JP2001012874A - 熱交換器の徐冷方法及び装置 - Google Patents
熱交換器の徐冷方法及び装置Info
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Abstract
起動時等での徐冷の際における熱応力の発生を有効に抑
える。 【解決手段】 低温液体が導入される入口室22を備え
た熱交換器を徐冷する方法であって、その徐冷時には通
常運転時よりも少ない流量で前記入口室内に低温液体を
散布するもの。また、その散布のための散布部36をも
つ徐冷用LNG供給部30を備えた徐冷装置。
Description
下、LNGと称する。)等の低温液体を熱媒体と熱交換
させて加温するための熱交換器において、その起動時や
通常運転中断時に徐冷を行うための方法及び装置に関す
るものである。
らには気化)するための手段として、当該低温液体を熱
媒体と熱交換させる熱交換器が用いられている。例え
ば、特開昭53−5207号公報には、熱源流体に加えて中間
媒体を用い、この中間媒体とLNGとの熱交換によって
LNGを気化させる中間媒体式気化器が開示されてい
る。
LNG気化器を示し、この気化器は、中間媒体蒸発器E
1、LNG蒸発器E2、及び天然ガス(以下、NGと称
する。)加温器E3を備えている。また、熱源流体(図
例では海水)が通る経路として、入口室10、多数本の
熱源管12、中間室14、多数本の熱源管16、及び出
口室18を順に備え、熱源管12がNG加温器E3内
に、熱源管16が中間媒体蒸発器E1内に、それぞれ設
けられている。中間媒体蒸発器E1内には、熱源流体で
ある海水よりも沸点の低い中間媒体(例えばプロパン)
17が収容されている。
は、カプセル状のシェル21を備え、その閉塞端部が管
板25によって他の部分から仕切られている。さらに、
その閉塞端部内に水平方向の仕切り壁20が固定される
ことによって、互いに仕切られた入口室22及び出口室
24が形成されており、両室22,24は、略U字状の
多数本の伝熱管23によって連通されている。各伝熱管
23の中間部は前記中間媒体蒸発器E1内の上部に突き
出ており、両端部は管板25を貫く状態で当該管板25
に固定されている。
めのLNG供給部28が設けられ、このLNG供給部2
8が図略の供給通路を介してLNG供給源に接続されて
いる。また、出口室24にはNG排出部29が設けら
れ、このNG排出部29はNG導管26を介して前記N
G加温器E3内に接続されている。
る海水は、入口室10、熱源管12、中間室14、及び
熱源管16を通って出口室18に至るが、熱源管16を
通る海水は、中間媒体蒸発器E1内の液状中間媒体17
と熱交換して当該中間媒体17を蒸発させる。
2から伝熱管23に導入される。この伝熱管23内のL
NGと中間媒体蒸発器E1内の蒸発中間媒体17との熱
交換により、当該中間媒体17が凝縮するとともに、そ
の凝縮熱を受けてLNGが伝熱管23内で蒸発し、NG
となる。このNGは、出口室24からNG導管26を通
じてNG加温室E3内に導入され、このNG加温室E3
内の熱源管12を流れる海水との熱交換によってさらに
加熱された後、需要先へ供給される。
びこれをはじめとする各種の低温液体加温用熱交換器)
では、その起動時にいきなり大流量で低温液体を導入す
ると大きな熱応力が発生してしまう。そこで当該起動時
には、図8に示すように、供給流量を絞ってLNG供給
部28から入口室22内にLNGを僅かずつ供給する徐
冷運転が行われている。
給部28から少量ずつLNGを流出させると、かかるL
NGは、まずシェル21の底部に流下し、その後に入口
室22全体へ行き渡っていくので、入口室22の底部が
他の部分に先行して局所的に冷やされてしまうことにな
る。例えば図8に示す構造では、徐冷中に図9に示すよ
うな著しい温度勾配が発生し、これに起因する熱応力が
発生する。
流量を絞るだけでは、入口室22に発生する熱応力を有
効に緩和することは困難であり、特に起動/停止の繰り
返し頻度が高い熱交換器では、例えばシェル21と管板
25との溶接個所や管板25と仕切り板20との溶接個
所などに疲労破損が生じるおそれがある。また、起動時
に限らず、例えば熱交換器の運転の一時中断時にLNG
流量を絞って徐冷を維持する場合にも、同様の温度勾配
が発生するおそれがある。
加温する熱交換器において、その起動時等での徐冷の際
における熱応力の発生を有効に抑えることができる徐冷
