватывающих кармана 48A с каждого бокового торца сливного стакана также могут быть регулируемыми для компенсации конструктивных допусков.
Конкретные охватываемое и охватывающее соединения в виде шпонки и паза, показанные на фиг.6A и 6B, преимущественно позволяют осуществлять быструю сборку и разборку рядов каплеотбойников. Блочная компоновка каплеотбойных устройств позволяет производителю изготавливать подобные устройства в единичных экземплярах или небольшими партиями стандартного размера, которые затем собираются в ряды разной длины. Это упрощает форму и конструкцию рядов каплеотбойников, а также их сборку в ряды каплеотбойников. Каплеотбойные устройства специального размера могут использоваться в укороченных рядах каплеотбойников или для соответствия по длине сливным стаканам в зависимости от размеров устройства и ассортимента доступных каплеотбойных устройств стандартного размера. Еще одним преимуществом блочной конструкции является простота сборки ступеней спутного контактирования, поскольку каплеотбойные устройства весят меньше, чем целый ряд каплеотбойников, состоящий из одного устройства. Тем не менее, согласно отдельным вариантам осуществления изобретения, ряд каплеотбойников также может состоять из одного каплеотбойного устройства.
Ряды каплеотбойников, таким образом, используются для извлечения капель жидкости из потока пара. Одним из примеров может служить туманоуловитель, например, каплеотбойник с сепараторными лопатками и различными каналами и створками; направление потока текучей среды, проходящей через каплеотбойник, несколько раз меняется, заставляя увлеченные капли жидкости ударяться о части сепараторной конструкции и стекать вниз на дно каплеотбойника. Примерами конструкций с сепараторными лопатками для каплеотбойников (или паро-жидкостных сепараторных устройств) могут служить сетчатые насадки или сплетенные нити. Также может использоваться комбинация из подобных конструкций. Возможны различные варианты конструкций сепараторных устройств для каплеотбойников, при этом важно принимать во внимание эффективность подобных конструкций по отделению увлеченной жидкости из проходящего потока пара. Считается, что подобная эффективность зависит от количества препятствий, создаваемых на пути потока текучей среды, заставляющих капли жидкости ударяться о твердую поверхность. Конструкции, состоящие из множества тупиковых концов, могут приводить к формированию относительно неподвижных областей, также способствующих отделению жидкости.
Как показано на фиг.2 и было рассмотрено выше, различные дополнительные элементы могут сопрягаться и/или встраиваться в каплеотбойные устройства 40 для дальнейшего повышения их производительности и/или конструктивной целостности всей контактной ступени. Например, на фигурах показаны перфорированная впускная пластина 42, выступающая в качестве впускной поверхности, перфорированная выпускная пластина 44A, выступающая в качестве выпускной поверхности, а также неперфорированная верхняя пластина, одна часть которой закрывает верхнюю поверхность 45, а другая часть которой образует соединительный фланец 74. Перфорированные пластины, таким образом, являются одним из типов устройств управления потоком, которые могут взаимодействовать с каплеотбойником 24. Другие неограничивающие примеры устройств управления потоком, которые могут использоваться в качестве впускных поверхностей 42 для каплеотбойников 24, включают в себя металлические сетки, пористые твердые материалы, сетчатые насадки, экраны, решетки, сетки, профилированные пористые сита и ячеистые структуры. Было замечено, что ректификационные открытые площади устройств управления потоком влияют как на эффективность отделения, так и на перепад давлений в каплеотбойнике 24. Ректификационные открытые площади устройств управления потоком, расположенные с разных сторон или на одной и той же стороне каплеотбойника, могут варьироваться для оптимизации эффективности отделения и перепада давлений в каплеотбойнике 24. В одном каплеотбойнике могут использоваться разные типы устройств управления потоком. Согласно другим вариантам осуществления изобретения устройства управления потоком не используются на некоторых или на всех впускных и выпускных поверхностях каплеотбойника.
Каплеотбойные устройства первоначально могут изготавливаться в виде пятисторонних коробок, причем верхнюю поверхность 45 каплеотбойного устройства 40 закрывает неперфорированная верхняя пластина, снабженная гибким выступом в качестве соединительного фланца 74 для выравнивания с углом смежной стенки сливного стакана. Неперфорированные боковые пластины, у которых могут иметься охватываемые и охватывающие соединения, как это было рассмотрено выше, также могут выступать в качестве стенок коробки совместно с перфорированными пластинами или другими, по существу, открытыми конструкциями, выступающими в качестве нижней части и выпускных поверхностей. После установки в пятисторонней коробке сепараторной лопатки или других туманоуловительных устройств, формирование корпуса каплеотбойного устройства завершается креплением (например, при помощи сварки) перфорированной впускной пластины, выступающей в качестве впускной поверхности.
