JP2012181069A - 熱交換器の漏洩検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩検査時間の短縮を図ることができる熱交換器の漏洩検査方法を提供する。
【解決手段】特定の伝熱管バンドル２２Ａ₁への熱媒体の流入を停止しても、液面変化がある場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドル２２Ａ₁の異常が無いと判断し、他の伝熱管バンドルの検査を行う。次に、特定の伝熱管バンドル２２Ａ₂への熱媒体の流入を停止し、液面変化が無い場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドルに異常があると判断する。そして、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドル（２２Ａ₂）に異常があると判定できる
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器の漏洩検査方法に関する。

火力発電プラントや化学プラント用のボイラの排ガス処理装置は、システム構成の一般的な一例として、排ガス流路に脱硝装置、空気予熱器エアヒータ、再加熱用ガスガスヒータの熱回収器、乾式電気集塵機、湿式脱硫装置、上記ガスガスヒータの再加熱器及び煙突が順に配設されている。ここで水管式ガスガスヒータは、上記熱回収器と再加熱器とを冷温水循環ラインで接続して水を媒体として循環ポンプにより排ガスと熱交換を行なうものである。
この処理装置では、ボイラの排ガスをエアヒータに導き燃焼用空気と熱交換して排ガス温度を例えば１３０〜１５０℃程度まで冷却してガスガスヒータ熱回収器に導き更に排ガス温度を冷却した後、電気集塵装置に導きフライアツシユを除去した後、電気集塵装置の出口における高温排ガスを水との熱交換により更に低温にして湿式脱硫装置に導く。湿式脱硫装置では、排ガス中のＳＯ₂を例えば石灰石をスラリー状に溶かし込んだ吸収液で吸収除去し、更にこの気液接触過程で、排ガス中の残存フライアッシュも除去する。次いでＳＯ₂及びフライアッシュが除去された排ガスをガスガスヒータ再加熱器に導く。ここでは、湿式脱硫装置の処理過程においてＳＯ₂吸収液等で降温された排ガス温度をガスガスヒータ再加熱器に配された配管内部を通過する熱媒水との熱交換により高める。このことにより煙突から大気放出する際、水分凝縮量の低減による白煙発生防止と、温度上昇による拡散効率向上の機能を果たしている。
例えば石炭火力発電所における大型のガスガスヒータ熱回収器及び再加熱器の熱交換方式としてフィンチューブ式熱交換器が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−３０４１３８号公報

ところで、熱交換器の伝熱バンドルのメンテナンスを行う際、以下の問題点が発生していた。
１） 火力発電プラントにおけるフィンチューブ式熱交換器の伝熱管への燃焼飛灰のブラスト効果による経時摩耗、或いは同灰組成が付着性・腐食性を持つ場合、該灰が伝熱面に固着して腐食が進行し、チューブの肉厚が経年的に低下していく。
バンドルの大規模補修や更新で計画外停止をすると、商業運転阻害による売電損害が発生する。このため熱媒水漏洩は非常に重要な問題とされている。

２） 熱媒漏洩を把握する為の監視方法として、熱媒タンクの水位を検知しこれが所定レベルまで低下した場合は制御装置から警報を発するようにしており、これが発報した場合、まず漏洩が熱回収側か再加熱側かを推定（熱媒入出弁を1個ずつ閉め熱媒タンク水位低下有無を確認）し、その後特定できた側の個別バンドルに対して気密リークチェックを行っていき、更に漏洩バンドルの漏洩チューブ箇所を気密試験で絞り込み補修を行う。
熱媒タンク水位による検知は排ガス・熱媒温度の安定時間律則で数時間／１バンドル要し、気密試験は１箇所あたり数分を要し、しかも、漏洩箇所が経時的に増加していく場合は、特定が非常に困難を極める。

本発明は、前記問題に鑑み、漏洩検査時間の短縮を図ることができる熱交換器の漏洩検査方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、排ガスのガス流れ方向に熱回収又は熱交換用の複数の伝熱管バンドルを所定間隔配した熱交換器の漏洩検査方法において、各伝熱管バンドルの前後に設けられ、伝熱管バンドルを構成する各伝熱管バンドルに熱媒体を分配する共通熱媒体用ヘッダと、前記共通熱媒体用ヘッダと各伝熱管バンドルとを連結すると共に、各伝熱管バンドルへ熱媒体を供給又は停止する電磁弁を備えた熱媒ラインと、熱媒体の漏洩の際、前記電磁弁を操作して特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止する制御を行う制御手段とを具備し、特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止し、残りの伝熱管バンドルでの運転状態が定常になったことを確認し、熱媒体を供給する熱媒タンクの液面変化を確認し、熱媒体の漏れの検査を行うことを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記熱媒体の漏れの検査は、特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止しても、熱媒体の液面変化がある場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドルの異常が無いと判断し、他の伝熱管バンドルの検査を行うことを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法にある。

