JPH08285489A - 熱交換方法及び熱交換器 - Google Patents
熱交換方法及び熱交換器Info
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- JPH08285489A JPH08285489A JP7117958A JP11795895A JPH08285489A JP H08285489 A JPH08285489 A JP H08285489A JP 7117958 A JP7117958 A JP 7117958A JP 11795895 A JP11795895 A JP 11795895A JP H08285489 A JPH08285489 A JP H08285489A
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- gas
- tube sheet
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
- F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
- F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
- F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
- F28F9/182—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding the heat-exchange conduits having ends with a particular shape, e.g. deformed; the heat-exchange conduits or end plates having supplementary joining means, e.g. abutments
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 メタルダスティング現象によるチューブ溶接
部の損傷を防止し、かつ、安価に製作することができる
熱交換方法及び熱交換器を提供する。 【構成】 チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に
加熱すべきガスを流して熱交換する、チューブと管板と
を溶接取付けした熱交換器において、前部管板32の上
流側にこの前部管板32と略平行に仕切板54を設けて
仕切室56を形成し、この前部管板32のチューブ入口
管部44に先端が挿入されるように、チューブ内径より
小さい外径の短管(フェルール)58を前記仕切板54
に取り付け、前記仕切室56に冷却用スチーム導入管6
0を接続し、短管58の外面とチューブ38の内面との
間の環状空間64に低温スチームを流して、前部管板の
シェル側表面及びチューブ溶接部46を含むチューブ入
口管部を冷却する。
部の損傷を防止し、かつ、安価に製作することができる
熱交換方法及び熱交換器を提供する。 【構成】 チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に
加熱すべきガスを流して熱交換する、チューブと管板と
を溶接取付けした熱交換器において、前部管板32の上
流側にこの前部管板32と略平行に仕切板54を設けて
仕切室56を形成し、この前部管板32のチューブ入口
管部44に先端が挿入されるように、チューブ内径より
小さい外径の短管(フェルール)58を前記仕切板54
に取り付け、前記仕切室56に冷却用スチーム導入管6
0を接続し、短管58の外面とチューブ38の内面との
間の環状空間64に低温スチームを流して、前部管板の
シェル側表面及びチューブ溶接部46を含むチューブ入
口管部を冷却する。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体間の熱交換を行な
う多管式(シェルアンドチューブ型)の熱交換方法及び
この方法を実施する熱交換器に関するものである。
う多管式(シェルアンドチューブ型)の熱交換方法及び
この方法を実施する熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】流体間の熱交換器、たとえば、スチレン
モノマー製造装置における脱水素反応器へ供給される低
温ガス(約100℃)の加熱を行うと同時に、脱水素反
応器を出た高温ガス(500〜600℃)の冷却を行う
多管式のガス−ガス熱交換器は、プロセスの要求する機
器配置上の都合から、管側流体のすぐ下流にあたる熱交
換器と直列一体形とする必要があり、また、管側、シェ
ル側の運転時における平均温度の差が大きいために、伝
熱管(チューブ)とシェルの熱膨張による伸び差を吸収
する必要がある。このため、この熱交換器は、従来よ
り、管シェル側より1パスで、かつ後部管板を遊動形と
した熱交換器、又は、伸縮継手を、シェル外部又はシェ
ル内部に設けた固定管板形熱交換器とすることが一般的
である。
モノマー製造装置における脱水素反応器へ供給される低
温ガス(約100℃)の加熱を行うと同時に、脱水素反
応器を出た高温ガス(500〜600℃)の冷却を行う
多管式のガス−ガス熱交換器は、プロセスの要求する機
器配置上の都合から、管側流体のすぐ下流にあたる熱交
換器と直列一体形とする必要があり、また、管側、シェ
ル側の運転時における平均温度の差が大きいために、伝
熱管(チューブ)とシェルの熱膨張による伸び差を吸収
する必要がある。このため、この熱交換器は、従来よ
り、管シェル側より1パスで、かつ後部管板を遊動形と
した熱交換器、又は、伸縮継手を、シェル外部又はシェ
ル内部に設けた固定管板形熱交換器とすることが一般的
である。
【0003】従来、上記の熱交換器においては、実開平
2−70868号公報に記載されているように、前部管
板では、図7に示すような伝熱管1と管板2との溶接取
付構造(以下、タイプDという)が採用されており、後
部管板では、図6に示すような拡管を併用した伝熱管1
と管板2との溶接取付構造(以下、タイプCという)が
採用されていた。すなわち、タイプDは、管板2の端部