方法及び装置を提供することを目的とする。
の手段として、本発明は、低温液体が導入される入口室
を備えた低温液体加温用の熱交換器を徐冷する方法であ
って、当該徐冷時には通常運転時よりも少ない流量で前
記入口室内に低温液体を散布するものである。
い流量で、しかも入口室内の広い領域に低温液体を拡散
供給するので、入口室に発生する温度勾配が小さくな
り、熱応力が有効に緩和される。
常運転用供給部と散布機能をもつ徐冷用供給部とを併設
し、通常運転時には少なくとも前記通常運転供給部から
入口室内に低温液体を供給し、徐冷時には前記徐冷用供
給部からのみ入口室内に低温液体を供給するようにすれ
ば、徐冷時には専用の徐冷用供給部を通じて入口室内に
徐冷に適した低温液体の供給ができる一方、徐冷終了後
は通常運転用供給部を用いて通常運転に適したLNGの
供給ができる。
室を備えた低温液体加温用の熱交換器を徐冷する装置で
あって、前記入口室に、当該入口室内に低温液体を散布
する徐冷用供給部を設けたものである。
宜設定可能である。例えば、徐冷用供給部を、前記入口
室内の複数個所から低温液体を散布するように構成すれ
ば、単一個所からのみ散布する場合よりも散布領域をさ
らに広げることができる。
記入口室の上半部内壁の少なくとも一部が含まれるよう
に設置すれば、低温液体は当該上半部内壁に吹き付けら
れた後に徐々に流下するので、より均一に低温液体を行
き渡らせることができる。
に前記入口室における溶接個所が含まれるように設置す
れば、当該溶接個所を挟む複数部材を同時に冷やすこと
ができるため、これらの部材間の温度差を小さくして当
該温度差に起因する前記溶接個所での熱応力による破損
をより有効に防止することができる。
徐冷用供給部と、この徐冷用供給部よりも大きな流量で
低温液体を供給するための通常運転用供給部とを併設す
ることがより好ましい。
から前記通常運転用供給部と徐冷用供給部とに分岐する
供給通路を設けるとともに、前記徐冷用供給部に至る供
給通路に前記通常運転用供給部に至る供給通路と独立し
て供給流量を変化させるための流量可変手段を設けるよ
うにすれば、状況に応じて徐冷時の低温液体供給量を自
由に調節することができる。
作されることにより低温液体の流量を変化させる遠隔調
節弁であってもよいし、前記流量可変手段が入口室内の
温度を予め設定された目標温度に保つように低温液体の
流量を調節する温度調節弁であってもよい。後者の場合
には、例えば熱交換器運転の一時中断時に入口室内を所
定温度に保持しておく運転(いわゆるクールダウン保持
運転)を自動的に行うことが可能になる。
も問わない。ただし、前記入口室が仕切り部材を介して
低温液体蒸発ガスの出口室と隣接している構造では、当
該出口室を通る加温済流体で仕切り部材が加温され、こ
の仕切り部材以外の入口室構成部材との温度格差が大き
くなる傾向があるので、当該熱交換器への本発明の適用
は特に有効となる。
〜図4に基づいて説明する。なお、気化器全体の基本構
成については、前記図7に示したものと同等であるの
で、ここではその説明を省略し、以下、LNG蒸発器E
2の構造に重点をおいて説明する。
記図8に示した従来構造の相違点として、前者の構造で
は、入口室22に、通常運転用の管状LNG供給部28
に加え、この通常運転用LNG供給部28よりも管板2
5から離れた位置(図1及び図2では左側の位置)に、
散布機能をもつ徐冷用LNG供給部30が新たに設けら
れている。
部28と徐冷用LNG供給部30との位置関係は特に問
わない。
1の側壁に貫通状態で固定された導入部32と、この導
入部32からシェル幅方向(図2では上下方向)に延び
る主幹部34と、この主幹部34の長手方向に複数配列
された散布部36とを備えている。
て圧送されてきたLNGを散布できるものであればよ
く、図3(a)に示すようなスプレーノズル36aや、
同図(b)に示すような多孔板シャワーノズル36b等
が好適である。また、噴射口が単一であっても、その首
振りによって散布を行うものであってもよい。
各散布部36の散布方向が若干斜め上方を向いており、
その散布領域に、管板25の内壁略全面が含まれ、か
つ、シェル21の底壁と管板25との接合部分(溶接個
所)27A及び管板25と仕切り板20との接合部分
(溶接個所)27Bとが含まれるように、各散布部36
が配置されている。
を図4に示す。LNG供給源からの供給通路は、通常運
転用供給通路38と徐冷用供給通路40とに分岐してお