第３の発明は、第１の発明において、前記熱媒体の漏れの検査は、特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止し、液面変化が無い場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドルに異常があると判断することを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法にある。

第４の発明は、第２又は３の発明において、前記熱媒体の漏れの検査の液面変化は、熱媒体の流入を停止した際に循環している熱媒体の温度変化を考慮し、所定時間ごとに毎回熱媒体の密度を補正し、補正した熱媒体の密度をもとに液面変化を判断することを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入の停止を、少なくとも１つ以上とすることを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法にある。

本発明によれば、各バンドルの入出口に電磁弁を設け、共通熱媒用ヘッダを設けることにより各バンドルのバイパスが可能となると共に、各電磁弁を例えば遠隔監視により実施することができ、熱媒タンクの液レベル検知と連動させることで、漏洩箇所の検知を迅速に把握することが可能となる。

図１−１は、熱交換器の概略図である。 図１−２は、熱交換器の概略図である。 図２は、実施例１に係る熱交換器の配管の構成図である。 図３は、本実施例に係る熱交換器が適用される排ガス処理システムの概略図である。 図４は、排ガス処理設備の熱交換器の概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図３は、本実施例に係る熱交換器が適用される排ガス処理システムの概略図である。

図３に示すように、排ガス処理システム１００は、発電プラントや工場などのボイラ１０１から排出される排ガスが煙突１１１から放出される過程で、当該排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵、および硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するものである。

先ず、ボイラ１０１から排出された排ガスＧ₀は、触媒が充填された脱硝装置１０２に導入される。脱硝装置１０２において、還元剤として注入されるアンモニア（ＮＨ_３）により、排ガスＧ₀に含まれる窒素酸化物が水と窒素とに還元され無害化される。

脱硝装置１０２から排出された排ガスＧ₁は、エアヒータ（ＡＨ）１０３を経由し、一般に１３０℃〜１５０℃の温度に冷却される。

エアヒータ１０３を経た排ガスＧ₂は、ガスガスヒータの熱交換器である熱交換器１０４に導入され、熱媒体（例えば水など）と熱交換を行うことにより、熱回収される。熱交換器１０４を経た排ガスＧ₃の温度は、概略８５〜１１０℃となり例えば電気集塵機（ＥＰ）１０５での集塵能力が向上される。

熱交換器１０４を経た排ガスＧ₃は、電気集塵機１０５に導入され煤塵が除去される。

電気集塵機１０５を経た排ガスＧ₄は、電動機により駆動される送風機１０６により昇圧される。なお、この送風機１０６は、設けない場合もあるし、ガスガスヒータ再加熱器の後流Ｇ₇に配置される場合もある。

送風機１０６により昇圧された排ガスＧ₅は、脱硫装置１０７に導入される。脱硫装置１０７では、石灰石をスラリー状に溶かし込んだ吸収液により、排ガスＧ₅中の硫黄酸化物が吸収除去され、副生成物として石膏（図示せず）が生成される。そして、脱硫装置１０７を経た排ガスＧ₆の温度は、一般に約５０℃程に低下する。

図４は、排ガス処理設備の熱交換器の概略図である。図４に示すように、脱硫装置１０７を経た排ガスＧ₆は、ガスガスヒータの熱交換器である再加熱部１０８に導入される。再加熱部１０８は、上記熱回収部１０４との間で熱媒体８３を循環ポンプ１０９により一対の循環配管１１０を往来して循環する過程で、熱回収部１０４により回収された回収熱により排ガスＧ₆を加熱する。ここで５０℃程度の脱硫装置１０７の出口排ガスＧ_６の温度は、再加熱部１０８で約８５〜１１０℃に再加熱され、煙突１１１から大気放出される。

図４に示すように、排ガスＧ₂が導入され、熱媒体８３と熱交換する熱交換器が設けられている。
熱交換器は、熱回収器１０４と再加熱器１０８とを熱媒体８３が循環するための熱媒体循環通路１１０を有する。熱媒体８３は、熱媒体循環通路１１０を介して熱回収器１０４と再加熱器１０８との間を循環している。熱回収器１０４と再加熱器１０８との各々の内部に設けられる熱媒体循環通路１１０の表面には、複数のフィンがフィンチューブ１１に設けられている。熱媒体循環通路１１０には熱交換部８６が設けられ、熱媒体８３が循環する際に放熱で奪われた降温相当のエネルギーをスチーム８７で加熱することで補い、熱媒体８３の媒体温度を維持調整することができる。

