Un anillo de expansión que puede situarse dentro de una columna de transferencia de masa (10) para soportar un plato de contacto vapor-líquido (12) dentro de una región interna abierta definida por una superficie interna de una carcasa (16) de la columna,

comprendiendo dicho anillo de expansión (26): una parte vertical (28) y una pestaña de soporte del plato (30) que se extiende radialmente hacia dentro en un extremo superior de dicha parte vertical (28) para proporcionar una superficie de soporte para dicho plato de contacto vapor-líquido cuando está situada dentro de dicha columna; un primer segmento terminal (32) y un segundo segmentos terminal (34) que definen un corte (36) en el anillo de expansión; un expansor (38) asociado con dicho primer y segundo segmentos terminales, comprendiendo dicho expansor un primer soporte (48) asegurado al primer segmento terminal y un segundo soporte (48) asegurado al segundo segmento terminal, un miembro roscado (50) que se extiende a través de dicho primer y segundo soportes, y un par de tuercas (54) soportadas sobre dicho miembro roscado y que puede girar contra dicho primer y segundo soportes para forzar dicho primer y segundo segmentos terminales (32, 34) adicionalmente a alejarse para provocar que el anillo de expansión (26) se expanda contra la superficie interna de dicha carcasa de la columna; y una placa de sellado (58) que bloquea dicho corte (36) en la pestaña de soporte del plato (30) del anillo de expansión y caracterizado por que la placa de sellado (58) está situada sobre dicho miembro roscado (50) y comprende una parte de montaje (60) que tiene un primer orificio (64) a través del cual se extiende dicho miembro roscado (50) y una parte de sellado (62) que cubre dicho corte en la pestaña de soporte del plato (30)

Anillo de expansión para columna de transferencia de masa y método de utilización del mismo.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere en general a columnas de transferencia de masa y, más particularmente, a un aparato y un método para soportar y sellar platos dentro de dichas columnas.

Las columnas de transferencia de masa, incluyendo las columnas de intercambio de calor, incluyen típicamente una carcasa vertical y una pluralidad de platos dispuestos horizontalmente que están situados dentro de la carcasa y que se usan para facilitar la transferencia de masa o de calor entre corrientes de fluido que fluyen dentro de la columna. Las corrientes de fluido normalmente son una o más corrientes de líquido que fluyen hacia abajo y una o más corrientes de vapor ascendentes, aunque son posibles otras combinaciones de corrientes de fluido. Cada plato incluye una pluralidad de pasajes para vapor que permiten que la corriente de vapor ascienda a través del plato para interaccionar con la corriente de líquido que fluye a través de una superficie superior del plato. Una pluralidad de dichos platos están soportados normalmente en una relación verticalmente espaciada mediante anillos de soporte que están soldados a la superficie interna de la carcasa y están situados por debajo de la parte del borde periférico de los platos.

Durante la modernización de las columnas de transferencia de masa, a menudo es necesario cambiar el espaciado vertical entre los platos sucesivos. Sin embargo, normalmente se requiere un tiempo y esfuerzo considerables para retirar los anillos de soporte existentes y soldar nuevos anillos de soporte en la localización deseada en la carcasa de la columna. Además, el proceso de eliminar los viejos anillos de soporte y soldar los nuevos anillos de soporte puede ser peligroso si aún están presentes fluidos o residuos combustibles en la columna o si la integridad de la estructura de la carcasa de la columna está debilitada o afectada negativamente de otra manera por el corte y la soldadura. El alivio de tensiones y el ensayo de presión de la columna después de la modernización puede ser necesario para asegurar que la columna sigue siendo segura para el uso después de la sustitución del anillo de soporte. Este alivio de tensiones y ensayo de presión de la columna después de la modernización se añade adicionalmente al coste y los retrasos asociados con la sustitución de los anillos de soporte en las columnas modernizadas.

Para reducir el número de anillos de soporte que deben soldarse a la carcasa de la columna en columnas modernizadas y nuevas, se sabe cómo usar anillos de soporte que se sueldan a la carcasa de la columna para soportar uno o más anillos de soporte verticalmente adyacentes que no están soldados a la carcasa de la columna. Unas varillas verticales, conocidas como pedestales, se extienden hacia arriba desde los anillos de soporte soldados para colocar y soportar los anillos de soporte que están situados por debajo que no están soldados a la carcasa de la columna. Los anillos de soporte que están soportados de esta manera se conocen como anillos de expansión o flotantes o de soporte alternativo y su uso puede reducir en gran medida el tiempo y esfuerzo necesarios para instalar los anillos de soporte dentro de la columna.

