JP2003336997A - 熱交換器の汚れ最適化方法及びそのための汚れ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 熱交換管と同質のサンプル管１２を筒状
セラミック製絶縁継手２１を介してサンプル液循環流通
管１３に介設する。サンプル管１２に電圧をかけてジュ
ール熱により所要温度まで加熱した状態でサンプル液ｃ
を流通させて熱交換させる。ジュール熱による加熱は、
所要加熱温度を容易に得ることができる。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。このように、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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ジュール熱により加熱するとと
もに、そのサンプル管にサンプル流体を流通させ、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。

【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、６００
Ａ、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）２２
ｃ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２３
ａ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 ２４ Ｏ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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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方法であって、 上記熱交換管２と同質のサンプル管１２をジュール熱に
   より加熱するとともに、そのサンプル管１２にサンプル
   流体ｃを流通させ、そのときの上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ようにしたことを特徴
   とする熱交換器の汚れ最適化方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の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を付設したことを特徴とする汚れ測定
   装置。
3. 【請求項３】 上記絶縁継手２１をセラミック製とした
   ことを特徴とする請求項２に記載の汚れ測定装置。
4. 【請求項４】 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
   とする請求項３に記載の汚れ測定装置。
5. 【請求項５】 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２乃至４のいずれかに記載の汚
   れ測定装置。