Перфорированная впускная пластина или другое устройство управления потоком, используемое в качестве впускной поверхности 42, расположено в непосредственной близости от сливного стакана 22 и накопительного поддона 26 (или его вертикального выступа 95). Перфорированная выпускная пластина, используемая в качестве выпускной поверхности 44A, проходит вдоль большей части стороны каплеотбойника, расположенной напротив перфорированной впускной поверхности 42, а также возможно вдоль нижней поверхности 44B каплеотбойного устройства 40. Неперфорированная верхняя пластина 45 предотвращает выход текучей среды непосредственно через верхнюю часть каплеотбойного устройства 40 и повышает эффективности парожидкостной сепарации. Согласно особому варианту осуществления изобретения с обеих сторон неперфорированной верхней пластины, часть которой закрывает верхнюю поверхность 45, имеются загнутые планки, одна из которых проходит вдоль стенки 30 сливного стакана и крепится к стенке в качестве соединительного фланца 74, а другая проходит вдоль перфорированной выпускной пластины 44A каплеотбойника 40, соединяясь с перфорированной выпускной пластиной 44A. Было замечено, что неперфорированная планка, проходящая вниз на некотором расстоянии от верха перфорированной выпускной пластины 44A, также повышает эффективность парожидкостной сепарации. Полоска обычно закрывает от 5% до 30%, в целом, от 10% до 20% высоты выпускного отверстия каплеотбойника.
Множество каналов 28 проходит через накопительный поддон 26 к впускному отверстию 32 сливного стакана. Каждый из каналов 28, проходящий через конкретный накопительный поддон 26, направляет жидкость в другой нижестоящий сливной стакан 22, как это наиболее наглядно показано на фиг.3. Как можно увидеть из данного типового варианта осуществления изобретения, верхняя часть канала 28 установлена заподлицо с горизонтальной поверхностью 50 накопительного поддона 26 таким образом, чтобы жидкость могла беспрепятственно вытекать из накопительного поддона 26 в канал 28. Согласно другим вариантам осуществления изобретения каналы могут подвешиваться за накопительный поддон при помощи выступа, который опирается на плоское основание 50 накопительного поддона после того, как каналы устанавливаются в отверстиях. Каналы также могут крепиться к нижней поверхности накопительных поддонов. Для соединения канала и накопительных поддонов могут использоваться любые стандартные средства соединения, включая, но, не ограничиваясь, подвешивание, болтовые соединения, сварку и тугую посадку. Для предотвращения протечек между накопительными поддонами и каналами могут использоваться прокладки и/или уплотнения. Согласно другим вариантам осуществления изобретения каналы могут быть, по меньшей мере, частично образованы частью плоского основания накопительного поддона, которая может быть разрезана, сложена или вытолкнута при формировании отверстий. Кроме этого верхняя горловина канала 28 может быть увеличена и выполнена шире впускного отверстия 32 сливного стакана, как это показано на фиг.2, для увеличения объема пропускаемой жидкости и снижения вероятности захлебывания впускного отверстия канала. Боковые стенки канала 28 скошены таким образом, чтобы при установке каналов 28 в сливных стаканах 22 оставался зазор, упрощающий монтаж и выход пара, как это показано на фиг.2.
Пар может попадать в сливной стакан 22 вместе с потоком жидкости из вышестоящей ступени или через выпускное отверстие 34 сливного стакана, в случае, если одно или несколько отверстий в нем не полностью укупорены уровнем жидкости в сливном стакане 22. Если пар из сливного стакана 22 не полностью выпущен через его впускное отверстие 32, то он попадет в канал 28, что может привести к захлебыванию потока жидкости, проходящего через каналы, и вызвать катастрофическое увлечение и преждевременное заполнение устройства. Поэтому, в целом, желательно отводить пар из сливного стакана 22 через зазоры между каналами 28 и сливным стаканом 22, либо через отверстия в верхней части сливного стакана 22 между каналами 28. В нижней части канала 28 выполнено одно или несколько отверстий, например, множество носиков или непрерывный паз или одно большое отверстие для прохода жидкости в сливной стакан 22. В условиях нормальной эксплуатации каналы 28 укупорены от проникновения потоков пара либо динамически за счет жидкости, находящейся в каналах 28, либо статически за счет жидкости, находящейся в сливном стакане 22.