開口3に伝熱管1の端部を挿入して溶接する構造であ
り、タイプCは、管板2の孔4に伝熱管1を伝熱管の先
端が管板2から突出するように挿入し、伝熱管の先端と
管板とを溶接し、溶接前または溶接後に伝熱管の管板へ
挿入された部分を拡管する構造である。5、6は溶接部
である。
2−70868号公報に記載されているように、前部管
板では、図7に示すような伝熱管1と管板2との溶接取
付構造(以下、タイプDという)が採用されており、後
部管板では、図6に示すような拡管を併用した伝熱管1
と管板2との溶接取付構造(以下、タイプCという)が
採用されていた。すなわち、タイプDは、管板2の端部
開口3に伝熱管1の端部を挿入して溶接する構造であ
り、タイプCは、管板2の孔4に伝熱管1を伝熱管の先
端が管板2から突出するように挿入し、伝熱管の先端と
管板とを溶接し、溶接前または溶接後に伝熱管の管板へ
挿入された部分を拡管する構造である。5、6は溶接部
である。
【0004】上記のスチレンモノマー製造装置における
熱交換器では、ガスの性状と運転条件から、シェル側で
ガスの流れが滞留しがちな管板付近では、ガス中に含ま
れる炭素が炭素粒子として析出しやすい環境にある。図
6に示すタイプC及び図7に示すタイプDの溶接取付構
造では、伝熱管1と管板2との間の隙間を完全になくす
ことができず、微小範囲ながら隙間が残る。このため、
炭素の析出が起こった場合、炭素の微粒子がこの隙間に
侵入し、長時間の運転を経るうちに、伝熱管と管板の隙
間で成長、固化した炭素は伝熱管を内側へ圧迫、変形さ
せ(伝熱管のネッキング現象)、ついには伝熱管−管板
溶接部、又は伝熱管を損傷させ、管シェル間のガス洩れ
に至る。このような現象は、一般に前部管板で起こりや
すいことが知られているが、後部管板でも同様な現象が
起こりうるため、この炭素析出に起因する伝熱管−管板
溶接部又は伝熱管破損の問題を解決する必要があった。
熱交換器では、ガスの性状と運転条件から、シェル側で
ガスの流れが滞留しがちな管板付近では、ガス中に含ま
れる炭素が炭素粒子として析出しやすい環境にある。図
6に示すタイプC及び図7に示すタイプDの溶接取付構
造では、伝熱管1と管板2との間の隙間を完全になくす
ことができず、微小範囲ながら隙間が残る。このため、
炭素の析出が起こった場合、炭素の微粒子がこの隙間に
侵入し、長時間の運転を経るうちに、伝熱管と管板の隙
間で成長、固化した炭素は伝熱管を内側へ圧迫、変形さ
せ(伝熱管のネッキング現象)、ついには伝熱管−管板
溶接部、又は伝熱管を損傷させ、管シェル間のガス洩れ
に至る。このような現象は、一般に前部管板で起こりや
すいことが知られているが、後部管板でも同様な現象が
起こりうるため、この炭素析出に起因する伝熱管−管板
溶接部又は伝熱管破損の問題を解決する必要があった。
【0005】この問題を解決するために、実開平2−7
0868号公報に記載されているように、つぎのような
溶接構造が提案されている。すなわち、図4及び図5に
示すように、管1側、シェル側とも1パスで、かつ、伝
熱管1とシェルとの熱膨張による伸び差を吸収できるよ
うに、後部管板を遊動形の構造、又は伸縮継手をシェル
外部もしくはシェル内部に設けた固定管板形の構造とし
た多管式熱交換器において、前部管板及び後部管板が、
伝熱管1と管板2との間の隙間がなくなるように、下記
のタイプA(図4参照)又は/及び下記のタイプB(図
5参照)の伝熱管と管板との溶接取付構造を有するもの
である。 (a) タイプAの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図4に示すように、管板2に伝熱管1の内径と等しい孔
13を設け、この孔の一端に伝熱管1の外径よりやや厚
い周縁部14を突出させ、この周縁部の内側を周回状に
切り欠いて伝熱管を挿入・当接するストッパ15を形成
し、このストッパ内に伝熱管の一端を挿入して伝熱管1
と管板2とを溶接してなる構造。なお、伝熱管1の中心
線の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管1の中心線の下
側は、溶接後の状態を示している。16は溶接部、17
は溝である。 (b) タイプBの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図5に示すように、管板2にテーパ状の孔18及びこの
孔の小径部に連通する直管状の小径孔20を設け、この
小径孔内に、先端内側を周回状に切り欠いた伝熱管1を
切欠部24の長さ分だけ挿入して、小径孔20と伝熱管
先端部とを溶接してなる構造。なお、伝熱管1の中心線
の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管1の中心線の下側
は溶接後の状態を示している。21、22、23は溶接
部、24は切欠部である。
0868号公報に記載されているように、つぎのような
溶接構造が提案されている。すなわち、図4及び図5に
示すように、管1側、シェル側とも1パスで、かつ、伝
熱管1とシェルとの熱膨張による伸び差を吸収できるよ
うに、後部管板を遊動形の構造、又は伸縮継手をシェル
外部もしくはシェル内部に設けた固定管板形の構造とし
た多管式熱交換器において、前部管板及び後部管板が、
伝熱管1と管板2との間の隙間がなくなるように、下記
のタイプA(図4参照)又は/及び下記のタイプB(図
5参照)の伝熱管と管板との溶接取付構造を有するもの
である。 (a) タイプAの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図4に示すように、管板2に伝熱管1の内径と等しい孔
13を設け、この孔の一端に伝熱管1の外径よりやや厚
い周縁部14を突出させ、この周縁部の内側を周回状に
切り欠いて伝熱管を挿入・当接するストッパ15を形成
し、このストッパ内に伝熱管の一端を挿入して伝熱管1
と管板2とを溶接してなる構造。なお、伝熱管1の中心
線の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管1の中心線の下
側は、溶接後の状態を示している。16は溶接部、17
