JPH08285368A - スチームヒータの加熱量の調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スチーム圧力や凝縮温度を常時一定に保持し
たまま所望の加熱量に制御可能であり、その上応答が早
くしかも安定した制御性が確保できるようなスチームヒ
ータの加熱量の調整装置を提供する。 【構成】 隔壁型熱交換器のスチーム流通空間に生成す
る凝縮水を排出する排水手段と、排出された凝縮水を貯
留すると共にこの凝縮水をスチーム流通空間に供給する
給水手段とを有し、これら排水手段並びに給水手段を用
いてスチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減し
て加熱量を調整するものとする。特に、給水手段は、密
閉容器と、この密閉容器の気相圧力を増減する加圧手段
並びに減圧手段と、密閉容器の内部及びスチーム流通空
間を連通する連絡管とで構成され、加圧手段並びに減圧
手段を用いて密閉容器の気相圧力を増減することによっ
て、スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減す
るものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スチーム発生手段から
のスチームを隔壁型熱交換器に導入して被加熱流体を加
熱するスチームヒータの加熱量の調整装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】プロセス流体を所定温度に加熱するヒー
タや、蒸留塔の塔底に蒸気を供給するリボイラーなどに
は、スチーム発生手段からの高温のスチームの熱を隔壁
を介して伝達することで被加熱流体を加熱する、いわゆ
る隔壁型熱交換器からなるスチームヒータが多用されて
いる。この隔壁で仕切られたスチーム流通空間に導入さ
れたスチームは、凝縮潜熱を放出することで被加熱流体
を加熱する一方で、自らは凝縮して熱交換器外へ排出さ
れた後、凝縮水回収系統を経てスチーム発生手段の供給
水として循環再利用される。

【０００３】このようにしてなるスチームヒータにおい
ては、スチーム流通空間内にスチームを導入するための
入口に調節弁を設け、その開度を調整することでスチー
ム流通空間のスチーム圧力を変化させ、被加熱流体に供
給する熱量を調整する制御方式が最も多く採用されてい
る。例えば、被加熱流体の出口温度を所定値に保持した
い場合には、通常、制御対象である出口温度を直接測定
して、この出口温度が一定となるように入口調節弁を操
作している。また、リボイラーや蒸発器のように、蒸気
発生量を所定値に保持したい場合には、制御対象をスチ
ームまたは発生蒸気の流量、蒸発器内液位若しくは蒸発
器内圧力として、これらの検出値が一定となるように入
口調節弁を操作する方式が使い分けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
スチームヒータの加熱量調整に多用されている入口調節
弁の開度調整によるスチーム圧力制御方式では、所望の
加熱量が満足されるようにスチーム圧力が変動し、その
圧力に対応してスチームの凝縮温度が変動することが避
けられない。特に、次に示すような運転条件ではスチー
ム圧力・温度が大きく変動する。

【０００５】スチーム圧力・温度の変動が大きい場合の
第１は、低負荷運転条件である。スチームヒータが低負
荷運転状態にあると、その負荷低下分だけ必要加熱量が
減少し、これに応じて熱交換器の伝熱能力が過剰とな
る。このため、スチーム圧力制御方式が作用して必要熱
量が満足されるようにスチーム圧力・温度が大きく低下
する。

【０００６】スチーム圧力・温度の変動が大きい場合の
第２は初期クリーン条件である。熱交換器においては、
一般的に、長期間の運転によって伝熱面の表面に固形物
が沈着または析出する。このようにして蓄積したスケー
ルは、伝熱に対して抵抗を形成して加熱能力低下の原因
となるため、毎年１回程度は装置を休止して除去作業を
実施している。一方、熱交換器の設計の際には、このよ
うな定期的除去作業直前のスケール最大蓄積条件におい
ても所定の伝熱能力が確保されるように、スケール蓄積
量から予想される伝熱抵抗、いわゆる汚れ計数を考慮し
て、伝熱面積を算定するのが一般的である。このため、
熱交換器を製作後初めて使用する場合や、スケール除去
作業直後の、いわゆる初期クリーン条件においては、ス
ケールの付着がないことから、汚れ係数相当分だけ伝熱
能力が過剰の状態となる。それゆえ、この場合もスチー
ム圧力制御方式が作用してスチーム圧力・温度が低下し
て運転される。特に、被加熱流体を蒸発させるための蒸
発器やリボイラーでは、溶解塩類の析出によるスケール
付着が多いことが知られており、初期クリーン条件では
この汚れ係数相当分の伝熱能力の過剰が非常に大きく、
スチーム圧力・温度の低下が著しい。

