液體初始分布的優(yōu)劣，不僅影響填料的端效應(yīng)，而且對規(guī)整填料將影響整個填料床層。人們希望有較高的初始分布點密度，而分布點密度受噴淋密度的影響，有時也受物性、工況以及所決定的*小孔徑的影響。減壓蒸餾塔凈洗段噴淋密度小，溫度高，物系臟，易結(jié)焦，要求孔徑不能太小，便屬此種情況。此時若分布槽內(nèi)液位較低，將給均勻分布帶來困難。下面介紹一種新型液體分布器,它已成功地應(yīng)用到工業(yè)裝置中。
　　1　新型液體分布器的結(jié)構(gòu)分析
　　液體分布器是填料塔至關(guān)重要的塔內(nèi)件。新型液體分布器的分布槽主體呈一倒凸字形結(jié)構(gòu)，主體側(cè)面有兩個曲面形輔助元件——擋液板，主體下部的小槽為緩沖沉降槽，與其上相連的兩個平面為降液面
　　1.1　緩沖沉降槽
　　在分布器處于工作狀態(tài)時，緩沖沉降槽內(nèi)充滿液體，因而增大了對槽中液體波動的阻尼作用，對注入液體起著緩沖作用，從而提高抗干擾能力。
　　緩沖沉降槽增大了液體沿槽水平方向主體流動的通道面積，降低了槽中液體的流速。由水力學(xué)知識可知，對于平底槽，水深h隨流程s變化的微分方程為
　　(1)
　　式中：C──謝才系數(shù)，m0.5/s;
　　V──槽中液體水平流速，m/s;
　　R──槽的水力半徑(過流斷面面積與濕周之比)，m;
　　h──液位高度，m;
　　s──流程，m;
　　g──重力加速度，9.8 m/s2。
　　從式(1)可知，由于緩沖沉降槽的存在，R增大，V減小，即可降低液面流動落差，從而大大減小由液位差引起的液體分配不均。
　　緩沖沉降槽內(nèi)可沉積鐵銹等固體雜物，避免降液面上的降液孔堵塞。
　　1.2　降液面
　　該降液面為臺階式水平降液面，在噴淋密度較小時，液體從緩沖沉降槽中“爬上”降液面，使各降液孔的降液量更加均勻。
　　水平降液面上的降液孔可保證液體的定點分布，避免發(fā)生側(cè)壁降液的重力型分布器和溢流堰式分布器所產(chǎn)生的液體平拋對射和壁流現(xiàn)象。
槽式液體分布器
液體初始分布的優(yōu)劣，不僅影響填料的端效應(yīng)，而且對規(guī)整填料將影響整個填料床層。人們希望有較高的初始分布點密度，而分布點密度受噴淋密度的影響，有時也受物性、工況以及所決定的*小孔徑的影響。減壓蒸餾塔凈洗段噴淋密度小，溫度高，物系臟，易結(jié)焦，要求孔徑不能太小，便屬此種情況。此時若分布槽內(nèi)液位較低，將給均勻分布帶來困難。下面介紹一種新型液體分布器,它已成功地應(yīng)用到工業(yè)裝置中。
1　新型液體分布器的結(jié)構(gòu)分析
　　液體分布器是填料塔至關(guān)重要的塔內(nèi)件。新型液體分布器的分布槽主體呈一倒凸字形結(jié)構(gòu)，主體側(cè)面有兩個曲面形輔助元件——擋液板，主體下部的小槽為緩沖沉降槽，與其上相連的兩個平面為降液面
1.1　緩沖沉降槽
　　在分布器處于工作狀態(tài)時，緩沖沉降槽內(nèi)充滿液體，因而增大了對槽中液體波動的阻尼作用，對注入液體起著緩沖作用，從而提高抗干擾能力。
　　緩沖沉降槽增大了液體沿槽水平方向主體流動的通道面積，降低了槽中液體的流速。由水力學(xué)知識可知，對于平底槽，水深h隨流程s變化的微分方程為
　(1)
式中：C──謝才系數(shù)，m^0.5/s；
　　　V──槽中液體水平流速，m/s；
　　　R──槽的水力半徑(過流斷面面積與濕周之比)，m；
　　　h──液位高度，m；
　　　s──流程，m；
　　　g──重力加速度，9.8 m/s²。
從式(1)可知，由于緩沖沉降槽的存在，R增大，V減小，即可降低液面流動落差，從而大大減小由液位差引起的液體分配不均。
　　緩沖沉降槽內(nèi)可沉積鐵銹等固體雜物，避免降液面上的降液孔堵塞。
