JP2003322494A - 熱交換器の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器の洗浄中に、熱交換器の汚れの除去
状況、即ち熱交換性能の回復状況を自動的にかつリアル
タイムで把握して、洗浄の終了時期を的確に判定する。 【解決手段】 熱交換器の洗浄に当たり、該熱交換器の
Ｕ値を測定する装置を仮設し、洗浄中の該熱交換器のＵ
値の経時変化を計測することにより、該熱交換器の熱交
換性能の回復状況を把握し、この結果に基いて洗浄の終
了判定を行う。熱交換器の各ノズル５ａ，５ｂ，１３
ａ，１３ｂに熱電対４０を設け、洗浄用循環ライン３０
に超音波流量計４１を設け、これらの温度、流量データ
をＵ値測定装置５０にて処理してＵ値を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器の洗浄方法
に係り、特に洗浄中の熱交換器の熱交換性能の回復状況
を自動的にかつリアルタイムで把握することにより洗浄
の効果や洗浄の終了時期を的確に判定する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器では、運転を継続することによ
り、スケールやスライム等の汚れが付着する。熱交換器
に汚れが付着すると熱交換性能が低下してエネルギー効
率が著しく低下するため、これを除去するための洗浄が
行われる。

【０００３】従来の熱交換器の洗浄において、洗浄終了
の判定方法としては、洗浄液を分析する方法がある。こ
の方法は、洗浄中に洗浄液に溶出した汚れ成分のうちの
特定の成分の濃度を測定し、この経時変化を監視して、
濃度が一定となった時点で洗浄終了とする方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の洗浄終了の
判定方法は、熱交換器に付着した汚れ成分のうちの特定
の成分の洗浄液への溶出傾向を分析して監視するもので
あり、必ずしも汚れ全体の除去状況を把握できるもので
はない。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決し、熱交
換器の洗浄中に、熱交換器の汚れの除去状況、即ち熱交
換性能の回復状況を自動的にかつリアルタイムで把握し
て、洗浄の終了時期を的確に判定する熱交換器の洗浄方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の熱交換器の洗浄
方法は、熱交換器の洗浄に当たり、該熱交換器の総括伝
熱係数（以下「Ｕ値」と称すことがある。）を測定する
装置を仮設し、洗浄中の該熱交換器のＵ値の経時変化を
計測することにより、該熱交換器の熱交換性能の回復状
況を検出することを特徴とする。

【０００７】本発明では、熱交換器にＵ値計測装置を仮
設し、この仮設の計測装置でＵ値を自動的かつリアルタ
イムで計測することにより熱交換器の熱交換性能の回復
状況を把握することができ、この結果に基いて的確な洗
浄の終了判定を行うことができる。即ち、洗浄中に熱交
換器のＵ値を仮設のＵ値計測装置で計測し、計測された
Ｕ値が略一定の値となったときには、熱交換性能の伝熱
面の付着している汚れの除去量に変化がなくなり、熱交
換性能が一定となったときであり、洗浄の終了と判断す
ることができる。

【０００８】なお、本発明では、熱交換器の高温側流体
及び低温側流体の流入用ノズル及び流出用ノズルの外面
に温度センサを添着して各流体の温度を計測すると共
に、熱交換器に洗浄液を循環流通させるように接続され
た洗浄用循環ラインに超音波流量計を設け、これらの温
度センサ及び超音波流量計の検出温度及び流量に基づい
てＵ値を演算することが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
熱交換器の洗浄方法の実施の形態を詳細に説明する。

【００１０】図１は本発明の熱交換器の洗浄方法の実施
の形態を示す系統図である。この熱交換器は周知多管円
筒形熱交換器であり、１は胴、２は胴ふた、３は仕切室
側胴フランジ、４は胴ふた側胴フランジ、５ａ，５ｂは
胴側ノズル、６は遊動管板、７は遊動頭ふた、８は遊動
頭フランジ、１０は固定管板、１１は仕切室、１２は仕
切室ふた、１３ａ，１３ｂは仕切室側ノズル、１５は邪
魔板および支持板、１７は仕切板、２１は支持脚、２３
は伝熱管である。

【００１１】高温側流体は胴側ノズル５ａから胴１内に
導入され、伝熱管２３内の低温側流体を加熱し、胴側ノ
ズル５ｂから流出する。

【００１２】低温側流体は、仕切室側ノズル１３ａから
仕切室１１（下側）内に流入し、伝熱管２３、遊動頭、
伝熱管２３、仕切室１１（上側）を経て仕切室側ノズル
１３ｂから流出する。