Объем между впускной поверхностью 42 ряда 24 каплеотбойников и смежной стенкой 30 сливного стакана 22 образует объем контактирования текучей среды или канал 56 для спутных потоков, показанный на фиг.2. После контактирования спутных потоков пара и жидкости в канале 56 для спутных потоков контактирование жидкости продолжает осуществляться в каплеотбойном устройстве 40, прежде чем произойдет отделение пара и жидкости. Перфорированная пластина или иное устройство управления потоком, находящееся на впускной поверхности 42 ряда 24 каплеотбойников, улучшает распределение потока текучей среды, проходящей через ряд 24 каплеотбойников, а также улучшает парожидкостную сепарацию. Устройство управления потоком, находящееся на впускной поверхности 42, также может улучшать контактирование текучей среды и массообмен. Объем, находящийся над накопительным поддоном 26 и между рядами 24 опирающихся на него каплеотбойников, образует передаточный объем 58 для текучей среды. Ряды 24 каплеотбойников могут быть расположены под углом относительно вертикали, как это показано на фиг.2, улучшая геометрию канала 56 для спутных потоков, объем которого уменьшается снизу вверх (с учетом уменьшающегося потока пара в подобном объеме), а также передаточного объема 58 для текучей среды, объем которого увеличивается снизу вверх (с учетом увеличивающегося потока пара в подобном объеме).
Поток текучей среды, проходящий через контактный блок 20 промежуточной контактной ступени 12, включает в себя поток жидкости из вышестоящей ступени, направляемый в сливной стакан 22 при помощи нескольких накопительных поддонов 26 вышестоящей ступени совместно с каналами 28 вышестоящей ступени. Жидкость, формирующая уровень жидкости, выходит из сливного стакана 22 через выпускное отверстие 34 и попадает в канал 56 для спутных потоков. Скорость восходящего потока пара в канале 56 для спутных потоков достаточна для того, чтобы происходило увлечение жидкости. Увлекаемая жидкость переносится вверх поднимающимся паром к впускной поверхности 42 каплеотбойного устройства 40. Пар и жидкость разделяются сепараторными устройствами, как было рассмотрено выше, внутри каплеотбойных устройств 40 таким образом, чтобы отделенный пар выходил из каплеотбойных устройств 40 преимущественно через выпускную поверхность 44A в передаточный объем 58 для текучей среды. Затем отделенный пар продолжает перемещаться вверх к каналу 56 для спутных потоков вышестоящей контактной ступени 12. Отделенная жидкость выходит из каплеотбойного устройства 40 через нижнюю поверхность 44B (которая может быть нижней частью выпускной поверхности 44A) и стекает в накопительный поддон 26. После этого накопительный поддон 26 направляет отделенную жидкость во множество каналов 28, а каждый канал 28 конкретного накопительного поддона направляет жидкость в другой нижестоящий сливной стакан 22.
Согласно другим вариантам осуществления изобретения вместо перфорированных впускных пластин 42 в качестве впускной поверхности каплеотбойных устройств 40 может использоваться пористый сплошной слой, например, сетчатая насадка. Было замечено, что использование подобного пористого слоя улучшает парожидкостную сепарацию, особенно при большом расходе пара. Пористый слой может состоять из обычного сетчатого материала, используемого для улавливания капель жидкости или так называемых «туманоуловителей». Обычно он состоит из ненатянутых нитей ткани, создающих слой перепада низкого давления с большой площадью поверхности. Сетчатый слой используется для слипания мелких капель и распределения жидкости в сепараторе. Альтернативная конструкция предусматривает установку сетки в углублении сепараторной конструкции внутри каплеотбойного устройства 40.
В целом аспекты изобретения направлены на использование конструктивных усовершенствований для ступеней со спутным контактированием, в которых каналы для спутных потоков образованы за счет сопряжения нескольких элементов, в том числе сливных стаканов, рядов каплеотбойников и накопительных поддонов. Подобные контактные ступени обычно встраиваются в резервуары для осуществления контактирования пара с жидкостью. Специалистам в данной области техники будут понятны преимущества рассматриваемых здесь конструктивных усовершенствований и соответствующих способов, а также возможности их применения в других областях. Настоящее раскрытие изобретения также позволяет получить и другие полезные результаты. Специалистам в данной области техники, после ознакомления с настоящим раскрытием изобретения, станут очевидны различные изменения, которые могут быть внесены в описанное выше оборудование и способы, не отходя от объема настоящего изобретения. Механизмы, используемые для объяснения теоретических и практических явлений или результатов, должны рассматриваться исключительно в качестве иллюстративных и ни в коей мере не ограничивающих объем прилагаемой формулы изобретения.