1.2　降液面
　　該降液面為臺階式水平降液面，在噴淋密度較小時，液體從緩沖沉降槽中“爬上”降液面，使各降液孔的降液量更加均勻。
　　水平降液面上的降液孔可保證液體的定點分布，避免發(fā)生側(cè)壁降液的重力型分布器和溢流堰式分布器所產(chǎn)生的液體平拋對射和壁流現(xiàn)象。
　　水平降液面的底孔結(jié)構(gòu)是槽式分布器中抗霧沫夾帶和抗升膜夾帶能力*強的結(jié)構(gòu)。
1.3　側(cè)壁V形切口
　　當(dāng)操作不穩(wěn)定和工藝條件變化引起分布器中的液面升高，或由于某種原因使降液面上的降液孔堵塞而引起分布器中液位升高時，液體將從側(cè)壁上的V形切口溢流而出。V形切口既可起到溢流堰的分配作用，又可增大操作彈性。
1.4　擋液板
　　作為輔助元件的擋液板，對于自分布性能良好的填料，可不采用。而對于自分布性能較差的填料，裝上擋液板則可在不增加分布器高度的情況下將液體的點分布轉(zhuǎn)化為線分布。若在分布器下面放兩層盤高度小、空隙率大的波紋填料，就能進一步實現(xiàn)液體的面分布。
1.5　分布槽的外形
　　分布槽上寬下窄的外形，加上曲面形的擋液板，使得在分布器的相鄰槽之間形成流線形的氣體通道，減少了氣相阻力。分布槽的主體可以一次成形，加工方便。它的剛度好，為保證分布器的加工安裝精度提供了必要條件。
2　試驗與結(jié)果分析
2.1　分布器的對比試驗結(jié)果分析
　　為了對比評價液體分布器的液體分布均勻程度，引入?yún)?shù)分布不均度
　(2)
式中：M_f──分布不均度；
　　　Q_i──單降液孔的實測降液量；
　　　 ──N個降液孔實測降液量的算術(shù)平均值；
　　　N──降液孔總數(shù)。
　　在直徑為600mm的塔上用自制的*大相對誤差小于3.4%的分流箱作為預(yù)分布器，在不同的降液孔徑下對新型槽式分布器和傳統(tǒng)的底孔流槽式分布器進行了小噴淋密度的對比試驗。通過收集各分布孔的流量，分別計算兩種分布器的分布不均度，并與相應(yīng)的液體噴淋密度作圖比較，
新型槽式分布器的分布不均度明顯低于對比的傳統(tǒng)槽式分布器。且隨著降液孔徑的增大，其差值也增大。
2.2　放大試驗
　　為了使該種分布器能適用于大直徑塔，首先要確定液體分布槽的有效液流長度，即在該長度內(nèi)液體在分布槽中流動引起的液面流動落差不致引起嚴(yán)重的分布不均。有效液流長度也決定著采用預(yù)分布槽的數(shù)量。為此，進行了分布槽的長度放大試驗。
　　試驗用的分布槽由厚度為3 mm的有機玻璃制成，槽長1.5 m。在該槽的兩個降液面上共有28個直徑為6mm的降液孔，其間距相當(dāng)于每平方米102個分布點。沿槽的長度方向均設(shè)6個液位測點，以測量槽中降液面上的液位高度。水從槽的一端注入，以模擬在直徑為3m的塔中采用一根預(yù)分布槽的情況。
　　試驗發(fā)現(xiàn)，在降液面上液位高度保持在2～5 mm時，除注入點外，其它各點的液位差都在1mm以內(nèi)。而傳統(tǒng)的底孔流槽式分布器在相同條件下早已出現(xiàn)大面積干孔現(xiàn)象。而且可以看到槽中的液位梯度很小。各降液孔的降液量基本上接**均降液量，這說明該新型結(jié)構(gòu)分布槽的有效液流長度至少為1.5m。
3　新型槽式分布器的工業(yè)應(yīng)用
