JP4132965B2

JP4132965B2 - 熱交換器の汚れ最適化方法に使用する汚れ測定装置

Info

Publication number: JP4132965B2
Application number: JP2002142819A
Authority: JP
Inventors: 博文井口; 真治磯谷
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: JP2003336997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱交換管の汚れ度合が最も少ない最適な熱交換条件を検出する熱交換器の汚れ最適化方法及びその方法に使用する測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、熱交換器は、図４に示すように端板１、１間に複数の熱交換管２を設け、各熱交換管２、２間に高温蒸気ａなどを流通させるとともに、各熱交換管２に被加熱流体ｂを流通させ、その各熱交換管２において、高温蒸気ａから被加熱流体ｂに熱交換するものである。
【０００３】
この熱交換器において、熱交換率の低下の原因として、熱交換管２の内面に種々の汚れが堆積する状態があり、この堆積が進行すると、熱交換管２が閉塞される。従来、その閉塞熱交換管２が多くなり、使用に耐えなくなれば、新しい熱交換器に交換したり、予備の熱交換器に被加熱流体ｂの流通をバイパスさせ、その間に、閉塞した熱交換管２を掃除したり、交換している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、化学プラントにおいて、今日、エネルギー問題、コスト面などから、そのプラントの連続作業期間が３年、４年と長くなり、それに伴い、そのプラントで使用される熱交換器も、できれば、その連続作業期間中、修理・交換が少ない方がコスト面で好ましい。
【０００５】
その熱交換器を故障なく長く使用するには、熱交換温度、例えば、蒸気ａの温度、被加熱流体ｂの流通速度、各種添加薬剤の種類、流通量などの熱交換条件を適切なものとすることが考えられる。このとき、従来では、実機による試験によったり、熱交換器の模型を製作し、その模型によつて、種々の最適な熱交換条件を得るようにすることが一般的であった。しかし、化学プラントなどを試験のために停止するのは、コスト的に問題があるうえに、停止させること自体に問題が生じる。また、熱交換器の模型は大型化し、コスト的にも高いものとなっている。
【０００６】
この発明は、簡単な構造でもって、安価に熱交換器の熱交換条件を得るようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、この発明は、まず、一般の熱交換管は金属製であることに着目し、ジュール熱によって加熱することにしたのである。ジュール熱による加熱は、熱交換管に電圧をかけることにより容易に行なうことができ、その装置も模型に比較すれば、安価だからである。
【０００８】
つぎに、この発明は、熱交換管そのものでなく、ジュール熱で加熱され易い同質のサンプル管、例えば薄肉管を採用し、その管内に、実際の被加熱流体と同質のサンプル流体を流通させるようにしたのである。サンプル管の作成は、熱交換管の作成そのものより容易であり、かつ、ジュール熱との関係で、薄肉のものを採用し得るからである。また、サンプル流体には、液体、気体が考えられ、その温度、薬剤の種類、添加量などの熱交換条件は容易に変化させ得る。
【０００９】
具体的には、熱交換器の使用に際し、その熱交換管の汚れ度合が最も少ない最適な熱交換条件を検出する熱交換器の汚れ最適化方法であって、前記熱交換管と同質のサンプル管を、そのサンプル管に電圧を印加してジュール熱により加熱するとともに、そのサンプル管に前記熱交換管に流通させる実際の被加熱流体と同質のサンプル流体を流通させることによって、前記熱交換管におけるその熱交換管内を流れる被加熱流体と熱交換管外を流れる加熱流体との熱交換状態を作り、そのときの前記熱交換条件を変化させて、前記サンプル管の内面に汚れが生じ難いそれらの熱交換条件を検出するようにしたのである。
【００１０】
また、その方法をなす汚れ測定装置にあっては、上記サンプル管を筒状絶縁継手を介して上記サンプル流体の流路に介設し、前記サンプル管に高電流供給電源装置を接続するとともに、サンプル管に温度計を付設した構成などで採用する。この構成においては、前記高電流供給電源装置によりサンプル管に電圧を印加し、前記温度計により上記ジュール熱によるサンプル管の温度を測定して、その測定値に基づき前記印加電圧を調整してサンプル管の温度を制御して上記熱交換条件を変化させる。
【００１１】
絶縁継手としたのは、サンプル管に電圧を印加するため、そのサンプル管からサンプル流体流路を絶縁するためであり、この絶縁によって、高電流供給装置により、サンプル管に任意の大きさの電流を流すことができて、そのジュール熱により任意の温度にサンプル管を加熱できる。サンプル管の汚れは、その管を切断して目視などによって検出する。
【００１２】
絶縁継手は、高温に耐え得る素材ならばいずれでもよいが、数百度以上の高温となる場合には、セラミックが好ましい。このとき、絶縁継手構造としては、セラミック製絶縁継手の端部に、サンプル管及びサンプル流体の流通管の端を挿し込み、その両管の端部の外周には全周に亘るフランジが設けられて、そのフランジと絶縁継手の端面の間にシール材が介在され、前記絶縁継手には前記フランジを絶縁継手側への圧接状態を維持する固定具を設けた構成などを採用できる。