【０００７】したがって、スチーム圧力・温度の変動が
望ましくない場合、例えば被加熱流体の加熱温度を一定
に保持する必要がある場合とか、スチームの凝縮によっ
て生成した凝縮水の排出並びに回収系統への送液を安定
して操作するために一定のスチーム圧力で運転したい場
合等には、このようなスチーム圧力制御方式は不適切で
ある。

【０００８】スチーム圧力・温度を好ましい一定値に維
持できるような加熱量調整の制御方式としては、公知の
伝熱面積による制御方式を用いることが考えられる。こ
の伝熱面積制御方式は、スチームの凝縮によって生成す
る凝縮水を熱交換器内に意図的に滞留させ、凝縮水の水
面以下の水没した伝熱面において伝熱が実質的に無効に
なる現象を利用するものであり、凝縮水の水位を増減す
ることで有効伝熱面積を変化させて加熱量を調整する。
このため、スチーム圧力を一定にしたまま加熱量の調整
が可能となる。ただし、この制御方式によると、加熱量
を増大させるには、凝縮水を抜き出して水位を下げれば
よいので早い応答が期待できるものの、これとは逆に加
熱量を低減させるには、凝縮水が必要量だけ貯留される
のに長時間を要することから応答が遅く、この応答性の
低さが実用化する上での大きな障害となっている。

【０００９】また、特に、被加熱流体の出口温度が水の
沸点（１００℃）より低い条件のスチームヒータに対し
て、スチーム圧力制御方式を採用すると、加熱量制御の
調節弁開度調整によりスチーム圧力が大気圧と同程度な
いし大気圧以下の真空になり、凝縮水の排水並びに回収
系統への送液が不可能となる。さらに、このスチームヒ
ータが前述の低負荷運転条件や初期クリーン条件で運転
される場合には、必要な加熱量に対して熱交換器の伝熱
能力が相対的に過大となることから、スチーム圧力制御
方式の作用によりスチーム圧力がより一層低下して真空
の程度が大きくなる。このため、凝縮水排水用の配管内
に逆流が生じると共に、これに伴って空気が熱交換器内
に侵入して、加熱能力を著しく低下させることも起き
る。

【００１０】このようなスチーム圧力低下による凝縮水
排出不可能の問題に対する解決策としては、まず第１
に、凝縮水を真空条件の低圧力から昇圧して送液する手
段を設けることが考えられる。この方策の一例が凝縮水
送液ポンプの追加設置であり、他の例が特殊な構造のバ
キュームトラップの設置であるが、ポンプの場合には予
備ポンプ設置によるコストの増大並びに運転・保守作業
の繁雑化が問題であり、バキュームトラップの場合は可
動部分の磨耗によるトラブルが多く信頼性に問題があ
り、いずれも現状では満足できる解決策になり得ない。

【００１１】スチーム圧力低下による凝縮水排出困難の
問題に対する解決策の第２として、前述の伝熱面積制御
方式を採用すれば、被加熱流体の出口温度が低く、しか
も伝熱能力が過剰の運転条件でも、スチーム圧力を好ま
しい値に維持できることが期待されるが、前記と同様
に、加熱量を低減させる方向では凝縮水が貯留される時
間だけ応答が遅いことが問題として残るため、加熱量調
整の制御方式としての採用は困難であった。