【００１３】この伝熱管２３内を洗浄するために、仕切
室側ノズル１３ａ，１３ｂの間に洗浄用循環ライン３０
が設置されており、この循環ライン３０にクーラ３１、
ポンプ３２及び薬注ユニット３３が設けられている。

【００１４】この熱交換器のＵ値を計測するために、胴
側ノズル５ａ，５ｂ及び仕切室側ノズル１３ａ，１３ｂ
にそれぞれ温度センサとしての熱電対４０が取り付けら
れ、各ノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂを通過する流
体の温度を計測可能としている。なお、この熱電対４０
は熱交換器に対し洗浄時にのみ仮設されるものであり、
例えば次のように簡易に着脱しうるように取り付けられ
ている。

【００１５】即ち、熱電対４０をノズル５ａ，５ｂ，１
３ａ，１３ｂに取り付けるには、まずノズル５ａ，５
ｂ，１３ａ，１３ｂの外面の熱電対取付予定部を研磨し
た後、熱電対４０をこの熱電対取付予定部に当て、耐熱
テープで固定する。次いで、グラスウール等の断熱材を
ノズルに巻き付け、外れないように番線で縛り付ける。

【００１６】このようにして各ノズル５ａ，５ｂ，１３
ａ，１３ｂに取り付けられた熱電対４０の検出温度信号
は信号ケーブルを介してＵ値測定装置５０に入力され
る。また、前記洗浄用循環ライン３０内を流れる流体の
流量を検出するために流量計４１を該ライン３０に設け
る。この流量計４１としては、配管の外部から流量を検
出できるポータブル形超音波流量計が用いられている。
この超音波流量計４１の検出信号は信号ケーブルを介し
てＵ値測定装置５０に入力される。

【００１７】このＵ値測定装置５０は、ＰＬＣ（プログ
ラマブルロジックコントローラ）、ＡＤ変換器及びパソ
コンより構成されている。

【００１８】熱電対４０及び超音波流量計４１からの温
度、流量信号をＰＬＣを介してＡ／Ｄ変換器に入力し、
ディジタル信号に変換した後、パソコンに入力し、Ｕ値
を演算する。

【００１９】このＵ値測定装置５０には、対象熱交換器
の胴側パス数や伝熱面積、温度補正係数表、流体比熱の
諸データを予め入力しておき、これに測定温度、測定流
量のデータが加わることでコンピューター上でＵ値演算
が連続的に自動で行われるようにプログラムされてい
る。

【００２０】Ｕ値測定装置５０は、重量３０ｋｇ程度で
キャスター付なので設置場所を選ばず、可搬型である。
また防滴仕様なので屋外でも使用できる。装置中央には
液晶ディスプレイが取り付けられ、各データは数値とし
て、あるいはグラフとしてリアルタイムに表示される。
保存データは３分間に１回の割合で保存されており、コ
ンパクトフラッシュ（登録商標）等のメモリーにデータ
を転送して、一般のコンピューターでデータ解析できる
ようになっている。

【００２１】熱交換器のＵ値は、このパソコンにおい
て、測定値を以下の関係式に代入することにより算出す
ることができる。また、算出されたＵ値から、汚れによ
る伝熱抵抗（以下「汚れ抵抗」と称す。）Ｒｆを求める
ことができるので、汚れの付着厚さＬｆを算出すること
も可能である（飯島一成 “入門・機械＆保全ブックス
熱交換器の本”（１９９４） 日本プラントメンテナ
ンス協会，亀井三郎編“新版科学機械の理論と計算”
（１９５９） 産業図書株式会社）。

【００２２】１）熱交換器のＵ値［ｋｃａｌ／ｍ^２・ｈ
ｒ・℃］には次の関係式が成り立つ。

【００２３】

【数１】

【００２４】２）伝熱量Ｑ［ｋｃａｌ／ｈｒ］には次の
関係式が成り立つ。

【００２５】

【数２】

【００２６】３）対数平均温度差ＬＭＴＤ［℃］には次
の関係式が成り立つ。

【００２７】

【数３】

【００２８】４）温度差補正係数Ｆは、向流型二重管式
熱交換器よりも流れが複雑な熱交換器に採用される補正
係数である。シェル側、チューブ側のパス数及び下式の
Ｐ、Ｒの値より図２（D. Q. Kern,“Process Heat Tran
sfer”Fig18〜23）の補正係数曲線からＦを求める。