Un problema resultante del uso de estos anillos de soporte flotantes o alternativos es la dificultad para obtener un sellado hermético a fluidos entre el anillo de soporte y la carcasa de la columna. Aunque es aceptable alguna fuga entre el anillo de soporte y la carcasa de la columna, una carcasa de la columna o anillo de soporte fuera de medidas puede provocar un nivel inaceptable de fuga de fluido que afectaría materialmente al rendimiento de la columna. Un enfoque para minimizar este hueco ha sido usar un anillo de soporte flotante o alternativo que pueda expandirse circunferencialmente. Estos anillos de soporte expandibles se conocen habitualmente como anillos de expansión y se construyen como uno o más segmentos de anillo incompletos. Una pestaña de 90º se extiende radialmente desde un extremo del segmento de anillo y una pestaña de 90º solapante se extiende hacia abajo desde un borde superior del extremo adyacente del segmento de anillo. La pestaña de 90º solapante tiene un segmento horizontal y un segmento que se extiende hacia abajo. El segmento horizontal es de una longitud preseleccionada para espaciar el segmento que se extiende hacia abajo una distancia predeterminada del extremo del segmento del anillo asociado. Un perno se extiende a través de las partes solapantes de las dos pestañas de 90º y, cuando se aprieta una tuerca sobre el perno contra una cara opuesta de una de las pestañas, las pestañas se acercan entre sí para provocar la expansión en la circunferencia del segmento de anillo.

Un problema asociado con el diseño del anillo de expansión descrito anteriormente es que las pestañas pueden deformarse de su orientación de 90º cuando la tuerca se aprieta para provocar la expansión de los anillos. Esta deformación de las pestañas limita la cantidad que el anillo puede expandirse para sellarse contra la superficie interna de la carcasa de la columna. Aunque las pestañas pueden formarse de un material de mayor calibre para resistir dicha deformación, generalmente se prefiere el uso de materiales de menor calibre por que es más fácil llevarlos a la columna durante la instalación. El uso de un material más grueso para las pestañas también es problemático por que una fuente para dicho material no está fácilmente disponible. Cuando el anillo de expansión descrito anteriormente se forma a partir de dos o más segmentos de anillo, cada segmento sólo tiene una orientación correcta y el instalador debe prestar mucha atención al orden en el que se instalan los segmentos para asegurar que el anillo de expansión está montado correctamente.

Ha surgido, por tanto, una necesidad de un anillo de expansión que pueda expandirse para formar un sello más fuerte contra la carcasa de la columna que lo que puede conseguirse normalmente con los anillos de expansión convencionales, y ha surgido también una necesidad de un anillo de expansión que pueda ofrecer una amplia variedad de movimiento desde la instalación inicial hasta la posición totalmente expandida sin permitir que fluyan grandes cantidades de fluido a través del hueco entre los extremos del anillo o los segmentos del anillo.

El documento US-A-4369150 describe un colector anular segmentado para una columna de proceso químico en el que los segmentos adyacentes se separan mediante pernos roscados y tuercas que actúan entre las placas de sujeción fijadas a los extremos de los segmentos. El hueco entre los segmentos se cierra mediante una tapa de enlace formada por una placa soldada a uno de los segmentos.

En un aspecto, la presente invención proporciona un anillo de expansión que puede situarse dentro de una columna de transferencia de masa para soporta un plato de contacto vapor-líquido dentro de una región interna abierta definida por una superficie interna de una carcasa de la columna, comprendiendo dicho anillo de expansión: una parte vertical y una pestaña de soporte del plato que se extiende radialmente hacia dentro en un extremo superior de dicha parte vertical para proporcionar una superficie de soporte para dicho plato de contacto vapor-líquido cuando se sitúa dentro de dicha columna; un primer segmento terminal y un segundo segmento terminal que definen un corte en el anillo de expansión; un expansor asociado con dicho primer y segundo segmentos terminales, comprendiendo dicho expansor un primer soporte asegurado al primer segmento terminal y un segundo soporte asegurado al segundo segmento terminal, un miembro roscado que se extiende a través de dicho primer y segundo soportes y un par de tuercas soportadas sobre dicho miembro roscado y que pueden girar contra dicho primer y segundo soporte para forzar dicho primer y segundo segmentos terminales adicionalmente a alejarse para provocar que el anillo de expansión se expanda contra la superficie interna de dicha carcasa de la columna; y una placa de sellado que bloquea dicho corte en la pestaña de soporte del plato del anillo de expansión y caracterizado por que la placa de sellado está situada sobre dicho miembro roscado y comprende una parte de montaje que tiene un primer orificio a través del cual se extiende dicho miembro roscado y una parte de sellado que cubre dicho corte en la pestaña de soporte del plato.