【００１２】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消すべく案出されたものであり、その第１の目的は、
プラントの生産計画に応じて運転負荷を変更する場合な
どの運転条件変更や、スケール蓄積の進行による伝熱能
力低下などの環境条件変動に対して、スチーム圧力や凝
縮温度を常時一定に保持したまま所望の加熱量に制御可
能であり、その上応答が早くしかも安定した制御性が確
保できるようなスチームヒータの加熱量の調整装置を提
供することにある。また、その第２の目的は、熱交換器
内が負圧になることなく凝縮水が常時円滑に排出される
ように改善することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、スチームと被加熱流体とを隔壁を介して熱
交換する隔壁型熱交換器のスチーム流通空間に生成する
凝縮水を排出する排水手段と、排出された凝縮水を貯留
すると共に該凝縮水を前記スチーム流通空間に供給する
給水手段とを有し、前記排水手段並びに前記給水手段を
用いて前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を
増減して加熱量を調整することを特徴とするスチームヒ
ータの加熱量の調整装置を提供することにより達成され
る。

【００１４】特に、前記給水手段は、密閉容器と、該密
閉容器の気相圧力を増減する加圧手段並びに減圧手段
と、前記密閉容器の内部及び前記スチーム流通空間を連
通する連絡管とで構成され、前記加圧手段並びに前記減
圧手段を用いて前記密閉容器の気相圧力を増減すること
によって、前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水
位を増減するものとすると好ましい。

【００１５】その上、前記加圧手段がスチームを前記密
閉容器内に導入する管路並びに調節弁からなり、前記減
圧手段が前記密閉容器内気相部のスチームを大気中に排
出する管路並びに調節弁からなるものとすると良い。さ
らに、前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水並びに前
記密閉容器内の凝縮水の各水位をそれぞれ検出する水位
検出手段と、該水位検出手段からの水位信号に基づいて
算出された凝縮水の水量に応じて前記排水手段に動作信
号を出力する制御回路とを有し、前記スチーム流通空間
内の凝縮水及び前記密閉容器内の凝縮水の合計水量を一
定に保持するように調整するものであると良い。

【００１６】上記のような加熱量の調整装置は、被加熱
流体を水の沸点より低い温度まで加熱するようなスチー
ムヒータに対して適用すると、特に有効である。

【００１７】

【作用】このように凝縮水の排水手段と給水手段とを熱
交換器に併設すれば、これらを適宜使い分けることでス
チーム流通空間内の凝縮水の水位を増減して有効伝熱面
積を変化させ、スチーム流通空間の気相圧力並びにスチ
ーム凝縮温度を好ましい一定値に維持したままで加熱量
を速やかに調整することができる。すなわち、給水手段
によって凝縮水をスチーム流通空間内に送り込むことに
より、凝縮水が漸増するのを待つことなく、凝縮水水位
を所望の位置まで短時間で上昇させることができ、所望
の加熱量調整を迅速に達成できる。凝縮水水位を上昇さ
せるのに外部からボイラ供給水を送入することも可能で
あるが、スチーム加熱により生成した凝縮水を一旦貯留
させておいて、必要時に送入できるようにするのが簡便
である。

【００１８】特に、給水手段として、凝縮水貯留用の密
閉容器を設置すると共にスチーム流通空間と密閉容器内
部とを連絡管によって連通させておくと、両者間の気相
部の圧力差に連動して両者の滞留水の水位が変動するよ
うになり、さらにこの密閉容器に加圧手段及び減圧手段
を設けて、密閉容器の気相圧力を増減するようにする
と、この気相圧力の変化に応じてスチーム流通空間内の
凝縮水水位を迅速に増減させることができる。