【００１３】
なお、上記サンプル管及びその両端の絶縁継手を囲む開閉自在なボックスカバーを設けて、高電流が流れて、高温となるエリアには、人が触れることができないようにするとよい。
【００１４】
【実施の形態】
一実施形態を図１乃至図３に示し、この実施形態は、図４に示した熱交換器等の熱交換管２の汚れの最適化を図るためのものであり、その熱交換管２と同質の例えばＳＵＳ３０４の厚さ：０．２５ｍｍのサンプル管１２の両端に電源装置１１を接続するとともに、所要間隔で熱電対ＴＣ１〜ＴＣ１０を付設する。熱電対の数及び間隔は任意である。電源装置１１により、サンプル管１２に電圧をかけて直流電流を流すと、ジュール熱によりサンプル管１２が加熱される。例えば、６００Ａ、２０Ｖ（１２ｋｗ）を流すと、３００℃前後の加熱温度となる。その管温度制御は、熱電対で管温度を測定し、その値に基づく供給電流を調整することにより行なう。サンプル管１２の厚み及び印加電圧（電流）は、熱交換温度に対応する加熱温度（ジュール熱）との関係で適宜に設定する。
【００１５】
サンプル管１２の両端部にサンプル液ｃの流通管１３の両端部が絶縁継手部２０を介して接続され、その流通管１３には、冷却器１４、サンプル液ｃのホールドタンク１５及び送液ポンプ１６が介設されており、ポンプ１６により、タンク１５、サンプル管１２、冷却器１４、タンク１５とサンプル液ｃが循環する。冷却器１４には、工業水、冷却機からの冷却水ｄが循環して、サンプル管１２で熱交換により加熱されたサンプル液ｃを初期温度、例えば１００℃まで冷却する。
【００１６】
絶縁継手部２０は、図２、図３に示すように、例えば、アルミナ９９．５重量％のセラミック製筒状絶縁継手２１の両端にそれぞれねじスリーブ２２を介してサンプル管１２と流通管１３を接続したものである。ねじスリーブ２２は、絶縁継手２１の貫通孔２１ａに嵌め込まれた筒状金具２２ａに押え（フランジ）２２ｃを介してねじ部２２ｂをねじ込み、他端２２ｂ’にサンプル管１２又は流通管１３を挿し込んで、チューブ継手２３によりその管１２、１３を固定する。すなわち、チューブ継手２３は、その中にフロントフェルール２３ａとバックフェルール２３ｂを有したスウェッジロック構造となっており、そのチューブ継手２３を締め付けることにより、両フェルール２３ａ、２３ｂが縮径して管１２、１３をカシメて水密に固着する。押え２２ｃにはＯリング（シール材）２４が内装されており、ねじスリーブ２２の絶縁継手２１へのねじ込みに伴い、そのＯリング２４が絶縁継手端面に圧接されてシールする。
【００１７】
さらに、絶縁継手２１の両端部にはそれぞれ固定具２５が嵌められ、この固定具２５の基部２５ａがねじスリーブ２２のナット２２ｄに当接して押圧した状態で、固定具２５がその周囲８等分位でねじ止め２６されて固着され、この固定により、押え２２ｃによるＯリング２４の圧接状態が維持され、シール性が担保される。固定具２５のねじ止め位置は任意である。なお、筒状金具２２ａは耐熱接着剤、例えばエポシキ系によって絶縁継手２１に固定した後、パテによりコーティングして水密とされており、さらに、周囲からのねじ止め２６によってもその固定力が増している。
【００１８】
サンプル管１２及びその両端の絶縁継手部２０は開閉自在なボックスカバー３０で囲み、このカバー３０内に空気、Ｎ₂ガスなどを流通させて冷却を行う。カバー３０は、人が加熱状態のサンプル管１２に触れるなどの事故を防ぐ。カバー３０に人が触れれば、その検出センサにより、警告を発したり、装置を停止したりし得る。
【００１９】
この実施形態は以上の構成であり、サンプル管１２を所要の温度に加熱した状態で、サンプル液ｃを流通させ、そのサンプル管１２における熱交換による汚れを測定する。このとき、サンプル管１２の加熱温度（熱交換温度）、添加薬剤の量、種類、サンプル管１２内面の粗度（平滑度）等の熱交換条件を適宜に調整し、その各条件下におけるサンプル管１２内面の汚れを測定する。その測定は、一条件が終了後、サンプル管１２を適宜個所で切断し、目視及び解析器等で行なう。前記粗度調整には電解研磨を採用できる。
【００２０】
このようにして、ある熱交換器における、最も汚れが生じにくい熱交換条件が見出せれば、プラントをその条件で運転することにより、従来に比べて熱交換管２の閉塞を遅くすることができる。すなわち、メンテナンス期間を長くし得る。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は、以上のようにして、熱交換管の内面の汚れの最適化条件を簡単かつ安価に得るようにしたので、熱交換器の寿命を長くすることができ、メンテナンス費などの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の概略図
【図２】同実施形態の絶縁継手部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図
【図３】同絶縁継手部の分解斜視図
【図４】熱交換器の一例の概略斜視図
【符号の説明】
２熱交換管
１１高電流供給電源装置
１２サンプル管
１３サンプル液流通管
１４冷却器
１５ホールドタンク
１６ポンプ
２０絶縁継手部
２１セラミック製絶縁継手
２２ねじスリーブ
２２ｃねじスリーブの押え（フランジ）
２３チューブ継手
２４Ｏリング（シール材）
２５固定具
３０ボックスカバー
ｃサンプル液