は溝である。 (b) タイプBの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図5に示すように、管板2にテーパ状の孔18及びこの
孔の小径部に連通する直管状の小径孔20を設け、この
小径孔内に、先端内側を周回状に切り欠いた伝熱管1を
切欠部24の長さ分だけ挿入して、小径孔20と伝熱管
先端部とを溶接してなる構造。なお、伝熱管1の中心線
の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管1の中心線の下側
は溶接後の状態を示している。21、22、23は溶接
部、24は切欠部である。
【0006】また、特開平6−170532号公報に
は、ネッキング現象及びメタルダスティング現象(CO
2 及びCOを含むガス雰囲気にある金属が、組織変化を
起こした(ベントナイト組織になっている)溶接部を起
点とし、浸炭と高温酸化とを同時に受けて腐食する現
象)を防止するために、多管式のガス−ガス熱交換器に
おいて、チューブ及び管板としてフェライト系クロム・
モリブデン鋼を使用し、管板に設けた穴にチューブの先
端を挿入するとともに、シェル内のガスと接触する側の
管板表面上に全周的に裏波が形成されるよう、ニッケル
合金のフィラーを用いる溶接によってチューブ先端と管
板とを接合した構成が記載されている。
は、ネッキング現象及びメタルダスティング現象(CO
2 及びCOを含むガス雰囲気にある金属が、組織変化を
起こした(ベントナイト組織になっている)溶接部を起
点とし、浸炭と高温酸化とを同時に受けて腐食する現
象)を防止するために、多管式のガス−ガス熱交換器に
おいて、チューブ及び管板としてフェライト系クロム・
モリブデン鋼を使用し、管板に設けた穴にチューブの先
端を挿入するとともに、シェル内のガスと接触する側の
管板表面上に全周的に裏波が形成されるよう、ニッケル
合金のフィラーを用いる溶接によってチューブ先端と管
板とを接合した構成が記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、実開平
2−70868号公報には、チューブのネッキングによ
る溶接部の損傷を防止するために、チューブと管板との
取付に図4に示すタイプA又は図5に示すタイプBの溶
接構造を有す熱交換器が記載されている。また、特開平
6−170532号公報には、チューブのネッキング及
びメタルラスティングによるチューブ溶接部の損傷を防
止するために、図5に示すタイプBの溶接構造に類似の
溶接構造を持ち、溶接棒にニッケル合金を使用すること
が記載されている。
2−70868号公報には、チューブのネッキングによ
る溶接部の損傷を防止するために、チューブと管板との
取付に図4に示すタイプA又は図5に示すタイプBの溶
接構造を有す熱交換器が記載されている。また、特開平
6−170532号公報には、チューブのネッキング及
びメタルラスティングによるチューブ溶接部の損傷を防
止するために、図5に示すタイプBの溶接構造に類似の
溶接構造を持ち、溶接棒にニッケル合金を使用すること
が記載されている。
【0008】しかし、実開平2−70868号公報記載
の構成では、チューブのネッキングの問題は解決する
が、製作材料として高価なステンレス鋼を使用しなけれ
ばメタルダスティングの問題は解決しない。また、特開
平6−170532号公報記載の構成では、ネッキン
グ、メタルダスティングの問題の両方とも解決するが、
管板の溶接オーバレイや部分的なニッケル合金の使用に
より、十分に安価ではなく、かつ、異材の組合せにより
高温の異材溶接部に過大な熱応力が発生するという問題
が残る。本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本
発明の目的は、メタルダスティング現象によるチューブ
溶接部及び前部管板の損傷を防止し、かつ、安価に製作
することができる熱交換方法及び熱交換器を提供するこ
とにある。
の構成では、チューブのネッキングの問題は解決する
が、製作材料として高価なステンレス鋼を使用しなけれ
ばメタルダスティングの問題は解決しない。また、特開
平6−170532号公報記載の構成では、ネッキン
グ、メタルダスティングの問題の両方とも解決するが、
管板の溶接オーバレイや部分的なニッケル合金の使用に
より、十分に安価ではなく、かつ、異材の組合せにより
高温の異材溶接部に過大な熱応力が発生するという問題
が残る。本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本
発明の目的は、メタルダスティング現象によるチューブ
溶接部及び前部管板の損傷を防止し、かつ、安価に製作
することができる熱交換方法及び熱交換器を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の熱交換方法は、チューブ側に冷
却すべき流体を、シェル側に加熱すべき流体を流して熱
交換する方法において、前部管板近傍のチューブ入口管
部に、シェル出口の加熱された流体の温度より低い温度
のスチームを導入して、前部管板のシェル側表面及びチ
ューブと前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を
冷却するものである。また、本発明の他の熱交換方法
は、チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に加熱す
べきガスを流して熱交換する方法において、前部管板の
チューブ入口管部に短管を挿入して、該短管内に冷却す
べきガスを流すとともに、該短管と前記チューブ入口管
部との間の環状空間に、シェル出口の加熱されたガスの
温度より低い温度のスチームを導入して、前部管板のシ
ェル側表面及びチューブと前部管板との溶接部を含むチ
ューブ入口管部を冷却した後、冷却すべきガスに混合す
ることを特徴としている。さらに、本発明の他の熱交換
方法は、チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に加
熱すべきガスを流して熱交換する方法において、前部管
板のチューブ入口管部の後流側に該前部管板に略平行に
仕切板を設けて仕切室を形成し、この仕切室に、シェル
出口の加熱されたガスの温度より低い温度のスチームを