【００１９】その上、密閉容器の気相部の加圧手段とし
て、熱交換器に供給されているスチームの一部を送入す
るための管路と調節弁を設置すると共に、減圧手段とし
て、密閉容器の気相部の気体を大気中へ排出するための
管路と調節弁を設置することにより、容易に気相部の圧
力調節できる。すなわち、加圧手段並びに減圧手段の各
々の調節弁を操作して、加圧時にはスチームを導入し、
減圧時には大気へ排出すれば、大気圧から供給スチーム
圧力までの任意の値に密閉容器の気相圧力を調整するこ
とができる。密閉容器の気相部を加圧する気体として
は、窒素ガスや圧縮空気などプラント内で利用される高
圧気体が適用可能であるが、スチームヒータの加熱源の
スチームを利用するのが最も簡便である。

【００２０】さらに、スチーム流通空間内並びに密閉容
器内の凝縮水の水位を測定し、スチーム流通空間内の凝
縮水を所望の最高水位まで調整するのに適当な範囲内の
所定値に、両者の保有凝縮水の合計水量が保持されるよ
うに調整すると、水位調節に必要な凝縮水の不足分が貯
留されるまでの待ち時間、及び凝縮水の過剰分が排出さ
れるまでの待ち時間が不要となり、凝縮水水位の調節が
滞留凝縮水の移動だけで達成されるようになるため、迅
速かつ安定した熱量調整が可能となる。このスチーム流
通空間及び密閉容器の合計凝縮水量の調整は制御回路に
おいて行われ、両者の各水位の測定値から算出された合
計凝縮水量を目標値からの偏差がゼロになるように調整
する。凝縮水水位から凝縮水量を算出するあたっては、
熱交換器や密閉容器が堅型であるか、横型であるかとい
った設置状態や、スチーム流通空間が管側にあるか、胴
側にあるかといった熱交換器の構成等に対応して、それ
ぞれの幾何学的形状から凝縮水の水位と水量との相関関
係を予め求めておき、これに基づいて水位を水量に換算
する。

【００２１】このような加熱量の調整装置を、被加熱流
体の出口温度が水の沸点より低い温度である場合に適用
すると特に有効である。すなわち、このような運転条件
においても、スチーム流通空間の気相圧力が常に設計値
に保持され、安定な運転条件が確保される。このため、
スチーム流通空間の気相圧力が大気圧と同程度乃至大気
圧以下の真空状態になることが原因で凝縮水の排出に支
障を来すといった不都合がなくなる。特に、前述の低負
荷運転条件や初期クリーン条件において一層効果的であ
る。

【００２２】

【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明に基づき構成されたスチー
ムヒータの加熱量の調整装置を示している。この加熱量
の調整装置は、スチーム発生器１からのスチームとプロ
セス流体とが熱交換する熱交換器２の内部の滞留水の水
位を調整するものであり、密閉容器である緩衝槽３と、
その内部と熱交換器２のスチーム流通空間とを連通する
連絡管Ｐ２と、緩衝槽３内の滞留水を排出する排出手段
としての排水管Ｐ５と、緩衝槽３の気相圧力を増減する
加圧・減圧手段としてのバルブＶ３・Ｖ４並びに配管Ｐ
６・Ｐ７とを有している。

【００２４】熱交換器２は、多管円筒型（シェルアンド
チューブ型）の熱交換器であり、縦置きされている。円
筒形の胴体２ａ（例えば、内径６ｍ）の内部に、伝熱管
２ｂ（例えば、外径１９．０５ｍｍ、長さ２．４ｍ）が
複数（例えば、１４０本）配設されている。

【００２５】スチーム発生器１から例えば３．５ｋｇ／
ｃｍ²Ｇ程度の圧力で送られてくるスチームは、流入管
Ｐ１を経て側壁の上部から胴体２ａの内部に導入され
る。この流入管Ｐ１には、圧力調整用のバルブＶ１が設
けられており、その下流の圧力検出器４からの信号に基
づいて、所定の圧力（例えば、３．０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）
まで減圧するようになっている。これは、加熱スチーム
の凝縮温度を望ましい一定値に保持するためである。

