JP2007187197A - 配管温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管の温度を制御する配管温度制御方法を提供する。
【解決手段】輸送配管１０またはその中の流体温度は、加熱ヒータ２８及び保温材１２により目標の範囲の温度になるように制御されているが、輸送配管１０またはその中の流体について温度センサ２６が検出した温度が、いずれかの位置において所定の上限閾値を超え、又は下限閾値を下回った場合には、制御部３０が動作信号を出力して、バルブ１８、２０を閉とし、バルブ２２を開として循環ポンプ１６を起動する。これにより、輸送配管１０の中の流体が輸送配管１０とバイパス配管１４との間で循環流動し、流体温度を平均化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業プラント等において、温度管理が必要な流体を輸送する配管装置の温度を制御する方法に関し、例えば、配管が接続された貯蔵タンク、ポンプ設備、フィルター、流量計、バルブ等を含む配管装置に適用される配管温度制御方法の改良に関する。

工業プラント等においては、ウレタン原液、フェノール、または苛性ソーダ等、配管装置によって移送する場合に温度管理が必要な流体状の材料が多数存在する。これらの材料は、固化あるいは分解を防止するために所定の温度範囲に維持する必要があり、このため配管装置を所定の温度範囲に管理する必要がある。例えば、ウレタン原液は２０〜５０℃、フェノールは５０℃〜６０℃、４８％苛性ソーダは２５℃以上に管理する必要がある。また、冷却用の冷媒であれば、その目的温度の範囲に維持しておく必要がある。

このように、配管装置の全体（その長さは最大で１ｋｍ以上に及ぶ）に亘って温度管理が要請される場合があり、例えば、下記特許文献１にも、燃焼設備からの排ガスが流過する金属配管の配管保温制御方法およびそのための装置が開示されている。
特開２００４−１７６７３１号公報

しかし、上記従来の技術においては、常時流体が配管中を流動していることが前提であり、流動が停止している場合を想定していない。一般に配管装置は水平にまっすぐに敷設されているわけではなく、上下左右に曲がりくねって敷設されていたり、途中で分岐したり、バルブ、フィルター、流量計のような付属機器が配置されていたりする。また、保温施工誤差も存在する。このため、配管の保温状態は不均一になりやすい。また、配管の高低差により、配管内部に自然対流が生じる場合もある。さらに、配管装置の設置環境（外気温度、風速、日射、日陰等）の影響により、場所によって配管からの放熱量に差が生じる。以上の原因により、配管内で流体が停止すると、流体温度が不均一になり、流体の個化、分解、冷却不足等が生じるという問題があった。

このような問題を解決するために、できるだけ細かく各所に温度センサーを配置し、さらにそれに対応させて配管装置の外面等に加熱、冷却装置を細かく配置しようとすると、設備コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管の温度を制御する配管温度制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、配管温度制御方法であって、温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管の温度を検知する工程と、前記検知された温度に基づき、温度調整手段により前記輸送配管の温度を制御する工程と、前記流体が停止状態であって、前記温度が所定範囲をはずれた場合に、前記輸送配管内の流体を流動させる工程と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、輸送配管又は流体の温度が所定範囲をはずれた場合に、輸送配管内の流体を流動させるので、流体温度を平均化することができる。

ここで、上記輸送配管の温度は、光ファイバ温度センサにより検知されることを特徴とする。

また、上記流体は、前記輸送配管を流動する流体をバイパスさせるバイパス配管と循環用ポンプとにより流動されるのが好適である。

また、上記輸送配管が、連結流路により連結された内側流路と外側流路とを有する二重管とされており、前記流体は、前記輸送配管の内側流路と外側流路との間で前記連結流路を介して流体を循環させる循環用ポンプにより流動される構成としてもよい。

また、上記流体は、前記輸送配管の一方側と他方側とにそれぞれ設けられた第１、第２の予備槽と、前記流体を前記第１、第２の予備槽の間で前記輸送配管を介して往復流動させる往復流動用ポンプとにより流動される構成としてもよい。

また、上記流体は、前記輸送配管に沿って設けられた抱管と、循環用ポンプとにより流動される構成としてもよい。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

実施形態１．
図１（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態１の構成例が示される。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のI−I断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、輸送配管１０は、温度管理が必要な流体を輸送する装置であり、その外面側には輸送配管１０の温度の変動を抑制するための保温材１２が設けられている。ここで、温度管理が必要な流体とは、温度が所定の範囲をはずれると、固化あるいは分解する流体、例えばウレタン原液、フェノール、苛性ソーダ等をいう。また、冷媒、熱媒のように、所定の温度範囲に維持されることが要請される流体も含まれる。