熱媒体８３は、熱媒体タンク８８から熱媒体循環通路１１０に供給される。熱媒体８３は、熱媒体送給ポンプ１０９により熱媒体循環通路１１０内を循環させる。また、脱硫装置１０７からの浄化ガスＧ₆のガス温度に応じて調節弁Ｖ₁によりスチーム８７の供給量を調整し、熱回収器１０４から排出される排ガスＧ₃のガス温度に応じて調節弁Ｖ₂により再加熱器１０８に送給される熱媒体８３を熱回収器１０４に供給し、再加熱器１０８に送給される熱媒体８３の供給量を調整する。なお、再加熱器１０４から排出される浄化ガスＧ₇は煙突１１１から外部に排出される。

以下、本実施例に係る前記熱回収器の漏洩検査方法について説明する。図１−１及び図１−２は、熱交換器の概略図である。

図１−１及び図１−２に示すように、熱交換器は、伝熱管バンドル収納ダクト２０内に、伝熱管バンドルを束ねた集合体である伝熱管バンドルを複数配置しており、排ガスの流入方向上流側から低温バンドル２２Ａ、中温バンドル２２Ｂ、低温バンドル２２Ｃとしている。
そして、排ガスのガス流れ方向に熱回収又は熱交換用の複数の伝熱管バンドル群２２Ａ（２２Ａ₁〜２２Ａ₃）、２２Ｂ（２２Ｂ₁〜２２Ｂ₃）、２２Ｃ（２２Ｃ₁〜２２Ｃ₃）を所定間を持って配置している。図１中、符号Ｇは排ガス、２０ａはダクト入口部、２０ｂは拡張部を図示する。なお、伝熱管バンドルの排ガス導入方向上流側が正面２２ａであり、排ガス導入方向下流側が背面２２ｂである。
図中、Ｘ方向は排ガス流れ方向であり、Ｙ方向は伝熱管バンドルの挿入方向であり、Ｚ方向は伝熱管バンドルの積み上げ設置方向である。

図２は、実施例１に係る熱交換器の配管の構成図である。
図２では、熱交換器に格納される伝熱管バンドルを束ねた集合体である伝熱管バンドルを複数配置して、排ガスの流入方向上流側から高温バンドル２０Ａ、中温バンドル２０Ｂ、低温バンドル２０Ｃとしている。

そして、排ガスのガス流れ方向に熱回収又は熱交換用の複数の伝熱管バンドル（高温用伝熱管バンドル２２Ａ（２２Ａ₁〜２２Ａ₃）、中温用伝熱管バンドル２２Ｂ（２２Ｂ₁〜２２Ｂ₃）、低音用伝熱管バンドル２２Ｃ（２２Ｃ₁〜２２Ｃ₃）を所定間に隔配している。

各伝熱管バンドル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの前後には、伝熱管バンドルを構成する各伝熱管バンドル２２Ａ₁〜２２Ａ₃・・・に熱媒体８３を分配する共通熱媒体用ヘッダ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄが設けられている。
また、共通熱媒体用ヘッダ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄと各伝熱管バンドル２２Ａ₁〜２２Ａ₃・・・とを熱媒ラインＬ₁〜Ｌ₁₈により連結している。
熱媒ラインＬ₁〜Ｌ₁₈には、各伝熱管バンドル２２Ａ₁〜２２Ａ₃・・・へ熱媒体８３を供給又は停止する電磁弁Ｖ₁〜Ｖ₁₈を備えている。

また、熱媒体の漏洩の際、前記電磁弁を操作して特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止する制御を行う制御手段が設けられている。

漏洩検査を実施するには、先ず特定の伝熱管バンドル（２２Ａ₁）への熱媒体の流入を停止し、特定の伝熱管バンドル（２２Ａ₁）以外の残りの伝熱管バンドルでの運転を継続する。そして運転状態が定常になったことを確認し、熱媒体を供給する熱媒タンクの液面変化を確認する。

そして、液面変化の有無により漏れの検査を行う。検査中に例えば排ガス温度が変化する事により熱媒温度も変化する場合があり、このとき熱媒漏洩がなくとも密度変化して液面が変動するため、密度補正計算を行う事によって液面変動の有無を判断する必要がある。これに鑑み、該熱媒タンクの熱媒温度から密度補正演算を自動で行う機能を備える事で液レベルの低下の有無を迅速に発見できる。

このように、熱媒体の漏れの検査における液面変化は、停止した際の循環している熱媒体の温度変化を考慮し、所定時間ごとに毎回熱媒体の密度を補正し、補正した熱媒体の密度で液面変化を判断することで適正な判断を行うことができる。

すなわち、熱媒体の漏れの検査を行う場合、先ず液レベルを計測すると共に、停止した際の循環している熱媒体の温度を計測する。この温度計測結果から、熱媒体の密度を補正し、検査中における熱媒タンクの熱媒温度から熱媒の密度補正を自動に演算し、熱媒タンク液レベルの低下の有無を迅速に発見する事を可能とする。
この判断を自動で行う際には、例えば５〜１０分ごとに温度変化を判断して、密度補正を毎回行うようにすればよい。