【００２６】熱交換器２の内部に導入されたスチーム
は、熱交換により凝縮潜熱を放出して凝縮し、胴体２ａ
の内面と伝熱管２ｂの外面と間に画成されるスチーム流
通空間としての空室２ｃに滞留する。この滞留水の水位
を計測するため、水位伝送器５が設けられており、その
出力信号は制御回路６に入力されている。また、胴体２
ａの側壁下部には、他端が緩衝槽３に接続された連絡管
Ｐ２の一端が接続されており、空室２ｃと緩衝槽３との
間で水が往来し得るようになっている。

【００２７】加熱すべきプロセス流体は、流入管Ｐ３か
ら下側の仕切室２ｄに導入された後、伝熱管２ｂの内部
を上向きに流通しながら空室２ｃに充満したスチームか
ら熱を供与されて昇温する。昇温したプロセス流体は、
上側の仕切室２ｅに達した後、流出管Ｐ４から回収され
る。この流出管Ｐ４には、プロセス流体の出口温度を計
測する温度検出器７が設けられており、その出力信号は
水位差コントローラ８に入力している。

【００２８】この熱交換器２においては、水面より上の
伝熱面ではスチームの凝縮により単位伝熱面積当たり伝
熱量が大きいことから効果的な伝熱が行われるのに対
し、水面下の伝熱面では凝縮水の自然対流により極く僅
かの伝熱しか起きないので、水面下の伝熱面積は実質的
に無効となり、後述するように空室２Ｃの滞留水の水位
を増減することで有効伝熱面積を増減して所望の加熱量
に調整される。

【００２９】熱交換器２と略同一高さ位置にこれと並列
して、円筒形状の側壁を有する密閉容器である緩衝槽３
が縦置きで配置されている。この緩衝槽３の高さは熱交
換器２と略同一（例えば、高さ３．６ｍ）であり、その
内径は、熱交換器２の空室２ｃの水平断面積と等しくな
るように設定（例えば、内径０．４８ｍ）されている。
なお、負荷の変動が小さく、水位の調整幅が小さけれ
ば、これに応じて緩衝槽３の高さを小さくし得る。ま
た、緩衝槽３の水平断面を大きく採れば、熱交換器２の
側の水位の変化量が相対的に大きくなるため、小さい圧
力差で所望の水位に調整でき、気相圧力の制御域を小さ
くし得る。

【００３０】緩衝槽３には、内部の水位を把握するため
水位伝送器９が設けられており、その出力信号が制御回
路６に入力されている。緩衝槽３の底壁には排水管Ｐ５
が接続されており、これに設けられたバルブＶ２を操作
することで、熱交換器２での凝縮による水量の増加分を
排出し、空室２Ｃ及び緩衝槽３の内部の滞留水の全量が
一定に保持される。

【００３１】一方、緩衝槽３の頂部に接続された配管Ｐ
６は２方向に分かれ、そのうちの一方は、バルブＶ３を
介してスチームの流入管Ｐ１から分岐した導入管Ｐ７に
接続されており、他方はバルブＶ４を介して大気中に開
放されている。この２台のバルブＶ３・Ｖ４は、スプリ
ットレンジで作動し、これらを開閉操作することで緩衝
槽３の気相圧力が増減し、熱交換器２の空室２Ｃ及び緩
衝槽３の水位を調整し得る。例えば、バルブＶ３を開け
てバルブＶ４を閉じると、スチーム発生器からのスチー
ムが導入管Ｐ７を経て緩衝槽３の内部に導入される。す
ると、一定に減圧されている空室２Ｃの気相圧力に対し
て緩衝槽３の気相部分の圧力が上昇するため、緩衝槽３
の滞留水が連絡管Ｐ２を経て空室２Ｃに流入し、空室２
Ｃの水位が上昇する。これと反対にバルブＶ３を閉じて
バルブＶ４を開けると、緩衝槽３の気相圧力は低下し、
空室２Ｃの水位が下降する。