また、輸送配管１０には、輸送配管１０の内部を流動する流体の全部または一部をバイパスさせるためのバイパス配管１４が接続されている。このバイパス配管１４の外面にも保温材１２が設けられている。バイパス配管１４は、循環ポンプ１６により輸送配管１０との間で流体が循環する構成となっている。

上記輸送配管１０にはバルブ１８、２０が設けられ、バイパス配管１４にはバルブ２２及び循環ポンプ１６が設けられている。流体を輸送配管１０のみに流す場合には、バルブ２２を閉とし、バルブ１８、２０を開とする。また、バイパス配管１４に流体を循環させる場合には、バルブ２２を開とし、バルブ１８、２０を閉とする。これらのバルブ１８、２０及び２２は、電磁力、空気圧力等を使用して自動開閉する構成とするのが好適であるが、人手により開閉してもよい。

また、上記輸送配管１０及びバイパス配管１４には、その長さ方向に亘って、外面に温度センサ２６と加熱ヒータ２８とが設けられ、保温材１２により覆われている。

ここで、本発明にかかる温度調整手段は、上記温度センサ２６、加熱ヒータ２８及び後述する制御部３０により構成されている。

温度センサ２６には、例えば光ファイバ温度センサ等を使用することができる。この光ファイバ温度センサは、光ファイバにレーザーパルスを入射すると、その一部が後方散乱光として入射側に戻ってくる現象を利用したもので、一般に分布型光ファイバ温度センサと呼称されているものである。この方式では、後方散乱光の戻ってくる時間から光ファイバ中のどの位置からの後方散乱光であるかが算出され、また後方散乱光中に含まれるラマン散乱光強度が散乱場所の光ファイバの温度に依存していることから、ラマン散乱光強度から任意の場所の温度を算出することができる。こうして、光ファイバの任意の位置における温度をリアルタイム（算出に数十秒〜数分を要するが実用上リアルタイムといえる）に得ることができる。これらの情報は電算処理され、光ファイバの全長にわたる温度分布が得られる。この温度分布は、ディスプレイ上に表示することもできる。本実施形態においては、光ファイバを輸送配管１０及びバイパス配管１４に沿わせて配置することにより、輸送配管１０及びバイパス配管１４の外面または上記流体の温度を計測することができる。

なお、温度センサ２６は、輸送配管１０及びバイパス配管１４の長さ方向に沿って、所定の間隔で設定した測定点に複数設ける構成としてもよい。

また、加熱ヒータ２８には、例えば被覆電熱線からなるヒータ等を使用することができる。なお、輸送配管１０に流す流体が、その温度を低温に維持することが要請される場合には、上記加熱ヒータ２８の代わりに、低温冷媒が通過する冷媒トレース配管とすることもできる。

温度センサ２６が検出した温度データは、制御部３０に入力される。具体的には、光ファイバの一端が制御部３０に引き込まれ、制御部３０において上記後方散乱光から各位置の温度が算出される。また、制御部３０からは、循環ポンプ１６及びバルブ１８、２０、及び２２に動作信号が出力される。

このような構成において、通常は加熱ヒータ２８及び保温材１２により輸送配管１０及びバイパス配管１４内の流体温度は設定温度範囲に維持されているが、「発明が解決しようとする課題」の項で述べた、輸送配管１０の曲がり部、分岐部、立ち上がり部、付属機器の配置具合、保温施工誤差、設置環境その他の条件により局部的に設定温度範囲をはずれることがある。そこで、本実施形態にかかる配管温度制御方法においては、輸送配管１０またはその中の流体について温度センサ２６が検出した温度が、いずれかの位置において設定温度範囲の上限閾値を超え、又は下限閾値を下回った場合に、輸送配管１０の中の流体を輸送配管１０とバイパス配管１４とで循環流動させる構成となっている。

図２には、このような本実施形態にかかる配管温度制御方法の工程の例が示される。図２において、温度センサ２６が輸送配管１０またはその中の流体の温度を検出し（Ｓ１）、検出した温度に基づき、加熱ヒータ２８等により輸送配管１０またはその中の流体の温度制御を行う（Ｓ２）。

制御部３０は、上記検出した温度が輸送配管１０のいずれかの位置において設定温度範囲を外れたか否かを監視する（Ｓ３）。また、輸送配管１０の中の流体が停止した場合には、流量計４６から制御部３０に流体停止信号が入力される。制御部３０は、この流体停止信号の入力の有無により、流体が停止状態であるか否かを監視する（Ｓ４）。

上記温度が設定温度範囲を外れ、かつ流体が停止状態である場合に、制御部３０は動作信号を出力して、バルブ１８、２０を閉とし、バルブ２２を開とし（Ｓ５）、循環ポンプ１６を起動する（Ｓ６）。これにより、輸送配管１０の中の流体が輸送配管１０とバイパス配管１４との間を循環流動し、輸送配管１０の中の流体温度を平均化することができる。

次に制御部３０は、上記温度が設定温度範囲に入ったか否かを監視し（Ｓ７）、入った場合に、循環ポンプ１６を停止し（Ｓ８）、バルブ２２を閉とし、バルブ１８、２０を開とする（Ｓ９）。その後、Ｓ１からの工程を繰り返す。

なお、バルブ１８、２０及び２２が手動式の場合は、制御部３０が適宜な表示手段により表示する輸送配管１０の温度情報に基づき、担当者が開閉を行ってもよい。

以上の各工程により、輸送配管１０の中で局部的に流体の温度が設定温度範囲をはずれ、流体が個化あるいは分解することを防止できる。この結果、簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管１０の温度を制御することができる。

また、バイパス配管１４の配管温度が設定温度範囲の上限閾値または下限閾値を外れた場合には、循環ポンプ１６を駆動させてバイパス配管１４の流体を流動させ、流体温度を平均化することもできる。

実施形態２．
図３（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態２の構成例が示され、図１（ａ）、（ｂ）と同一部材には同一符号を付している。また、図３（ａ）は正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のII−II断面図である。

本実施形態において特徴的な点は、実施形態１におけるバイパス配管１４の代わりに、輸送配管１０を二重管とし、輸送配管１０の内部を流動する流体の全部または一部を循環させる点にある。すなわち、輸送配管１０は、内側流路３２と外側流路３４とにより構成され、これらの間が連結流路３６により連結されている。また、連結流路３６には、バルブ２２と循環ポンプ１６とが設けられている。

制御部３０は、実施形態１と同様の制御を行い、輸送配管１０またはその中の流体について温度センサ２６が検出した温度が、いずれかの位置において設定温度範囲をはずれた場合に、バルブ１８、２０を閉とし、バルブ２２を開として循環ポンプ１６を起動する。これにより、輸送配管１０の中の流体が内側流路３２と外側流路３４との間を循環流動し、流体温度が平均化される。

以上に述べた本実施形態の構成によれば、簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管１０の温度を制御することができる。

また、外側流路３４と連結流路３６の配管温度が設定温度範囲の上限閾値または下限閾値を外れた場合には、循環ポンプ１６を駆動させて外側流路３４と連結流路３６の流体を流動させ、流体温度を平均化することもできる。

実施形態３．
図４（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態３の構成例が示され、図１（ａ）、（ｂ）と同一部材には同一符号を付している。また、図４（ａ）は正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のIII−III断面図である。

本実施形態において特徴的な点は、輸送配管１０の所定範囲の一方側と他方側とに、それぞれ第１、第２の予備槽３８、４０が設けられており、かつ輸送配管１０の所定範囲内に往復流動用ポンプ４２が設けられている点である。この往復流動用ポンプ４２は、流体を第１、第２の予備槽３８、４０の間で、輸送配管１０を介して往復流動させるためのポンプである。なお、輸送配管１０の所定範囲は、バルブ１８、２０で区切られており、第１、第２の予備槽３８、４０と輸送配管１０とは連結流路３６により連結されている。

図５には、このような本実施形態にかかる配管温度制御方法の工程の例が示される。図５において、Ｓ１１〜Ｓ１４は、図２のＳ１〜Ｓ４と同じであるので、説明を省略する。

Ｓ１５において、バルブ１８、２０を閉とし、バルブ２２、２４を開とした後、往復流動用ポンプ４２を起動する（Ｓ１６）。その後、制御部３０は、上記温度が設定温度範囲に入ったか否かを監視する（Ｓ１７）。

Ｓ１７において、温度が設定温度範囲に入っていないときには、所定時間が経過した後（Ｓ１８）、制御部３０が往復流動用ポンプ４２の吐出方向を切り替え（Ｓ１９）、Ｓ１７からの工程を繰り返す。これにより、輸送配管１０内の流体は、第１の予備槽３８から第２の予備槽４０に向かう流れと、その反対方向の流れとが切り替えられて往復流動する。この結果、輸送配管１０の中の流体温度が平均化される。

一方、Ｓ１７において、温度が設定温度範囲に入ったときには、制御部３０が往復流動用ポンプ４２を停止し（Ｓ２０）、バルブ２２、２４を閉とし、バルブ１８、２０を開とする（Ｓ２１）。その後、Ｓ１からの工程を繰り返す。

以上の各工程により、輸送配管１０の中で局部的に流体の温度が設定温度範囲をはずれ、流体が個化あるいは分解することを防止できる。この結果、簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管１０の温度を制御することができる。

実施形態４．
図６（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態４の構成例が示され、図１（ａ）、（ｂ）と同一部材には同一符号を付している。また、図６（ａ）は正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のIV−IV断面図である。

本実施形態において特徴的な点は、実施形態１におけるバイパス配管１４の代わりに、輸送配管１０に沿ってこれに密着して設けられた抱管４４を備える点にある。この抱管４４と輸送配管１０とは連結流路３６により連結されている。

制御部３０は、実施形態１と同様の制御を行い、輸送配管１０またはその中の流体について温度センサ２６が検出した温度が、いずれかの位置において設定温度範囲をはずれた場合に、バルブ１８、２０を閉とし、バルブ２２を開として循環ポンプ１６を起動する。これにより、輸送配管１０の中の流体が、輸送配管１０と抱管４４との間を、連結流路３６を介して循環流動し、流体温度を平均化することができる。

また、連結流路３６の配管温度が設定温度の上限閾値または下限閾値を外れた場合には、循環ポンプ１６を駆動させて連結流路３６の流体を流動させ、流体温度を平均化することもできる。

以上に述べた本実施形態の構成によれば、簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管１０の温度を制御することができる。

以上に述べた各実施形態の効果を確認するための試験を、実施例として説明する。

図７には、２Ｂ配管（外径６０．５ｍｍ×内径５４．９ｍｍ×厚さ２．８ｍｍ）、長さ２７０ｍの配管中に流体を停止状態とした場合に、配管の温度分布を測定した結果が示される。なお、測定時の外気温度は０．９℃であり、配管の温度制御設定値は５０℃であった。また、配管の外面には、珪酸カルシウム製の保温材が厚さ３０ｍｍで形成されている。また、図７の横軸には配管長さが、縦軸には配管温度が示されている。

図７に示されるように、流体が停止状態であると、配管温度が大きくばらついており、最高温度５９．３℃、最低温度４２．５℃であって、その温度差Δθ＝１６．８℃であった。

図８には、図７に示された配管中の流体を流動させた場合に、配管の温度分布を測定した結果が示される。なお、このときの外気温度は０．６℃であり、配管の温度制御設定値は５１℃であった。また、その他の条件は図７の場合と同じである。

図８に示されるように、流体の流動により配管温度のばらつきが極めて小さくなっていることがわかる。すなわち、最高温度５２．６℃、最低温度５０．０℃であって、その温度差Δθ＝２．６℃であった。

以上に示されるように、流体を配管中で流動させることは、配管及びその中の流体の温度を均一化する効果が大きい。従って、本発明の方法によれば、簡易な構成により温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管の温度を均一に制御することができることがわかる。

本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態１の構成例を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態１の工程の例を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態２の構成例を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態３の構成例を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態３の工程の例を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の実施形態４の構成例を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の効果を確認するための試験結果を示す図である。 本発明にかかる配管温度制御方法の効果を確認するための試験結果を示す図である。

符号の説明

１０ 輸送配管、１２ 保温材、１４ バイパス配管、１６ 循環ポンプ、１８，２０，２２，２４ バルブ、２６ 温度センサ、２８ 加熱ヒータ、３０ 制御部、３２ 内側流路、３４ 外側流路、３６ 連結流路、３８ 第１の予備槽、４０ 第２の予備槽、４２ 往復流動用ポンプ、４４ 抱管、４６ 流量計。

Claims (6)

1. 温度管理が必要な流体を輸送する輸送配管の温度を検知する工程と、
   前記検知された温度に基づき、温度調整手段により前記輸送配管の温度を制御する工程と、
   前記流体が停止状態であって、前記温度が所定範囲をはずれた場合に、前記輸送配管内の流体を流動させる工程と、
   を備えることを特徴とする配管温度制御方法。
2. 請求項１記載の配管温度制御方法において、前記輸送配管の温度は、光ファイバ温度センサにより検知されることを特徴とする配管温度制御方法。
3. 請求項１または請求項２記載の配管温度制御方法において、前記流体は、前記輸送配管を流動する流体をバイパスさせるバイパス配管と循環用ポンプとにより流動されることを特徴とする配管温度制御方法。
4. 請求項１または請求項２記載の配管温度制御方法において、前記輸送配管が、連結流路により連結された内側流路と外側流路とを有する二重管とされており、前記流体は、前記輸送配管の内側流路と外側流路との間で前記連結流路を介して流体を循環させる循環用ポンプにより流動されることを特徴とする配管温度制御方法。
5. 請求項１または請求項２記載の配管温度制御方法において、前記流体は、前記輸送配管の一方側と他方側とにそれぞれ設けられた第１、第２の予備槽と、前記流体を前記第１、第２の予備槽の間で前記輸送配管を介して往復流動させる往復流動用ポンプとにより流動されることを特徴とする配管温度制御方法。
6. 請求項１または請求項２記載の配管温度制御方法において、前記流体は、前記輸送配管に沿って設けられた抱管と、循環用ポンプとにより流動されることを特徴とする配管温度制御方法。
   

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