　　在原油常減壓蒸餾中，減壓塔洗滌段是為保證減壓餾分油質(zhì)量而設(shè)的一個關(guān)鍵部位。該段溫度高，液量小，物系臟，易結(jié)焦。洗滌段實際也是一個分餾段，進料段上升的氣體與上面流下的減壓重餾分油在填料表面上進**液傳質(zhì)，使較重的與較輕的餾分得以分離。此外，液相還有沖洗進料段氣體夾帶上來的渣油液滴的作用。在該段流下的油實為過汽化油，它不僅含有由洗滌段分離出的接近于渣油的重餾分，而且含有由進料段氣體夾帶上去的渣油液滴，所以過汽化油是*重的餾分油。當(dāng)該段液體分布不均，氣體短路時，會直接影響減壓重餾分油的餾程寬度、色度和殘?zhí)?，還極易造成洗滌段結(jié)焦，影響正常操作。由此可以看出，在洗滌段的設(shè)計中，選用適用于液量小、抗堵塞、分布均勻、綜合性能優(yōu)良的液體分布器顯得尤為重要。
　　新型槽式分布器已在1996年11月南陽煉油廠潤滑油型常減壓蒸餾裝置改造工程中成功地應(yīng)用于減壓塔凈洗段。該段塔徑為3 400mm，噴淋密度為1.5m³/(m^2．h)。在1∶1的冷模試驗中，液體分布均勻。兩年的生產(chǎn)操作證實，新型槽式分布器綜合性能優(yōu)良。在歷次檢修中從未發(fā)現(xiàn)分布槽小孔被堵塞的情況。改造前后減壓塔各側(cè)線油品質(zhì)量見表1和表2。
表1　改造前各側(cè)線油餾程　　℃

項　目	減一線油	減二線油	減三線油
初餾點	255	350	377
10%	337	399	448
50%	379	417	475
90%	408	437	523
干點	429	447	541

注：數(shù)據(jù)取自該廠標(biāo)定報告，產(chǎn)品方案為三個側(cè)線。
表2　改造后各側(cè)線油產(chǎn)品質(zhì)量

項　目	減二線油	減三線油	減四線油
餾程/℃
2%	374	408	427
5%		420	440
50%		440	469
97%	445	472	501
餾程寬度(2%～97%)/℃	71	64	74
色度號	<2	<4.0	<4.5

注：產(chǎn)品方案為四個側(cè)線，生產(chǎn)潤滑油料。
從餾程來看，改造后減四線油餾程寬度(2%～97%)為74℃，色度小于4.5號，質(zhì)量大為改善，達(dá)到了改造的目的。
　　新型槽式分布器還成功地應(yīng)用于咸陽長慶石油助劑廠常壓蒸餾裝置的常壓汽提塔中。兩套分布器的噴淋密度分別為15.7m³/(m^2．h)，29.8m³/(m^2．h)。
4　小　結(jié)
　　(1)新型槽式液體分布器結(jié)構(gòu)比較合理，具有液體分布均勻、抗堵塞、氣相阻力小，而且易加工和易調(diào)平等優(yōu)點。
　　(2)新型槽式液體分布器為減壓塔洗滌段的設(shè)計提供了一個可供選用的分布器結(jié)構(gòu)。


　　水平降液面的底孔結(jié)構(gòu)是槽式分布器中抗霧沫夾帶和抗升膜夾帶能力*強的結(jié)構(gòu)。
　　1.3　側(cè)壁V形切口
　　當(dāng)操作不穩(wěn)定和工藝條件變化引起分布器中的液面升高，或由于某種原因使降液面上的降液孔堵塞而引起分布器中液位升高時，液體將從側(cè)壁上的V形切口溢流而出。V形切口既可起到溢流堰的分配作用，又可增大操作彈性。
　　1.4　擋液板
　　作為輔助元件的擋液板，對于自分布性能良好的填料，可不采用。而對于自分布性能較差的填料，裝上擋液板則可在不增加分布器高度的情況下將液體的點分布轉(zhuǎn)化為線分布。若在分布器下面放兩層盤高度小、空隙率大的波紋填料，就能進一步實現(xiàn)液體的面分布。
　　1.5　分布槽的外形
　　分布槽上寬下窄的外形，加上曲面形的擋液板，使得在分布器的相鄰槽之間形成流線形的氣體通道，減少了氣相阻力。分布槽的主體可以一次成形，加工方便。它的剛度好，為保證分布器的加工安裝精度提供了必要條件。
　　2　試驗與結(jié)果分析
　　2.1　分布器的對比試驗結(jié)果分析
　　為了對比評價液體分布器的液體分布均勻程度，引入?yún)?shù)分布不均度
　　(2)
　　式中：Mf──分布不均度;
　　Qi──單降液孔的實測降液量;
　　──N個降液孔實測降液量的算術(shù)平均值;