【００３２】以上のように構成された熱交換器２及び緩
衝槽３には、スチームヒータを稼働させるにあたり、ス
タートアップにおいて生成した凝縮水を所定の水位まで
予め貯留しておくか、或いはスチーム発生器１への供給
水等を外部から導入しておく。この水量は、熱交換器２
の加熱量の制御域に応じて設定される。例えば、滞留水
が全くなく伝熱管の全表面で熱交換する最大加熱時か
ら、全く加熱されない満水状態に至るまで制御しようと
すると、空室２Ｃの容積以上の水量を貯留しておく必要
がある。本実施例のように、空室２Ｃと緩衝槽３との容
積を等しくした場合は、これらと同一容積の水を貯留し
ておけばよい。

【００３３】このように所望の必要加熱量を得るべく空
室２Ｃ及び緩衝槽３の水位を増減させるバルブＶ２・Ｖ
３・Ｖ４の動作は、温度検出器７及び両水位伝送器５・
９からの各入力信号に基づいて水位差コントローラ８及
び制御回路６によって制御される。以下に、この制御方
法について説明する。

【００３４】まず、水位伝送器９から制御回路６に入力
された緩衝槽３の水位信号から、緩衝槽３の滞留水の容
積に比例するように換算された緩衝槽水位パラメータａ
（０＜ａ＜１）が算出される。同様に、水位伝送器５か
ら制御回路６に入力された空室２Ｃの水位信号から、空
室２Ｃの滞留水の容積に比例するように換算された熱交
換器水位パラメータｂ（０＜ｂ＜１）が算出される。こ
れは、空室２Ｃ及び緩衝槽３の内部の水平断面積が高さ
方向に均一でない場合に、水位信号の示す実水位が滞留
水の容積と比例しないことから生じる不都合を避けるた
めである。

【００３５】次いで、この両水位パラメータａ・ｂか
ら、系内の凝縮水の全量を表す総水位パラメータｄが、
ｄ＝（ａ＋ｂ）／２として算出される。この総水位パラ
メータｄはバルブＶ２の制御因子であり、これが一定と
なるようにバルブＶ２に開閉動作信号を送って、スチー
ムの凝縮によって漸増する滞留水の増加分を排出する。
また、制御回路６においては、両水量パラメータａ・ｂ
から水位差パラメータｃがｃ＝（ａ−ｂ＋１）／２とし
て算出され、水位差コントローラ８に送られる。この水
位差パラメータｃは、加熱量を間接的に示すもので、例
えばこれが大きいと空室２ｃの水位が低く加熱量が大き
いことを示している。

【００３６】この水位差パラメータｃと共に、水位差コ
ントローラ８には温度検出器７から温度信号が入力され
ており、この温度信号の示すプロセス流体の出口温度と
予め設定された目標温度との温度差から必要水位差パラ
メータＣが決定される。この温度差並びに必要水位差パ
ラメータＣは、共に必要加熱量と相関関係にあり、水位
差コントローラ８に予め設定記憶されている両者の関係
テーブルや算出式から必要水位差パラメータＣが決定さ
れる。そして、この必要水位差パラメータＣと、制御回
路６から入力した水位差パラメータｃとが比較され、Ｃ
＞ｃの場合、つまり加熱量が不足している場合は、バル
ブＶ３へ閉動作信号が、バルブＶ４へ開動作信号がそれ
ぞれ出力される。Ｃ＜ｃの場合は、バルブＶ３へ開動作
信号が、バルブＶ４へ閉動作信号がそれぞれ出力され
る。

【００３７】ここで、各パラメータａ・ｂ・ｃ（Ｃ）・
ｄを本実施例に即して具体的に示してみる。例えば、設
計熱交換負荷（例えば、１，０２０，０００ｋｃａｌ／
ｈ）の９０％で加熱しようとすると、伝熱面積を総伝熱
面積の９０％とすればよい。本実施例のように、熱交換
器２において胴体２ａの中に均一外径の伝熱管２ｂが均
等に配設されていると、伝熱しない部分の面積と実水位
とが互いに比例関係になり、最大水位の１０％になるよ
うに空室２Ｃの水位を調整すればよいことになる。この
とき、空室２Ｃ及び緩衝槽３が互いに同一の容積を有
し、共に高さ方向に均一な断面を有する場合、上述した
ようにこれらと同一容積の滞留水を予め貯留させておく
と、緩衝槽３の水位は最大水位の９０％になる。さら
に、滞留水の容積と実水位とは互いに比例関係にあるた
め、両水位パラメータａ・ｂは、最大水位に対する実水
位の比率で示すことができ、熱交換器水位パラメータａ
は０．１、緩衝槽水位パラメータｂは０．９であり、総
水位パラメータｄは０．５である。したがって、空室２
Ｃと緩衝槽３との水位差は最大水深の８０％であり、こ
のときの必要水位差パラメータＣは０．９である。