Un anillo de soporte asegurado a la carcasa de la columna puede situarse por encima o por debajo del anillo de expansión y los pedestales verticales pueden extenderse ente...

1. Un anillo de expansión que puede situarse dentro de una columna de transferencia de masa (10) para soportar un plato de contacto vapor-líquido (12) dentro de una región interna abierta definida por una superficie interna de una carcasa (16) de la columna, comprendiendo dicho anillo de expansión (26): una parte vertical (28) y una pestaña de soporte del plato (30) que se extiende radialmente hacia dentro en un extremo superior de dicha parte vertical (28) para proporcionar una superficie de soporte para dicho plato de contacto vapor-líquido cuando está situada dentro de dicha columna; un primer segmento terminal (32) y un segundo segmentos terminal (34) que definen un corte (36) en el anillo de expansión; un expansor (38) asociado con dicho primer y segundo segmentos terminales, comprendiendo dicho expansor un primer soporte (48) asegurado al primer segmento terminal y un segundo soporte (48) asegurado al segundo segmento terminal, un miembro roscado (50) que se extiende a través de dicho primer y segundo soportes, y un par de tuercas (54) soportadas sobre dicho miembro roscado y que puede girar contra dicho primer y segundo soportes para forzar dicho primer y segundo segmentos terminales (32, 34) adicionalmente a alejarse para provocar que el anillo de expansión (26) se expanda contra la superficie interna de dicha carcasa de la columna; y una placa de sellado (58) que bloquea dicho corte (36) en la pestaña de soporte del plato (30) del anillo de expansión y caracterizado por que la placa de sellado (58) está situada sobre dicho miembro roscado (50) y comprende una parte de montaje (60) que tiene un primer orificio (64) a través del cual se extiende dicho miembro roscado (50) y una parte de sellado (62) que cubre dicho corte en la pestaña de soporte del plato (30).

2. El anillo de expansión de la reivindicación 1, en el que el primer soporte comprende una pata vertical (52) y una pata horizontal (56) y dicho segundo soporte comprende una pata vertical (52) y una pata horizontal (56) y en el que dicho miembro roscado (50) se extiende a través de los orificios (51) en dichas patas verticales (52) del primer y segundo soportes (48).

3. El anillo de expansión de la reivindicación 2, en el que dichas patas horizontales (56) de dicho primer y segundo soportes (48) se extienden lejos una de otra en extremos opuestos de dichas patas verticales (52).

4. El anillo de expansión de la reivindicación 3, en el que dicha placa de sellado (58) generalmente tiene forma de L.

5. El anillo de expansión de la reivindicación 4, en el que el anillo de expansión (26) está dividido en múltiples segmentos de anillo (40) que definen más de uno de dichos cortes (36) y en el que uno de dichos expansores (38) está asociado con al menos algunos de dichos cortes.

6. El anillo de expansión de la reivindicación 5, en el que en una pluralidad de dichos segmentos de anillo (40), cada uno de dichos segmentos de anillo tiene uno de dicho primer soporte (48) en un extremo del segmento de anillo y uno de dichos segundos soportes (48) en un extremo opuesto del segmento de anillo y en el que las patas horizontales (56) del primer y segundo soportes sobre dicho segmento de anillo se extienden en direcciones opuestas en los extremos opuestos de dichas patas verticales.

7. El anillo de expansión de la reivindicación 4, 5 ó 6, en el que dicha placa de sellado (58) incluye orificios espaciados (64, 65) en dicha parte de montaje (60) para permitir que dicha placa de sellado se soporte reversiblemente sobre dicho miembro roscado (50).