導入して、前部管板のシェル側表面及びチューブと前部
管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却した後、
加熱されたガスに混合することを特徴としている。
成するために、本発明の熱交換方法は、チューブ側に冷
却すべき流体を、シェル側に加熱すべき流体を流して熱
交換する方法において、前部管板近傍のチューブ入口管
部に、シェル出口の加熱された流体の温度より低い温度
のスチームを導入して、前部管板のシェル側表面及びチ
ューブと前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を
冷却するものである。また、本発明の他の熱交換方法
は、チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に加熱す
べきガスを流して熱交換する方法において、前部管板の
チューブ入口管部に短管を挿入して、該短管内に冷却す
べきガスを流すとともに、該短管と前記チューブ入口管
部との間の環状空間に、シェル出口の加熱されたガスの
温度より低い温度のスチームを導入して、前部管板のシ
ェル側表面及びチューブと前部管板との溶接部を含むチ
ューブ入口管部を冷却した後、冷却すべきガスに混合す
ることを特徴としている。さらに、本発明の他の熱交換
方法は、チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に加
熱すべきガスを流して熱交換する方法において、前部管
板のチューブ入口管部の後流側に該前部管板に略平行に
仕切板を設けて仕切室を形成し、この仕切室に、シェル
出口の加熱されたガスの温度より低い温度のスチームを
導入して、前部管板のシェル側表面及びチューブと前部
管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却した後、
加熱されたガスに混合することを特徴としている。
【0010】本発明の熱交換器は、チューブ側に冷却す
べき流体を、シェル側に加熱すべき流体を流して熱交換
する、チューブと管板とを溶接取付けした構造の熱交換
器において、前部管板近傍のチューブ入口管部に、該前
部管板と仕切板とによって囲まれた仕切室を設け、この
仕切室に冷却用スチーム導入管を接続したことを特徴と
している。また、本発明の他の熱交換器は、チューブ側
に冷却すべきガスを、シェル側に加熱すべきガスを流し
て熱交換する、チューブと管板とを溶接取付けした構造
の熱交換器において、前部管板の上流側にこの前部管板
と略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、この前部管
板のチューブ入口管部に先端が挿入されるように、チュ
ーブ内径より小さい外径の短管を前記仕切板に取り付
け、前記仕切室に冷却用スチーム導入管を接続したこと
を特徴としている。さらに、本発明の他の熱交換器は、
チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に加熱すべき
ガスを流して熱交換する、チューブと管板とを溶接取付
けした構造の熱交換器において、前部管板の下流側にこ
の前部管板と略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、
この仕切室に冷却用スチーム導入管を接続し、冷却後の
加熱されたスチームが加熱されたガスに混入するよう
に、前記仕切板の先端部と加熱されたガスが通過するシ
ェル内とが連通しするように構成されている。
べき流体を、シェル側に加熱すべき流体を流して熱交換
する、チューブと管板とを溶接取付けした構造の熱交換
器において、前部管板近傍のチューブ入口管部に、該前
部管板と仕切板とによって囲まれた仕切室を設け、この
仕切室に冷却用スチーム導入管を接続したことを特徴と
している。また、本発明の他の熱交換器は、チューブ側
に冷却すべきガスを、シェル側に加熱すべきガスを流し
て熱交換する、チューブと管板とを溶接取付けした構造
の熱交換器において、前部管板の上流側にこの前部管板
と略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、この前部管
板のチューブ入口管部に先端が挿入されるように、チュ
ーブ内径より小さい外径の短管を前記仕切板に取り付
け、前記仕切室に冷却用スチーム導入管を接続したこと
を特徴としている。さらに、本発明の他の熱交換器は、
チューブ側に冷却すべきガスを、シェル側に加熱すべき
ガスを流して熱交換する、チューブと管板とを溶接取付
けした構造の熱交換器において、前部管板の下流側にこ
の前部管板と略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、
この仕切室に冷却用スチーム導入管を接続し、冷却後の
加熱されたスチームが加熱されたガスに混入するよう
に、前記仕切板の先端部と加熱されたガスが通過するシ
ェル内とが連通しするように構成されている。
【0011】チューブと前部管板(高温側管板)との溶
接構造としては、例えば、前述のタイプA(図4参
照)、タイプB(図5参照)、タイプC(図6参照)、
タイプD(図7参照)、これらに類似の溶接構造を挙げ
ることができる。上記の構成における作用を説明する
と、前部管板近傍のチューブ入口管部に、シェル出口の
加熱された流体の温度より低い温度のスチームを導入し
て、前部管板のシェル側表面及びチューブと前部管板と
の溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、冷却に使用
されたスチームはチューブ内の流体、又はシェル内の流
体に混合される。
接構造としては、例えば、前述のタイプA(図4参
照)、タイプB(図5参照)、タイプC(図6参照)、
タイプD(図7参照)、これらに類似の溶接構造を挙げ
ることができる。上記の構成における作用を説明する
と、前部管板近傍のチューブ入口管部に、シェル出口の
加熱された流体の温度より低い温度のスチームを導入し
て、前部管板のシェル側表面及びチューブと前部管板と
の溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、冷却に使用