【００３８】また、例えば、設計最大負荷の２０％で加
熱する場合は、最大水位の８０％（ｂ＝０．８）になる
ように空室２Ｃの水位を調整する。このとき、緩衝槽３
の水位は最大水位の２０％（ａ＝０．２）まで下降し、
空室２Ｃと緩衝槽３との水位差は最大水深の６０％とな
り、必要水位差パラメータＣは０．２となる。

【００３９】以上のように、水位伝送器５・９からの信
号を水位差パラメータｃに換算した上でバルブＶ３・Ｖ
４を制御し、プロセス流体を所定の目標温度に加熱する
ようになっている。ところで、このバルブＶ３・Ｖ４の
制御は、熱交換器水位パラメータｂ並びに緩衝槽水位パ
ラメータａのうちのいずれか一方のみに基づいて制御す
ることも可能である。さらに、温度検出器７からの温度
信号の示すプロセス流体の出口温度に基づいてバルブＶ
３・Ｖ４を直接フィードバック制御しても良い。このと
き、熱交換器２並びに緩衝槽３に設けられる水位伝送器
５・９や制御回路６は不要となる。なお、蒸留塔塔底液
を沸騰させるリボイラーでは温度検出器７からの温度信
号が必要加熱量の目安にならないため、必要加熱量から
目標スチーム流入量を算定し、スチームの流入管Ｐ１に
設けた流量計で検出されるスチーム流入量を制御対象と
して制御回路を構成することになる。

【００４０】なお、本実施例においては、側壁が均一内
径の円筒形状である熱交換器２及び緩衝槽３を共に縦置
きしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例
えば、熱交換器２を横置きとしたり、緩衝槽３を横置き
としたり、或いは熱交換器２及び緩衝槽３を共に横置き
としたりしても良い。ただし、このように横置きした場
合、水平断面積が高さ方向に均一でないため、上述した
ように両水位パラメータａ・ｂを実際の水量に比例する
よう換算した上で制御する必要がある。

【００４１】また、伝熱管２ｂの内部をスチームが、空
室２ｃをプロセス流体がそれぞれ流通するように熱交換
器２を構成しても良い。このとき、伝熱管２ｂの内部の
水位を検出するために、例えば、上・下の両仕切室を連
絡する副管に水位検出器を設ければよい。また、連絡管
Ｐ２は下側の仕切室に接続すればよい。このように構成
すると、プロセス流体が粘性が高い場合に特に有効であ
る。

【００４２】さらに、本実施例においては、スチームの
流入管Ｐ１に圧力調整用のバルブＶ１を設けて減圧する
構成を採用しているので、緩衝槽３の気相圧力を熱交換
器２の空室２Ｃのそれより高く設定することが可能とな
ったが、本発明においては、このように圧力調整用のバ
ルブＶ１を必ずしも設置する必要はない。例えば、緩衝
槽３を熱交換器２より高い位置に設置すれば、両者に同
一圧力のスチームが導入されても、空室２Ｃの水位を緩
衝槽３の水位と同一の高さまで上昇させることができ
る。したがって、水位の調整幅に応じて緩衝槽３を適当
な高さに設置することにより、空室２Ｃの水位を任意の
高さに調整可能となる。