　　N──降液孔總數(shù)。
　　在直徑為600mm的塔上用自制的*大相對誤差小于3.4%的分流箱作為預(yù)分布器，在不同的降液孔徑下對新型槽式分布器和傳統(tǒng)的底孔流槽式分布器進行了小噴淋密度的對比試驗。通過收集各分布孔的流量，分別計算兩種分布器的分布不均度，并與相應(yīng)的液體噴淋密度作圖比較，
　　新型槽式分布器的分布不均度明顯低于對比的傳統(tǒng)槽式分布器。且隨著降液孔徑的增大，其差值也增大。
　　2.2　放大試驗
　　為了使該種分布器能適用于大直徑塔，首先要確定液體分布槽的有效液流長度，即在該長度內(nèi)液體在分布槽中流動引起的液面流動落差不致引起嚴(yán)重的分布不均。有效液流長度也決定著采用預(yù)分布槽的數(shù)量。為此，進行了分布槽的長度放大試驗。
　　試驗用的分布槽由厚度為3 mm的有機玻璃制成，槽長1.5 m。在該槽的兩個降液面上共有28個直徑為6mm的降液孔，其間距相當(dāng)于每平方米102個分布點。沿槽的長度方向均設(shè)6個液位測點，以測量槽中降液面上的液位高度。水從槽的一端注入，以模擬在直徑為3m的塔中采用一根預(yù)分布槽的情況。
　　試驗發(fā)現(xiàn)，在降液面上液位高度保持在2～5 mm時，除注入點外，其它各點的液位差都在1mm以內(nèi)。而傳統(tǒng)的底孔流槽式分布器在相同條件下早已出現(xiàn)大面積干孔現(xiàn)象。而且可以看到槽中的液位梯度很小。各降液孔的降液量基本上接**均降液量，這說明該新型結(jié)構(gòu)分布槽的有效液流長度至少為1.5m。
　　3　新型槽式液體分布器的工業(yè)應(yīng)用
　　在原油常減壓蒸餾中，減壓塔洗滌段是為保證減壓餾分油質(zhì)量而設(shè)的一個關(guān)鍵部位。該段溫度高，液量小，物系臟，易結(jié)焦。洗滌段實際也是一個分餾段，進料段上升的氣體與上面流下的減壓重餾分油在填料表面上進**液傳質(zhì)，使較重的與較輕的餾分得以分離。此外，液相還有沖洗進料段氣體夾帶上來的渣油液滴的作用。在該段流下的油實為過汽化油，它不僅含有由洗滌段分離出的接近于渣油的重餾分，而且含有由進料段氣體夾帶上去的渣油液滴，所以過汽化油是*重的餾分油。當(dāng)該段液體分布不均，氣體短路時，會直接影響減壓重餾分油的餾程寬度、色度和殘?zhí)?，還極易造成洗滌段結(jié)焦，影響正常操作。由此可以看出，在洗滌段的設(shè)計中，選用適用于液量小、抗堵塞、分布均勻、綜合性能優(yōu)良的液體分布器顯得尤為重要。
　　新型槽式液體分布器已在1996年11月南陽煉油廠潤滑油型常減壓蒸餾裝置改造工程中成功地應(yīng)用于減壓塔凈洗段。該段塔徑為3 400mm，噴淋密度為1.5m3/(m2.h)。在1∶1的冷模試驗中，液體分布均勻。兩年的生產(chǎn)操作證實，新型槽式分布器綜合性能優(yōu)良。在歷次檢修中從未發(fā)現(xiàn)分布槽小孔被堵塞的情況。改造前后減壓塔各側(cè)線油品質(zhì)量見表1和表2。
　　　注：產(chǎn)品方案為四個側(cè)線，生產(chǎn)潤滑油料。
　　從餾程來看，改造后減四線油餾程寬度(2%～97%)為74℃，色度小于4.5號，質(zhì)量大為改善，達(dá)到了改造的目的。
　　新型槽式分布器還成功地應(yīng)用于咸陽長慶石油助劑廠常壓蒸餾裝置的常壓汽提塔中。兩套分布器的噴淋密度分別為15.7m3/(m2.h)，29.8m3/(m2.h)。
　　4　小　結(jié)
　　(1)新型槽式液體分布器結(jié)構(gòu)比較合理，具有液體分布均勻、抗堵塞、氣相阻力小，而且易加工和易調(diào)平等優(yōu)點。
　　(2)新型槽式液體分布器為減壓塔洗滌段的設(shè)計提供了一個可供選用的分布器結(jié)構(gòu)。