されたスチームはチューブ内の流体、又はシェル内の流
体に混合される。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することが可能なもので
ある。 実施例1 図1は本実施例における、チューブ側にスチームを吹き
込むようにした熱交換器を示し、図2は図1における要
部を拡大したものを示している。図1及び図2は、一例
として、スチレンモノマー製造装置の脱水素反応部にお
いて、脱水素反応器への供給ガスを予熱し、同時に脱水
素反応器を出た反応器ガスを冷却する多管式熱交換器を
示している。
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することが可能なもので
ある。 実施例1 図1は本実施例における、チューブ側にスチームを吹き
込むようにした熱交換器を示し、図2は図1における要
部を拡大したものを示している。図1及び図2は、一例
として、スチレンモノマー製造装置の脱水素反応部にお
いて、脱水素反応器への供給ガスを予熱し、同時に脱水
素反応器を出た反応器ガスを冷却する多管式熱交換器を
示している。
【0013】30はシェル(胴)、32は前部管板(高
温側管板)、34は後部管板(低温側管板)、36はチ
ャンネルで、前部管板32と後部管板34との間に、多
数のチューブ(伝熱管)38が水平方向に配設されてい
る。前部管板32には、多数のチューブ38に対応する
開口40及びこれらの開口に連通する短円筒42が設け
られており、これらの短円筒42とチューブ38の一端
とが、前述のタイプA〜D、又はこれらに類似した溶接
構造により接合されてチューブ入口管部44を形成して
いる。46はチューブ溶接部、48はバッフル、50は
供給ガス入口、52は供給ガス出口である。
温側管板)、34は後部管板(低温側管板)、36はチ
ャンネルで、前部管板32と後部管板34との間に、多
数のチューブ(伝熱管)38が水平方向に配設されてい
る。前部管板32には、多数のチューブ38に対応する
開口40及びこれらの開口に連通する短円筒42が設け
られており、これらの短円筒42とチューブ38の一端
とが、前述のタイプA〜D、又はこれらに類似した溶接
構造により接合されてチューブ入口管部44を形成して
いる。46はチューブ溶接部、48はバッフル、50は
供給ガス入口、52は供給ガス出口である。
【0014】前記管板32の上流側(チャンネル側)に
この前部管板32と略平行に仕切板54を設けて前部管
板32との間に仕切室56を形成し、この前部管板32
のチューブ入口管部44に先端が挿入されるように、チ
ューブ38の内径よりやや小さい外径を有する短管(フ
ェルール)58を前記仕切板54に、チューブ入口管部
44に対応して複数個取り付け、さらに仕切室56に冷
却用スチーム導入管60を接続している。62はスペー
サーである。なお、短管58は仕切板54から着脱可能
なように設けることが好ましい。
この前部管板32と略平行に仕切板54を設けて前部管
板32との間に仕切室56を形成し、この前部管板32
のチューブ入口管部44に先端が挿入されるように、チ
ューブ38の内径よりやや小さい外径を有する短管(フ
ェルール)58を前記仕切板54に、チューブ入口管部
44に対応して複数個取り付け、さらに仕切室56に冷
却用スチーム導入管60を接続している。62はスペー
サーである。なお、短管58は仕切板54から着脱可能
なように設けることが好ましい。
【0015】上記の熱交換器において、前部管板面のチ
ューブ開口40は、仕切板54により反応器ガスに接す
ることはない。反応器ガスは短管58内に導かれてチュ
ーブ38内を流れ、かつ、仕切板54と前部管板32と
に囲まれた仕切室56内に低温スチームが導かれ、この
スチームは短管58の外面とチューブ38の内面との環
状空間64を通って、チューブ38内で反応器ガスと混
合される。反応器ガス中には、もともと多量のスチーム
が含まれているので、少量のスチームが混入しても悪影
響を与えることはない。本実施例においては、供給ガス
は例えば100℃で導入され、例えば580℃の反応器
ガスと熱交換して、例えば530℃の供給ガスに予熱さ
れる。この場合、スチームは冷却効果を高めるために、
400℃以下、望ましくは200〜300℃とするのが
好適である。
ューブ開口40は、仕切板54により反応器ガスに接す
ることはない。反応器ガスは短管58内に導かれてチュ
ーブ38内を流れ、かつ、仕切板54と前部管板32と
に囲まれた仕切室56内に低温スチームが導かれ、この
スチームは短管58の外面とチューブ38の内面との環
状空間64を通って、チューブ38内で反応器ガスと混
合される。反応器ガス中には、もともと多量のスチーム
が含まれているので、少量のスチームが混入しても悪影
響を与えることはない。本実施例においては、供給ガス
は例えば100℃で導入され、例えば580℃の反応器
ガスと熱交換して、例えば530℃の供給ガスに予熱さ
れる。この場合、スチームは冷却効果を高めるために、
400℃以下、望ましくは200〜300℃とするのが
好適である。
【0016】本実施例における熱交換器製作材料として
は、例えば、低合金鋼である21/4Cr−1Mo鋼が
使用される。また、前部管板(高温側管板)32側での
チューブと管板との取付は、前述のタイプA又はタイプ
Bの溶接構造とすることが好ましい。このように構成す
れば、チューブのネッキング現象をも防止することがで
きる。仕切板54及び短管58の製作材料としては、例
えば、304ステンレス鋼が用いられる。仕切板54は
複数に分割し、ボルト止めにてチャンネル36内で取り
付け、分解可能な構造とする。また、分割された部材は
マンホールから出し入れ可能な大きさとする。短管58
は仕切板54から着脱可能な構造とし、分解すれば管板
面の点検が容易に行なえるようにする。
は、例えば、低合金鋼である21/4Cr−1Mo鋼が
使用される。また、前部管板(高温側管板)32側での
チューブと管板との取付は、前述のタイプA又はタイプ
Bの溶接構造とすることが好ましい。このように構成す
れば、チューブのネッキング現象をも防止することがで
きる。仕切板54及び短管58の製作材料としては、例
えば、304ステンレス鋼が用いられる。仕切板54は