【００４３】

【発明の効果】このように本発明によるスチームヒータ
の加熱量の調整装置によれば、プラントの生産計画に応
じて運転負荷を変更するなどの運転条件変更や、スケー
ル蓄積の進行による伝熱能力低下などの環境条件変動に
対して、スチーム流通空間の気相圧力並びにスチーム凝
縮温度を好ましい一定値に維持したままで所望の加熱量
に安定して調整することが可能となり、圧力や温度の大
幅変動に伴う不都合を回避できる。

【００４４】その上、加熱量を迅速・的確に任意の値に
調整できるため、急激な条件変動に対しても対応可能で
あり、スチームヒータの利便性を格段に向上させ得る。
特に、従来の加熱量の調整方法ではスチーム流通空間の
気相部が大気圧より低い真空状態となるような運転条件
でも、この圧力が好ましい一定値に維持されるため、凝
縮水の安定な排出及び送液ができるようになり、凝縮水
送液ポンプやバキュームトラップの設置に伴う不具合を
回避し得る。

【００４５】また、密閉容器の気相圧力の加圧手段とし
てスチームの圧力を利用することで、スチーム流通空間
内の滞留凝縮水量の調節を簡単な構成で実現し得るた
め、コストの増大を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づき構成されたスチームヒータの加
熱量の調整装置の概略構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１ スチーム発生器 ２ 熱交換器 ２ａ 胴体 ２ｂ 伝熱管 ２ｃ 空室 ２ｄ・２ｅ 仕切室 ３ 緩衝槽 ４ 圧力検出器 ５ 水位伝送器 ６ 制御回路 ７ 温度検出器 ８ 水位差コントローラ ９ 水位伝送器 Ｐ１ スチームの流入管 Ｐ２ 連絡管 Ｐ３ プロセス流体の流入管 Ｐ４ プロセス流体の流出管 Ｐ５ 排水管 Ｐ６ 配管 Ｐ７ スチームの導入管 Ｖ１〜Ｖ４ バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 英喜 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 野沢 謹至 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スチームと被加熱流体とを隔壁を介し
   て熱交換する隔壁型熱交換器のスチーム流通空間に生成
   する凝縮水を排出する排水手段と、排出された凝縮水を
   貯留すると共に該凝縮水を前記スチーム流通空間に供給
   する給水手段とを有し、 前記排水手段並びに前記給水手段を用いて前記スチーム
   流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減して加熱量を調
   整することを特徴とするスチームヒータの加熱量の調整
   装置。
2. 【請求項２】 前記給水手段は、密閉容器と、該密閉
   容器の気相圧力を増減する加圧手段並びに減圧手段と、
   前記密閉容器の内部及び前記スチーム流通空間を連通す
   る連絡管とで構成され、 前記加圧手段並びに前記減圧手段を用いて前記密閉容器
   の気相圧力を増減することによって、前記スチーム流通
   空間に滞留する凝縮水の水位を増減することを特徴とす
   る請求項１に記載のスチームヒータの加熱量の調整装
   置。
3. 【請求項３】 前記加圧手段がスチームを前記密閉容
   器内に導入する管路並びに調節弁からなり、前記減圧手
   段が前記密閉容器内気相部のスチームを大気中に排出す
   る管路並びに調節弁からなることを特徴とする請求項２
   に記載のスチームヒータの加熱量の調整装置。
4. 【請求項４】 前記スチーム流通空間に滞留する凝縮
   水並びに前記密閉容器内の凝縮水の各水位をそれぞれ検
   出する水位検出手段と、該水位検出手段からの水位信号
   に基づいて算出された凝縮水の水量に応じて前記排水手
   段に動作信号を出力する制御回路とを有し、 前記スチーム流通空間内の凝縮水及び前記密閉容器内の
   凝縮水の合計水量を一定に保持するように調整すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
   スチームヒータの加熱量の調整装置。
5. 【請求項５】 被加熱流体を水の沸点より低い温度ま
   で加熱するものであることを特徴とする請求項１乃至請
   求項４のいずれかに記載のスチームヒータの加熱量の調
   整装置。