り、通常運転用供給通路38が通常運転用LNG供給部
28に接続され、徐冷用供給通路40が徐冷用LNG供
給部30に接続されている。
としての遠隔調節弁44,44が個別に設けられてい
る。通常運転用供給通路38側の遠隔調節弁44は、L
NG供給流量を予め設定された目標流量に維持するよう
に動作する。一方、遠隔調節弁44は、手動で遠隔操作
できる(すなわち流量調節できる)ように構成されてい
る。
42を閉止させて通常運転用供給通路38におけるLN
G流量を0にし、遠隔調節弁44を適度に開いて専ら徐
冷用供給通路40を通じて入口室22内へのLNG供給
を小流量(通常運転時よりも小さな流量)にて行う。こ
のLNGは、徐冷用LNG供給部30の主幹部34から
各散布部36に分配され、各散布部36から管板25に
向けて広い領域にわたり散布される。
冷方法、すなわち、通常運転用LNG供給部28からL
NGを僅かずつ流下させる徐冷方法のように、入口室2
2の下部のみが先行して局所的に冷やされることがほと
んどなくなり、入口室22内は上下方向全域にわたって
略均一に冷やされていくことになる。このため、入口室
22を形成する部材に発生する熱応力は有効に緩和され
る。特に、図示のように、仕切り板20と管板25との
接合部分(溶接個所)27Bや、管板25とシェル21
との接合部分(溶接個所)27Aを散布領域に含ませる
ようにすれば、仕切り板20と管板25との温度差や管
板25とシェル21との温度差をより確実に減らすこと
ができ、当該温度差に起因する熱応力による溶接個所の
疲労破損をより有効に防止できる。
調節弁44を全閉にし、もしくは遠隔制御弁44を開い
たまま、流量調節弁42を作動させて、従来通り通常運
転用供給通路38及び通常運転用LNG供給部28を通
じてLNGの供給を行うようにすればよい。徐冷完了の
判断は、例えば入口室22内の温度を監視することによ
り、行うことができる。
は、前記第1の実施の形態で示した主幹部34が省略さ
れ、シェル21の底壁に徐冷用LNG供給部30の散布
部36が直付けされている。この散布部36は、上向き
に近い斜め上向きにLNGを散布し、かつ、その散布領
域に仕切り板20と管板25との接合部分(溶接個所)
27Bを含むように配置されている。
口室22の内壁上半部が含まれているため、特に入口室
22の下部の局所的冷却が緩和され、大きな熱応力の発
生が防がれる。また、散布領域に仕切り板20と管板2
5との接合部分(溶接個所)が含まれているため、当該
溶接個所での疲労破損がより有効に防がれる。
36は複数個所に分散配置することが好ましい。ただ
し、本発明は、散布部36が単数である場合や、散布領
域が前記実施形態で示した領域以外である場合でも、そ
の散布によって従来よりも入口室22における熱応力の
発生を緩和することが可能である。
とることも可能である。
図に示す遠隔調節弁44に代え、入口室22内の温度を
予め設定された目標温度に保つように作動する温度調節
弁を設けるようにすれば、例えば熱交換器の運転を一時
中断する際の徐冷運転にも本発明を適用することが可能
になる。また、遠隔調節弁44を用いても、同じく一時
中断時の徐冷運転が手動操作でできることはいうまでも
ない。
を問わず、例えば出口室24から離れた位置に独立して
入口室22が形成されているものにも本発明の適用が可
能である。ただし、図例のように入口室22が仕切り板
20などの仕切り部材を介して出口室24と隣接するも
のでは、当該仕切り板20側の温度が比較的高く維持さ
れて反対側のシェル底壁との温度勾配が大きくなるの
で、かかる構造に本発明を適用することにより、その効
果はより著しいものとなる。
の種類を問わず、LNG以外の低温液体を加温する熱交
換器にも広く適用が可能である。また、熱交換器の全体
構造も上記のような中間媒体式のものに限らず、例えば
低温液体を海水等の熱源と直接熱交換させるものや、大
気と熱交換させるもの等についても本発明の適用が可能
である。
8つの位置A,B,C,D,E,F,G,Hに熱電対を
配設するとともに、同図に示す7つの位置1,2,3,
4,5,6,7に歪みゲージを配設して、従来の徐冷方
法及び本発明方法を実施したときの温度分布及び熱応力
分布の測定を行った。その結果を表1及び表2に示す。
の徐冷方法に比べ、温度が均一化され、周方向熱応力の
最大値(歪みゲージNo.1、従来法:−11.7Kg/mm2、本