複数に分割し、ボルト止めにてチャンネル36内で取り
付け、分解可能な構造とする。また、分割された部材は
マンホールから出し入れ可能な大きさとする。短管58
は仕切板54から着脱可能な構造とし、分解すれば管板
面の点検が容易に行なえるようにする。
【0017】メタルダスティング現象の一つのメカニズ
ムとして、供給ガス中のC成分が析出し、このCが金属
面に付着して金属が浸炭され、酸化との同時進行により
金属表面から腐食損傷していくものと考えられている。
メタルダスティングの起こる温度域は450〜800℃
であるが、この熱交換器の製作材料21/4Cr−1M
o鋼に対しては、実際に損傷を受けた熱交換器の調査結
果から、約550℃以上でメタルダスティングが最も起
こり易いと考えられている。21/4Cr−1Mo鋼で
製作された熱交換器で、仕切室も短管(フェルール)も
設けない場合、チューブ溶接部は反応器ガス(約580
℃)と出口側の供給ガス(約530℃)の中間温度とな
り、チューブの部位によっては550℃を超えるので、
メタルダスティングが起こりうる。一方、本実施例の熱
交換器では、チャンネル36内の仕切室56を通し、低
温スチーム(約400℃以下)を短管58の外面とチュ
ーブ38の内面との環状空間64に流すことにより、チ
ューブ溶接部は約500℃以下の十分に低い温度となる
ので、製作材料に高価なステンレス鋼を使用することな
くメタルダスティングを防止することができる。また、
仕切板54及び短管58の製作や取付けは容易であり、
材料も少量で済むので、これらの部品を取り付けない場
合に比較して、熱交換器製作費の増加はごく僅かであ
る。
ムとして、供給ガス中のC成分が析出し、このCが金属
面に付着して金属が浸炭され、酸化との同時進行により
金属表面から腐食損傷していくものと考えられている。
メタルダスティングの起こる温度域は450〜800℃
であるが、この熱交換器の製作材料21/4Cr−1M
o鋼に対しては、実際に損傷を受けた熱交換器の調査結
果から、約550℃以上でメタルダスティングが最も起
こり易いと考えられている。21/4Cr−1Mo鋼で
製作された熱交換器で、仕切室も短管(フェルール)も
設けない場合、チューブ溶接部は反応器ガス(約580
℃)と出口側の供給ガス(約530℃)の中間温度とな
り、チューブの部位によっては550℃を超えるので、
メタルダスティングが起こりうる。一方、本実施例の熱
交換器では、チャンネル36内の仕切室56を通し、低
温スチーム(約400℃以下)を短管58の外面とチュ
ーブ38の内面との環状空間64に流すことにより、チ
ューブ溶接部は約500℃以下の十分に低い温度となる
ので、製作材料に高価なステンレス鋼を使用することな
くメタルダスティングを防止することができる。また、
仕切板54及び短管58の製作や取付けは容易であり、
材料も少量で済むので、これらの部品を取り付けない場
合に比較して、熱交換器製作費の増加はごく僅かであ
る。
【0018】実施例2 本実施例は、図3に示すように、シェル側に低温スチー
ムを吹き込む構造とすることにより、溶接部の温度を下
げてメタルダスティングによる溶接部の損傷を防止する
ものである。すなわち、前部管板(高温側管板)32の
下流側(図3における右側)にこの前部管板32と略平
行に仕切板(デフレクタープレート)66を設けて前部
管板32との間に仕切室68を形成し、この仕切室68
に冷却用スチーム導入管70を接続し、冷却後の加熱さ
れたスチームが、加熱された供給ガスに混入するよう
に、前記仕切板66の先端部(図3では下端部)と加熱
された供給ガスが通過するシェル内とが連通するように
構成されている。72は連通部である。供給ガス中に
は、もともと多量のスチームが含まれているので、少量
のスチームが混入しても悪影響を与えることはない。本
実施例の熱交換器においては、低温スチームによる溶接
部46の冷却以外に、仕切板66が設けられていること
により、前部管板32のシェル側表面及び溶接部46を
含むチューブ入口管部に浸炭性の供給ガスが接触しな
い。したがって、スチーム温度は500℃以下とすれば
十分である。他の構成及び作用は実施例1の場合と同様
である。
ムを吹き込む構造とすることにより、溶接部の温度を下
げてメタルダスティングによる溶接部の損傷を防止する
ものである。すなわち、前部管板(高温側管板)32の
下流側(図3における右側)にこの前部管板32と略平
行に仕切板(デフレクタープレート)66を設けて前部
管板32との間に仕切室68を形成し、この仕切室68
に冷却用スチーム導入管70を接続し、冷却後の加熱さ
れたスチームが、加熱された供給ガスに混入するよう
に、前記仕切板66の先端部(図3では下端部)と加熱
された供給ガスが通過するシェル内とが連通するように
構成されている。72は連通部である。供給ガス中に
は、もともと多量のスチームが含まれているので、少量
のスチームが混入しても悪影響を与えることはない。本
実施例の熱交換器においては、低温スチームによる溶接
部46の冷却以外に、仕切板66が設けられていること
により、前部管板32のシェル側表面及び溶接部46を
含むチューブ入口管部に浸炭性の供給ガスが接触しな
い。したがって、スチーム温度は500℃以下とすれば
十分である。他の構成及び作用は実施例1の場合と同様
である。
【0019】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 (1) 前部管板(高温側管板)近傍のチューブ入口管
部に、シェル出口の加熱された流体の温度より低い温度
のスチームを導入して、前部管板のシェル側表面及びチ
ューブと前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を
冷却することにより、チューブ溶接部は低い温度となる
ので、製作材料に高価なステンレス鋼を使用することな
くメタルダスティングを防止又は軽減することができ
る。この場合、チューブ溶接部が約500℃以下になる
ように、冷却用スチームの温度を設定することにより、
メタルダスティングを確実に防止することができる。 (2) 仕切板や短管(フェルール)の製作や取付は容
易であり、材料も少量で済むので、これらの部品を取り