この検査は、熱媒ラインＬ₁〜Ｌ₁₈に設けた電磁弁Ｖ₁〜Ｖ₁₈を操作するだけで良いので、作業員が不要となると共に、遠隔監視による漏洩検査が可能となる。

漏洩の有無の検査の具体的な内容について説明する。
前記漏れの検査は、特定の伝熱管バンドル（例えば２２Ａ₁）への熱媒体の流入を停止しても、液面変化がある場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドル（２２Ａ₁）の異常が無いと判断し、他の伝熱管バンドルの検査を行う。
すなわち、伝熱管バンドル（２２Ａ₁）への熱媒体の流入を停止しても、未だ液面変化があるということは、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドル（２２Ａ₁）は正常であると判定できる。

前記漏れの検査は、特定の伝熱管バンドル（２２Ａ₁）への熱媒体の流入を停止し、液面変化が無い場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドルに異常があると判断する。そして、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドル（２２Ａ₁）に異常があると判定できる。

また、検査は、同時に２以上の伝熱管バンドルに対して実施するようにしてもよい。
すなわち、特定のバンドルへの熱媒体の流入の停止を、少なくとも１つ以上とし、同時に複数のバンドルへの熱媒体の流入を停止し、漏洩の検査を行うようにしてもよい。

このように、各バンドルの入出口に電磁弁を設け、共通熱媒用ヘッダを設けることにより各バンドルのバイパスが可能となると共に、各電磁弁を例えば遠隔監視により実施することができ、熱媒タンクの液レベル検知と連動させることで、漏洩箇所の検知を迅速に把握することが可能となる。

従来は、熱媒漏洩箇所が特定されると、検査時間を要するので、熱媒漏洩が確認された他の複数のバンドルでの熱媒漏洩調査を継続して行う事が困難であったが、本発明によれば、電磁弁の開閉操作を行うことでよいので、全ての伝熱管バンドルへの漏洩検査を実施することが可能となる。又、本発明により複数バンドルでの熱媒漏洩調査も同時に行えるようになるため、熱媒漏洩が疑われる全てのバンドルを一度にバイパスする事で補修を要するバンドル箇所の組合せの最終確認を行う事も可能となる。
また、この漏洩検査は遠隔による監視が可能となるので、複数のボイラ設備を監視するネットワークを構築して集中監視することもできる。

なお、本発明では、漏洩の検知を熱媒タンクでの液面の水位の変化により確認しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、熱媒漏洩した場合はガスガスヒータ熱回収器、再加熱器の排ガス圧損が上昇するためこれを監視するようにしてもよい。

２１Ａ〜２１Ｄ 共通熱媒体用ヘッダ
２２Ａ〜２２Ｃ 伝熱管バンドル
８３ 熱媒体
Ｖ₁〜Ｖ₁₈ 電磁弁
Ｌ₁〜Ｌ₁₈ 熱媒ライン

Claims (5)

1. 排ガスのガス流れ方向に熱回収又は熱交換用の複数の伝熱管バンドルを所定間隔配した熱交換器の漏洩検査方法において、
   各伝熱管バンドルの前後に設けられ、伝熱管バンドルを構成する各伝熱管バンドルに熱媒体を分配する共通熱媒体用ヘッダと、
   前記共通熱媒体用ヘッダと各伝熱管バンドルとを連結すると共に、各伝熱管バンドルへ熱媒体を供給又は停止する電磁弁を備えた熱媒ラインと、
   熱媒体の漏洩の際、前記電磁弁を操作して特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止する制御を行う制御手段とを具備し、
   特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止し、残りの伝熱管バンドルでの運転状態が定常になったことを確認し、熱媒体を供給する熱媒タンクの液面変化を確認し、熱媒体の漏れの検査を行うことを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法。
2. 請求項１において、
   前記熱媒体の漏れの検査は、特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止しても、熱媒体の液面変化がある場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドルの異常が無いと判断し、他の伝熱管バンドルの検査を行うことを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法。
3. 請求項１において、
   前記熱媒体の漏れの検査は、特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入を停止し、液面変化が無い場合には、熱媒体の流入を停止した伝熱管バンドルに異常があると判断することを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法。
4. 請求項２又は３において、
   前記熱媒体の漏れの検査の液面変化は、熱媒体の流入を停止した際に循環している熱媒体の温度変化を考慮し、所定時間ごとに毎回熱媒体の密度を補正し、補正した熱媒体の密度をもとに液面変化を判断することを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
   特定の伝熱管バンドルへの熱媒体の流入の停止を、少なくとも１つ以上とすることを特徴とする熱交換器の漏洩検査方法。

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