発明法−6.8Kg/mm2)が約60%に低下し、また軸方向熱
応力の最大値(歪みゲージNo.3、従来法:−18.8Kg/mm
2、本発明法−6.0Kg/mm2)が約30%に低下していること
が理解できる。
所要時間を次の表3に示す。この表に示されるように、
従来法では、熱応力の制限から、徐冷時のLNG流量を
上げられないが、本発明法によれば、上述のような熱応
力緩和を実現しながら、徐冷時LNG流量を従来法より
も増やして起動所要時間を約1/2に短縮することが可
能である。
室内に低温液体を導入するにあたり、その徐冷時には、
通常運転時よりも少ない流量で前記入口室内に低温液体
を散布する方法であり、またその散布を行う徐冷用供給
部を備えた装置であるので、当該徐冷の際に発生する温
度勾配を小さくして、熱応力の発生を有効に抑えること
ができる効果がある。
器の入口室構造を示す断面正面図である。
部の具体的構造例を示す図である。
る。
器の入口室構造を示す断面正面図である。
の取付位置を示す断面正面図である。
を備えた中間媒体式気化器の全体構造を示す断面正面図
である。
である。
を示す図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 低温液体が導入される入口室を備えた低
温液体加温用の熱交換器を徐冷する方法であって、当該
徐冷時には通常運転時よりも少ない流量で前記入口室内
に低温液体を散布することを特徴とする熱交換器の徐冷
方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の熱交換器の徐冷方法にお
いて、前記入口室に通常運転用供給部と散布機能をもつ
徐冷用供給部とを併設し、通常運転時には少なくとも前
記通常運転供給部から入口室内に低温液体を供給し、徐
冷時には前記徐冷用供給部からのみ入口室内に低温液体
を供給することを特徴とする熱交換器の徐冷方法。 - 【請求項3】 低温液体が導入される入口室を備えた低
温液体加温用の熱交換器を徐冷する装置であって、前記
入口室に、当該入口室内に低温液体を散布する徐冷用供
給部を設けたことを特徴とする熱交換器の徐冷装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の熱交換器の徐冷装置にお
いて、前記徐冷用供給部を、前記入口室内の複数個所か
ら低温液体を散布するように構成したことを特徴とする
熱交換器の徐冷装置。 - 【請求項5】 請求項3または4記載の熱交換器の徐冷
装置において、前記徐冷用供給部を、その散布領域に前
記入口室の上半部内壁の少なくとも一部が含まれるよう
に設置したことを特徴とする熱交換器の徐冷装置。 - 【請求項6】 請求項3〜5のいずれかに記載の熱交換
器の徐冷装置において、前記徐冷用供給部を、その散布
領域に前記入口室における溶接個所が含まれるように設
置したことを特徴とする熱交換器の徐冷装置。 - 【請求項7】 請求項3〜6のいずれかに記載の熱交換
器の徐冷装置において、前記入口室に、前記徐冷用供給
部と、この徐冷用供給部よりも大きな流量で低温液体を
供給するための通常運転用供給部とを併設したことを特
徴とする熱交換器の徐冷装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の熱交換器の徐冷装置にお
いて、共通の低温液体供給源から前記通常運転用供給部
と徐冷用供給部とに分岐する供給通路を設けるととも
に、前記徐冷用供給部に至る供給通路に前記通常運転用
供給部に至る供給通路と独立して供給流量を変化させる
ための流量可変手段を設けたことを特徴とする熱交換器
の徐冷装置。 - 【請求項9】 請求項8記載の熱交換器の徐冷装置にお
いて、前記流量可変手段が手動で遠隔操作されることに
より低温液体の流量を変化させる遠隔調節弁であること
を特徴とする熱交換器の徐冷装置。 - 【請求項10】 請求項8記載の熱交換器の徐冷装置に
おいて、前記流量可変手段が入口室内の温度を予め設定
された目標温度に保つように低温液体の流量を調節する
温度調節弁であることを特徴とする熱交換器の徐冷装
置。 - 【請求項11】 請求項3〜10のいずれかに記載の熱
交換器の徐冷装置において、前記入口室が仕切り部材を
介して低温液体蒸発ガスの出口室と隣接していることを
特徴とする熱交換器の徐冷装置。
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