【００２９】

【数４】

【００３０】５）汚れ抵抗Ｒｆ［ｍ^２・ｈｒ・℃／ｋｃ
ａｌ］には次の関係式が成り立つ。

【００３１】

【数５】

【００３２】６）汚れの付着厚さＬｆ［ｍ］には次の関
係式が成り立つ。

【００３３】

【数６】

【００３４】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

【００３５】実施例１ 図１に示す熱交換器に高温側流体として蒸留塔のタワー
ボトムの油を流通させ、低温側流体として洗浄液を流通
させた。

【００３６】この熱交換器の洗浄を行うために、図１の
通り洗浄用循環ライン３０をノズル１３ａ，１３ｂ間に
接続すると共に、各ノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂ
に熱電対４０を前記の如くして取り付けた。各熱電対４
０及び循環ライン３０に付設した超音波流量計４１から
の信号を信号ケーブルを介してＵ値測定装置５０に入力
し、これらの温度及び流量の測定データから前述の計算
式によりＵ値を求めると共に、同様に仮設の計器により
Ｕ値を求め、結果を表１に示した。

【００３７】なお、Ｕ_０値は、汚れが付着していない状
態のＵ値であり、本設計器では、洗浄後の運転再開時の
値とした。また、仮設計器では、洗浄終了時の値とし
た。

【００３８】表１には、得られたＵ_０値とＵ値から前記
（５）式より算出した汚れ抵抗Ｒｆの値と、この汚れ抵
抗Ｒｆから重質油汚れの熱伝導度λを０．０８６（ｋｃ
ａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）として、前記（６）式より伝熱面
に付着した汚れの付着厚さＬｆを算出した結果もそれぞ
れ併記した。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１より明らかなように、本設計器と仮設
計器では測定温度のデータに違いがあるものの、洗浄前
後のＵ値の差から求めたＲｆの値は本設０．００７２
１、仮設０．００６６３（ｍ^２・ｈｒ・℃／ｋｃａｌ）
と近似しており、また、この値から導き出される付着厚
さＬｆは本設０．６２（ｍｍ）、仮設０．５７（ｍｍ）
と近似しており、実際の付着厚さも熱交換器の開放点検
時の値（０．５〜０．７ｍｍ程度）と大差無い値であっ
た。

【００４１】この結果から、本発明に従って仮設のＵ値
計測装置を設けることにより洗浄中の熱交換性能の回復
状況（汚れの除去状況）を監視することができることが
わかる。

【００４２】上記結果から、洗浄中の熱交換器のＵ値が
略一定となった時点を洗浄の終了と判定することとし、
以降、洗浄中に仮設の計器によりデータを測定し、算出
されたＵ値がこの値となった時点で洗浄を終了する洗浄
操作を行ったところ、最適な洗浄時間で良好な洗浄結果
を得ることができた。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の熱交換器の
洗浄方法によれば、熱交換器の洗浄中に、熱交換器の汚
れの除去状況、即ち熱交換性能の回復状況を自動的にか
つリアルタイムで把握して、洗浄の終了時期を的確に判
定することができ、最適な洗浄時間で効率的な洗浄を行
って良好な洗浄効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器の洗浄方法の実施の形態を示
す系統図である。

【図２】熱交換器の温度補正係数曲線のグラフである。

【符号の説明】

１ 胴 ２ 胴ふた ３ 仕切室側胴フランジ ４ 胴ふた側胴フランジ ５ａ，５ｂ 胴側ノズル ６ 遊動管板 ７ 遊動頭ふた ８ 遊動頭フランジ １０ 固定管板 １１ 仕切室 １２ 仕切室ふた １３ａ，１３ｂ 仕切室側ノズル １５ 邪魔板および支持板 １７ 仕切板 ２１ 支持脚 ２３ 伝熱管 ３０ 洗浄用循環ライン ４０ 熱電対 ４１ 超音波流量計 ５０ Ｕ値測定装置

フロントページの続き (72)発明者 川平 洋司 大阪府大阪市中央区北浜２−２−22 栗田 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 川口 博冨 大阪府大阪市中央区北浜２−２−22 栗田 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3B201 AA47 AB53 BB03 BB92 CD42

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器の洗浄に当たり、該熱交換器の
   総括伝熱係数を測定する装置を仮設し、洗浄中の該熱交
   換器の総括伝熱係数の経時変化を計測することにより、
   該熱交換器の熱交換性能の回復状況を検出することを特
   徴とする熱交換器の洗浄方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記検出結果に基い
   て洗浄の終了判定を行うことを特徴とする熱交換器の洗
   浄方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、熱交換器の高
   温側流体及び低温側流体の流入用ノズル及び流出用ノズ
   ルの外面に温度センサを添着して各流体の温度を計測す
   ると共に、 熱交換器に洗浄液を循環流通させるように接続された洗
   浄用循環ラインに超音波流量計を設け、 これらの温度センサ及び超音波流量計の検出温度及び流
   量に基づいて総括伝熱係数を演算することを特徴とする
   熱交換器の洗浄方法。