付けない場合に比べて、熱交換器の製作費はそれほど安
価にはならない。 (3) シェル側にスチームを吹き込むように構成する
場合は、前部管板のシェル側表面及びチューブ溶接部を
含むチューブ入口管部に加熱すべき流体が接触しないの
で、この加熱すべき流体が浸炭性のガスである場合は、
低温スチームによる前部管板のシェル側表面及びチュー
ブ溶接部を含むチューブ入口管部の冷却と相俟って、メ
タルダスティングをより確実に防止することができる。
で、つぎのような効果を奏する。 (1) 前部管板(高温側管板)近傍のチューブ入口管
部に、シェル出口の加熱された流体の温度より低い温度
のスチームを導入して、前部管板のシェル側表面及びチ
ューブと前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を
冷却することにより、チューブ溶接部は低い温度となる
ので、製作材料に高価なステンレス鋼を使用することな
くメタルダスティングを防止又は軽減することができ
る。この場合、チューブ溶接部が約500℃以下になる
ように、冷却用スチームの温度を設定することにより、
メタルダスティングを確実に防止することができる。 (2) 仕切板や短管(フェルール)の製作や取付は容
易であり、材料も少量で済むので、これらの部品を取り
付けない場合に比べて、熱交換器の製作費はそれほど安
価にはならない。 (3) シェル側にスチームを吹き込むように構成する
場合は、前部管板のシェル側表面及びチューブ溶接部を
含むチューブ入口管部に加熱すべき流体が接触しないの
で、この加熱すべき流体が浸炭性のガスである場合は、
低温スチームによる前部管板のシェル側表面及びチュー
ブ溶接部を含むチューブ入口管部の冷却と相俟って、メ
タルダスティングをより確実に防止することができる。
【図1】本発明の熱交換器の一実施例を示す縦断面図で
ある。
ある。
【図2】図1における要部の拡大断面図である。
【図3】本発明の熱交換器の他の実施例を示す要部の縦
断面図である。
断面図である。
【図4】チューブと管板との溶接取付構造(タイプA)
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図5】チューブと管板との溶接取付構造(タイプB)
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図6】チューブと管板との溶接取付構造(タイプC)
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図7】チューブと管板との溶接取付構造(タイプD)
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
30 シェル(胴) 32 前部管板(高温側管板) 34 後部管板(低温側管板) 36 チャンネル 38 チューブ 40 開口 42 短円筒 44 チューブ入口管部 46 チューブ溶接部 48 バッフル 50 供給ガス入口 52 供給ガス出口 54 仕切板 56 仕切室 58 短管(フェルール) 60 スチーム導入管 62 スペーサ 64 環状空間 66 仕切板(デフレクタープレート) 68 仕切室 70 スチーム導入管 72 連通部
Claims (6)
- 【請求項1】 チューブ側に冷却すべき流体を、シェル
側に加熱すべき流体を流して熱交換する方法において、
前部管板近傍のチューブ入口管部に、シェル出口の加熱
された流体の温度より低い温度のスチームを導入して、
前部管板のシェル側表面及びチューブと前部管板との溶
接部を含むチューブ入口管部を冷却することを特徴とす
る熱交換方法。 - 【請求項2】 チューブ側に冷却すべきガスを、シェル
側に加熱すべきガスを流して熱交換する方法において、
前部管板のチューブ入口管部に短管を挿入して、該短管
内に冷却すべきガスを流すとともに、該短管と前記チュ
ーブ入口管部との間の環状空間に、シェル出口の加熱さ
れたガスの温度より低い温度のスチームを導入して、前
部管板のシェル側表面及びチューブと前部管板との溶接
部を含むチューブ入口管部を冷却した後、冷却すべきガ
スに混合することを特徴とする熱交換方法。 - 【請求項3】 チューブ側に冷却すべきガスを、シェル
側に加熱すべきガスを流して熱交換する方法において、
前部管板のチューブ入口管部の後流側に該前部管板に略
平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、この仕切室に、
シェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度のスチ
ームを導入して、前部管板のシェル側表面及びチューブ
と前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し
た後、加熱されたガスに混合することを特徴とする熱交
換方法。 - 【請求項4】 チューブ側に冷却すべき流体を、シェル
側に加熱すべき流体を流して熱交換する、チューブと管
板とを溶接取付けした構造の熱交換器において、前部管
板近傍のチューブ入口管部に、該前部管板と仕切板とに
よって囲まれた仕切室を設け、この仕切室に冷却用スチ
ーム導入管を接続したことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項5】 チューブ側に冷却すべきガスを、シェル
側に加熱すべきガスを流して熱交換する、チューブと管
板とを溶接取付けした構造の熱交換器において、前部管
板の上流側にこの前部管板と略平行に仕切板を設けて仕
切室を形成し、この前部管板のチューブ入口管部に先端
が挿入されるように、チューブ内径より小さい外径の短
管を前記仕切板に取り付け、前記仕切室に冷却用スチー
ム導入管を接続したことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項6】 チューブ側に冷却すべきガスを、シェル
側に加熱すべきガスを流して熱交換する、チューブと管
板とを溶接取付けした構造の熱交換器において、前部管
板の下流側にこの前部管板と略平行に仕切板を設けて仕
切室を形成し、この仕切室に冷却用スチーム導入管を接
続し、冷却後の加熱されたスチームが加熱されたガスに