8. Una columna de transferencia de masa que comprende: una carcasa externa (16) que tiene una superficie interna y que define una región interna abierta; al menos un plato de contacto vapor-líquido (12) dispuesto dentro de la región interna abierta de la columna; un anillo de expansión (26) de acuerdo con la reivindicación 1 situado por debajo de dicho al menos un plato de contacto vapor-líquido; al menos un anillo de soporte (24) situado por debajo de al menos un plato de contacto vapor-líquido y asegurado a dicha carcasa de la columna; y una pluralidad de varillas (27) que se extienden entre dicho anillo de soporte (24) y dicho anillo de expansión (26) para transferir una carga soportada por dicho anillo de expansión a dicho anillo de soporte.

9. La columna de la reivindicación 8, en la que el anillo de expansión (26) está dividido en múltiples segmentos de anillo (40) que definen más de uno de dichos cortes (36) y en el que uno de dichos expansores (50) está asociado con al menos alguno de dichos cortes.

10. La columna de la reivindicación 8, en la que el primer soporte (48) comprende una pata vertical (52) y una pata horizontal (56) y dicho segundo soporte (48) comprende una pata vertical (52) y una pata horizontal (56) y en el que dicho miembro roscado (50) se extiende a través de los orificios (51) en dichas patas verticales (52) del primer y segundo soportes (48).

11. La columna de la reivindicación 10, en la que dichas patas horizontales de dicho primer y segundo soportes (48) se extienden lejos una de otra en extremos opuestos de dichas patas verticales (56).

12. La columna de la reivindicación 11, en la que dicha placa de sellado (58) generalmente tiene forma de L.

13. La columna de la reivindicación 9, en la que en una pluralidad de dichos segmentos de anillo (40), cada uno de dichos segmentos de anillo tiene uno de dichos primeros soportes (48) en un extremo del segmento de anillo y uno de dichos segundos soportes (48) en un extremo opuesto del segmento de anillo y en el que las patas horizontales (56) del primer y segundo soportes sobre dichos segmentos de anillo se extienden en direcciones opuestas en extremos opuestos de dichas patas verticales.

14. La columna de la reivindicación 8, en la que dicho anillo de soporte (24) está situado por debajo de dicho anillo de expansión (26).

15. La columna de la reivindicación 8, en la que dicho anillo de soporte está situado por encima de dicho anillo de expansión.

16. La columna de la reivindicación 12, en la que dicha placa de sellado (58) incluye orificios espaciados (64, 65) en dicha parte de montaje (60) para permitir que dicha placa de sellado se soporte reversiblemente sobre dicho miembro roscado (50).

17. Un método para soportar un plato de contacto vapor-líquido (12) en una columna de transferencia de masa (10), teniendo la columna de transferencia de masa una carcasa externa (16) que tiene una superficie interna que define una región interna abierta, comprendiendo el método: colocar al menos un anillo de expansión (26) por debajo de dicho plato de contacto vapor-líquido, teniendo dicho anillo de expansión un primer y segundo extremos (32, 34) que definen un corte (36) en el anillo de expansión; fijar al menos un expansor (38) a dicho primer y segundo extremos del anillo de expansión, comprendiendo dicho expansor un primer soporte (48) unido a dicho primer extremo, un segundo soporte (48) unido a dicho segundo extremo, un miembro roscado (50) que se extiende a través de dicho primer y segundo soportes; forzar dicho primer y segundo extremos a separarse usando dicho expansor para expandir dicho anillo de expansión (26) contra la superficie interna de dicha carcasa de la columna (16); y bloquear una parte horizontal de dicho corte (36) en el anillo de expansión usando una placa de sellado (58) soportada por dicho miembro roscado (50) y que comprende una parte de montaje (60) que tiene un primer orificio (64) a través del cual se extiende dicho miembro roscado (50) y una parte de sellado (62) que bloquea dicha parte horizontal de dicho corte en dicho anillo de expansión (26).

18. El método de la reivindicación 17, que comprende adicionalmente: girar las tuercas (52) soportadas por dicho miembro roscado (50) contra dicho primer y segundo soportes (48) para provocar el forzado de dichos primer y segundo extremos a alejarse.

19. El método de la reivindicación 17, que comprende adicionalmente: espaciar verticalmente dicho anillo de expansión (26) de un anillo de soporte (24) asegurado a la superficie interna de la carcasa de la columna (16) y asegurar los extremos opuestos en la pluralidad de pedestales (27) al anillo de soporte (24) y el anillo de expansión (26) para transferir una carga soportada por el anillo de expansión al anillo de soporte.