Claims

熱交換器の使用に際し、その熱交換管（２）の汚れ度合が最も少ない最適な熱交換条件を検出する熱交換器の汚れ最適化において、前記熱交換管（２）と同質のサンプル管（１２）を、そのサンプル管（１２）に電圧を印加してジュール熱により加熱するとともに、そのサンプル管（１２）に前記熱交換管（２）に流通させる実際の被加熱流体と同質のサンプル流体（ｃ）を流通させることによって、前記熱交換管（２）におけるその熱交換管（２）内を流れる被加熱流体（ｂ）と熱交換管（２）外を流れる加熱流体（ａ）との熱交換状態を作り、そのときの前記熱交換条件を変化させて前記サンプル管（１２）の内面に汚れが生じ難いそれらの最適な熱交換条件を検出する熱交換器の汚れ最適化方法に使用する汚れ測定装置であって、
上記サンプル管（１２）を筒状絶縁継手（２１）を介して上記サンプル流体（ｃ）の流路に介設し、前記サンプル管（１２）に高電流供給電源装置（１１）を接続するとともに、サンプル管（１２）に温度計（ＴＣ）を付設し、前記高電流供給電源装置（１１）により前記サンプル管（１２）に電圧を印加し、前記温度計（ＴＣ）により上記ジュール熱によるサンプル管（１２）の温度を測定して、その測定値に基づき前記印加電圧を調整してサンプル管（１２）の温度を制御して上記熱交換条件を変化させるようにし、
かつ、上記絶縁継手（２１）をセラミック製とし、そのセラミック製絶縁継手（２１）の端部に、サンプル管（１２）及びサンプル流体（ｃ）の流通管（１３）の端を挿し込み、その両管（１２、１３）の端部の外周には全周に亘るフランジ（２２ｃ）が設けられて、そのフランジ（２２ｃ）と絶縁継手（２１）の端面の間にシール材（２４）が介在され、前記絶縁継手（２１）には前記シール材（２４）の絶縁継手（２１）側への圧接状態を維持する固定具（２５）を設けたことを特徴とする汚れ測定装置。
上記サンプル管（１２）及びその両端の絶縁継手（２１）を囲む開閉自在なボックスカバー（３０）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の汚れ測定装置。