混入するように、前記仕切板の先端部と加熱されたガス
が通過するシェル内とが連通していることを特徴とする
熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117958A JP3020237B2 (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117958A JP3020237B2 (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08285489A true JPH08285489A (ja) | 1996-11-01 |
| JP3020237B2 JP3020237B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=14724465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7117958A Expired - Fee Related JP3020237B2 (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3020237B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006090626A1 (ja) * | 2005-02-23 | 2006-08-31 | Izumi Food Machinery Co., Ltd. | 多管式熱交換器 |
| KR200448730Y1 (ko) * | 2008-07-04 | 2010-05-11 | (주)일진에너지 | 유동두형 열교환기 |
| JP2011501698A (ja) * | 2007-09-18 | 2011-01-13 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 油およびガス工業におけるスチール構造物を接合するための溶接金属組成物 |
| CN104697367A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-06-10 | 中国计量学院 | 一种化工换热装置 |
| CN104736958A (zh) * | 2012-10-17 | 2015-06-24 | 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 | 管支撑元件 |
| CN105115319A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-12-02 | 江阴中南重工有限公司 | 反应水冷器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5549693A (en) * | 1978-10-04 | 1980-04-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Multitubular heat exchanger |
| JPS5563395A (en) * | 1978-11-01 | 1980-05-13 | Toyo Eng Corp | Heat exchanger |
| JPH06273080A (ja) * | 1993-03-24 | 1994-09-30 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ガス冷却器 |
-
1995
- 1995-04-19 JP JP7117958A patent/JP3020237B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5549693A (en) * | 1978-10-04 | 1980-04-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Multitubular heat exchanger |
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| JP2011501698A (ja) * | 2007-09-18 | 2011-01-13 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 油およびガス工業におけるスチール構造物を接合するための溶接金属組成物 |
| KR200448730Y1 (ko) * | 2008-07-04 | 2010-05-11 | (주)일진에너지 | 유동두형 열교환기 |
| CN104736958A (zh) * | 2012-10-17 | 2015-06-24 | 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 | 管支撑元件 |
| EP2909558A1 (en) * | 2012-10-17 | 2015-08-26 | Tetra Laval Holdings & Finance SA | A tube holding element |
| US20150267973A1 (en) * | 2012-10-17 | 2015-09-24 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Tube holding element |
| CN104697367A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-06-10 | 中国计量学院 | 一种化工换热装置 |
| CN105115319A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-12-02 | 江阴中南重工有限公司 | 反应水冷器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3020237B2 (ja) | 2000-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |