JP2015152189A - 伝熱管の交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多管式熱交換器の伝熱管を個別に交換する。
【解決手段】対向して設けられた管板１１、１２と、当該管板１１、１２に形成された孔に挿通された複数の直管状の伝熱管１０と、管板１１、１２と伝熱管１０を収容する胴体と、を有する多管式熱交換器１において、伝熱管１０を交換する方法であって、管板１１、１２の孔に挿通された伝熱管１０の一の端部に接続治具５０を介して交換用伝熱管７０を接続し、伝熱管１０または交換用伝熱管７０の少なくともいずれかに力を作用させることで、伝熱管１０をガイドとして交換用伝熱管７０を伝熱管１０の位置に移動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱交換器の伝熱管、特にボイラタービン発電設備の復水器などに用いられる多管式熱交換器における伝熱管の交換方法に関するものである。

従来、例えば製鉄所などの工場設備内に設置されるボイラタービン発電設備では、ボイラで発生した蒸気を用いてタービン発電機で発電し、発電した電力を工場設備に供給すると共に、工場設備で使用するプロセス用蒸気の供給を行っている。タービンから排気された蒸気は復水器において冷却され、再びボイラに供給される。

一般に復水器には、円筒状の胴体の内部に複数の管（伝熱管）を設けた、いわゆるシェルアンドチューブといわれる多管式の熱交換器が用いられる。このような多管式の熱交換器においては、経年劣化や腐食、異常過熱などにより伝熱管に破孔が生じる場合がある。

復水器の伝熱管に破孔が生じると、伝熱管の内部を流れる冷却水が漏洩して胴体の内部を流れる蒸気を汚染してしまう。そのため、通常は、破孔が生じた伝熱管の端部を栓で閉止することで、２流体間の流出、流入を防ぐ対策がとられる（例えば特許文献１）。

閉止された伝熱管の内部には冷却水が流れなくなり、その伝熱管の伝熱作用が失われるため、伝熱面積が減少して熱交換の性能が低下する。そのため、復水器などの多管式熱交換器の設計にあたっては、予め栓による閉止を考慮した余裕率を見込んで伝熱面積が決定される。

特開２０００−２１３８９０号公報

上述の多管式熱交換器において、余裕として見込んだ以上の数の伝熱管に破孔が生じると、所望の熱交換性能が得られなくなる。かかる場合は伝熱管の交換を行うこととなるが、通常、伝熱管は複数の孔が設けられた管板と呼ばれる板状の部材に挿通されて胴体内に固定されている。そのため、伝熱管の交換にあたっては全ての伝熱管が管板ごと交換される。したがって、経年劣化や腐食がほとんど進行せず破孔が生じていない伝熱管、即ちまだ使用可能な伝熱管も交換されることとなり、その結果、メンテナンス費用が高額なものとなってしまう。

伝熱管の交換費用を抑える観点からは、破孔が生じた伝熱管のみを交換することが好ましい。つまり、伝熱管は熱交換の際の熱伝達率を向上させるために薄肉の管により形成されているため強度的に強くなく破孔が生じやすいが、経年劣化や腐食の進行は各伝熱管によりまちまちであるため、任意伝熱管に破孔が生じた際に全ての伝熱管を交換する必要はなく、上述のように、破孔が生じた伝熱管に栓をすることで対応できる。一方、伝熱管を固定する管板は厚手に形成されているため、強度的に強く伝熱管と比較して寿命が長い。したがって本発明者は、所定数の伝熱管に破孔が生じて所望の熱交換性能が得られなった場合であっても、破孔が生じた伝熱管のみを交換するようにすればメンテナンス費用が低減できると考えた。

しかしながら、復水器のような大型の熱交換器では管板間の距離は数ｍ程度であり、その一方で伝熱管は直径数十ｍｍ程度である。そのため、胴体内部から破孔が生じた伝熱管を抜き取った後に管板の孔から新たな伝熱管を挿入しようとしても伝熱管に生じる撓みのため、管板の孔と新たな伝熱管の端部との位置合わせが極めて困難である。そのため、破孔が生じた伝熱管のみを交換することは容易ではない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、多管式熱交換器の伝熱管を個別に交換することで、全ての伝熱管を管板ごと交換することを回避して、メンテナンス費用を低減することを目的としている。

前記の目的を達成するための本発明は、対向して設けられた管板と、当該管板に形成された孔に挿通された複数の直管状の伝熱管と、前記管板と前記伝熱管を収容する胴体と、を有する多管式熱交換器において、前記伝熱管を交換する方法であって、前記管板の孔に挿通された伝熱管の一の端部に接続治具を介して交換用伝熱管を接続し、前記伝熱管または前記交換用伝熱管の少なくともいずれか一方に、当該伝熱管の軸方向に沿って押し込み又は引き抜きのいずれかの力を作用させることで、前記伝熱管をガイドとして前記交換用伝熱管を前記管板に装着させる位置まで移動させることを特徴としている。

本発明によれば、接続治具を介して伝熱管と交換用伝熱管を接続するので、伝熱管と交換用伝熱管を一体の直管状とすることができる。そして、接続された伝熱管または交換用伝熱管に当該伝熱管の軸方向に沿って押し込みや引き抜きといった力を作用させ、管板の孔に挿通されていた伝熱管を対向する管板の間から取り出しながら、伝熱管と一体となっている交換用伝熱管を当初伝熱管があった場所に、管板の孔と交換用伝熱管の端部との位置合わせを行うことなく移動させ、当該交換用伝熱管を管板に装着することができる。したがって、例えば破孔が生じた伝熱管のみを容易に交換できるので、従来のように管板ごと全ての伝熱管を交換することを回避し、それにより熱交換器のメンテナンス費用を低減できる。

前記対向して設けられた管板の間から露出した前記伝熱管を切断しながら前記交換用伝熱管を前記管板に装着させる位置まで移動させてもよい。

前記接続治具は、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管の内径よりも径が小さく且つ弾性を有する接続部を両端に有し、前記両接続部を前記伝熱管端部及び前記交換用伝熱管の端部から挿入した状態で前記両接続部の内部に流体を供給して加圧することで、前記両接続部が拡張して前記接続治具と前記伝熱管及び前記交換用伝熱管を接続してもよい。

前記接続部の表面は、所定の摩擦係数を有していてもよい。

前記接続治具は、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管の内径よりも径が大きな円板状の鍔部と、前記鍔部の両側に突出する突起部とを有し、前記突起部は、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管の内径よりも径が小さくてもよい。

前記接続治具は、一の端部にねじ、他の端部に逆ねじが形成された棒状の部材であり、前記伝熱管または前記交換用伝熱管のいずれかの端部にねじを形成すると共に、前記ねじが形成されなかった前記伝熱管または前記交換用伝熱管の端部に逆ねじを形成し、前記接続治具のねじ及び逆ねじと、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管のねじ及び逆ねじをそれぞれ螺合することで、前記接続治具と前記伝熱管及び前記交換用伝熱管を接続してもよい。

本発明によれば、多管式熱交換器の伝熱管を個別に交換することで、管板ごと全ての伝熱管を交換することを回避して、メンテナンス費用を低減できる。

本実施の形態にかかる伝熱管の交換方法が適用される多管式熱交換器の構成の一例を示す概略縦断面図である。 接続治具の構成の概略を示す縦断面図である。 接続治具の接続部と伝熱管の端部を接続した状態を示す説明図である。 接続治具の接続部と伝熱管の端部を接続した状態を示す説明図である。 交換用伝熱管を管板の間に進入させた状態を示す説明図である。 交換用伝熱管を伝熱管が当初あった位置に移動させた状態を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる接続治具の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる接続治具により伝熱管と交換用伝熱管を接続して状態を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる接続治具の構成の概略を示す説明図である。 伝熱管を切断しながら引き抜く様子を示した説明図である。

以下、本実施の形態にかかる伝熱管の交換方法を説明するに当たり、先ず本実施の形態にかかる伝熱管の交換方法が適用される多管式熱交換器の構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる伝熱管の交換方法が適用される多管式熱交換器１の構成の一例を示す概略の縦断面図である。

多管式熱交換器１は、直管状の複数の伝熱管１０と、対向して設けられた２つの管板１１、１２と、胴体１３を有している。管板１１、１２は略円板形状を有し、当該管板１１、１２には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。各伝熱管１０の両端部は、管板１１、１２の貫通孔に挿通して設けられると共に、管板１１、１２により支持されている。

胴体１３は、例えば円筒形状を有している。管板１１、１２は胴体１３の内部に伝熱管１０と共に収容されている。胴体１３の両端部にはフランジ部１３ａ、１３ａがそれぞれ設けられている。フランジ部１３ａ、１３ａにはそれぞれ蓋体２０、２１が接続され、蓋体２０と管板１１及び胴体１３で囲まれた領域に水室Ａが、蓋体２１と管板１２及び胴体１３で囲まれた領域に水室Ｂがそれぞれ形成されている。

例えば水室Ａの内部であって蓋体２０と管板１１との間には、伝熱管１０が延伸する方向に沿って仕切板２２が設けられている。この仕切板２２により、水室Ａが上部水室Ａ１と下部水室Ａ２とに仕切られている。また、胴体１３における蓋体２０と管板１１との間の位置には、上部水室Ａ１に連通する入口管台３０と、下部水室Ａ２に連通する出口管台３１がそれぞれ設けられている。例えば入口管台３０から供給された流体は、上部水室Ａ１、伝熱管１０を通って水室Ｂに流れ込み、水室Ｂから伝熱管１０、下部水室Ａ２を通って出口管台３１から排出される。

また、例えば胴体１３における管板１１と管板１２の間の位置には、例えば水室Ａ寄りの上部の位置に胴側出口管台４０が、水室Ｂ寄りの下部の位置に胴側入口管台４１がそれぞれ設けられている。例えば胴側入口管台４１から供給された流体は、胴体１３の内部で伝熱管１０を流れる流体と熱交換をしながら胴側出口管台４０から排出される。

次に、多管式熱交換器１において本実施の形態にかかる伝熱管１０の交換方法を適用する場合の一例について説明する。

本実施の形態にかかる伝熱管１０の交換方法の実施にあたっては、例えば図２に示すような接続治具５０が用いられる。この接続治具５０について説明する。

接続治具５０は、例えば略円柱状の本体部５１と、本体部５１の両端部に設けられた接続部５２、５３を有している。接続部５２、５３は、例えば内部が中空な弾性部材により形成されており、本体部５１と気密に接続されている。本体部５１の内部には、接続部５２及び接続部５３の内部に連通する流路５４が形成されている。流路５４には、例えば圧縮空気などの流体を供給する流体供給管５５が連通して設けられており、この流体供給管５５に図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気を供給することで、接続部５２及び接続部５３の内部に圧縮空気を供給できる。流体供給管５５の長さＬは、例えば伝熱管１０の内半径よりも小さく構成されている。流体供給管５５の先端には栓５６が設けられており、接続部５２、５３の内部に圧縮空気を封入した状態を維持できる。なお、図２では流路５４及び流体供給管５５は接続部５２と接続部５３に対して個別に設けた場合の例を示しているが、流路５４及び流体供給管５５は接続部５２、５３に対して共通に設けられていてもよい。

接続部５２及び接続部５３は、内部に所定の圧力の圧縮空気を供給した際に、伝熱管１０の内径よりも直径が大きくなるように拡径して構成されている。したがって、例えば接続部５２を伝熱管１０の端部に挿入した状態で流体供給管５５から圧縮空気を供給することで、伝熱管１０の内側に接続部５２を圧接させることができる。

接続部５２及び接続部５３の表面は、例えば所定の摩擦係数を有する抵抗部材６０により覆われている。抵抗部材６０は、例えば伝熱管１０の内径と同程度の直径を有している。したがって、例えば接続部５２を伝熱管１０の内側に圧接させた状態で、接続治具５０または伝熱管１０に対して、接続治具５０を伝熱管１０から引き抜く力を作用させた場合に、接続治具５０が伝熱管１０から脱落することを防止できる。なお、抵抗部材６０の摩擦係数は、後述する伝熱管１０の交換の際に接続部５２、５３に作用する力により接続部５２、５３が伝熱管１０から脱落しないように適宜設定されるものである。

以上のように構成された接続治具５０を用いて伝熱管の１０の交換を行うにあたっては、先ず、多管式熱交換器１内から熱交換の対象となる全ての流体が取り除かれ、次に多管式熱交換器１から蓋体２０、２１が取り外される。次いで、例えば交換対象となっている伝熱管１０における管板１１側の端部に接続部５２を挿入する。次いで、接続部５２の内部を加圧した後に流体供給管５５に栓５６をして、図３に示すように接続部５２を伝熱管１０の内側に圧接させる。これにより、伝熱管１０と接続部５２とを接続する。

次に、図４に示すように、接続部５３を交換用の新たな伝熱管（以下、「交換用伝熱管」という）７０の任意の端部に挿入し、接続部５３の内部を加圧することで接続部５３と交換用伝熱管７０とを接続する。これにより、伝熱管１０と交換用伝熱管７０とを一体の直管状とすることができる。

次いで、接続治具５０を介して交換用伝熱管７０が接続された伝熱管１０を、例えば管板１２側から引っ張る。これにより、図５に示すように伝熱管１０をガイドとして交換用伝熱管７０を管板１１、１２の間に進入させる。そして、伝熱管１０を管板１１、１２の間から完全に引き抜くことで、例えば図６に示すように、接続治具５０を介して伝熱管１０と接続された交換用伝熱管７０が、伝熱管１０が当初あった位置、即ち交換用伝熱管７０を管板１１、１２に装着させる位置に移動する。この際、交換用伝熱管７０と伝熱管１０とは接続治具５０を介して一体の直線状に接続されているので、交換用伝熱管７０を管板１２の貫通孔に挿通させる際に、交換用伝熱管７０の端部と管板１２の貫通孔との位置あわせを行う必要がない。

伝熱管１０が交換用伝熱管７０に完全に置き換わると、次に、接続治具５０の栓５６をはずして、接続治具５０を伝熱管１０及び交換用伝熱管７０から取り外す。その後、伝熱管１０と置き換わった交換用伝熱管７０の両端部を拡管して交換用伝熱管７０を管板１１、１２に固定して装着が完了する。その後、蓋体２０、２１をフランジ１３ａに接続し、一連の伝熱管１０の交換作業が終了する。

以上の実施の形態によれば、接続治具５０を介して伝熱管１０と交換用伝熱管７０を接続するので、伝熱管１０と交換用伝熱管７０を一体の直管状とすることができる。そして、接続された伝熱管１０を引き抜き、当該伝熱管１０をガイドとして交換用伝熱管７０を管板１１、１２の間に装入させることで、交換用伝熱管７０の端部と管板１２の貫通孔との位置あわせを行うことなく、交換用伝熱管７０を管板１２の貫通孔に挿通させることができる。そのため、交換用伝熱管７０を容易に伝熱管１０が当初あった位置に移動させることができる。したがって、例えば破孔が生じた伝熱管１０のみを容易に交換できるので、従来のように管板１１、１２ごと、破孔が生じていない健全な伝熱管１０を交換する必要がなくなり、その結果、多管式熱交換器１のメンテナンス費用を低減できる。

また、従来は伝熱管１０が破孔する度に、破孔した伝熱管１０を栓により閉止するため多管式熱交換器１の能力はその都度低下していた。しかし以上の実施の形態によれば、例えば伝熱管１０に破孔が生じる度にその伝熱管１０を交換できるので、多管式熱交換器１の熱交換能力を常に最高の状態に保つことができる。

以上の実施の形態では、接続治具５０により一体化した伝熱管１０と交換用伝熱管７０のうち、伝熱管１０を引き抜くことで交換用伝熱管７０を移動させたが、例えば交換用伝熱管７０を管板１１の方向から管板１２の方向に向けて押し込むことで、交換用伝熱管７０を管板１１、１２に装着する位置まで移動させるようにしてもよい。一体化した伝熱管１０と交換用伝熱管７０にどのように力を作用させるかは、多管式熱交換器１の周囲の作業環境に合わせて適宜決定されるものであり、本実施の形態の内容に限定されるものではない。

なお、例えば交換用伝熱管７０を押し込むことで伝熱管１０を交換する場合は、例えば接続治具５０に代えて、図７に示すような、伝熱管１０及び交換用伝熱管７０の内径よりも径が大きく且つ伝熱管１０及び交換用伝熱管７０の外径よりも径が小さな鍔部８０を備えた接続治具８１を用いてもよい。鍔部８０は例えば略円板状に形成され、鍔部８０の両側には鍔部８０と垂直な方向に突出する突起部８２が設けられている。突起部８２は、例えば伝熱管１０及び交換用伝熱管７０の端部に挿入可能なように、伝熱管１０及び交換用伝熱管７０の内径よりも径の大きな円筒形状に形成されている。

接続治具８１を用いる場合は、例えば図８に示すように、突起部８２を伝熱管１０及び交換用伝熱管７０の端部に挿入した状態で、交換用伝熱管７０を伝熱管１０の方向に押し込むことで、交換用伝熱管７０を伝熱管に置き換えることができる。

なお、例えばあとで剥がせるのであれば、例えば接続治具８１の突起部８２に接着剤を塗布して、当該接着剤により接続治具８１と伝熱管１０及び交換用伝熱管７０を接続して、例えば伝熱管１０を管板１１、１２から引き抜くようにしてもよい。あるいは、交換用伝熱管７０が余分な長さを有していれば、換言すれば、管板１１、１２間の距離よりも長く形成されていれば、接続治具８１と接着剤により接続された箇所を、交換用伝熱管７０を管板１１、１２に装着した後に切断するようにしてもよい。

また、接続治具５０、８１に代えて、図９に示すような、交換用伝熱管７０及び伝熱管１０の内径と概ね同じ直径を有する棒状部材９０の一の端部にねじ９１を、他の端部に逆ねじ９２を形成した接続治具９３を用いてもよい。接続治具９３と伝熱管１０及び交換用伝熱管７０との接続は、例えば伝熱管１０と交換用伝熱管７０のいずれかの端部にねじを形成し、他方の端部に逆ねじを形成する。そして、接続治具９３のねじ９１及び逆ねじ９２を伝熱管１０と交換用伝熱管７０に形成されたねじ及び逆ねじに形成することで、接続治具９３により伝熱管１０と交換用伝熱管７０を一体化することができる。かかる接続治具９３においては、伝熱管１０を引き抜く場合と交換用伝熱管７０を押し込む場合の両方に対応できる。また、ねじ９１と逆ねじ９２を形成しているため、伝熱管１０、交換用伝熱管７０及び接続治具９３にねじり方向の力が作用しても接続治具９３から伝熱管１０及び交換用伝熱管７０が脱落することを抑制できる。

なお、交換用伝熱管７０を伝熱管１０が当初あった位置に移動させるにあたっては、例えば図１０に示すように、管板１１、１２の間から露出した、即ち管板１２の外側に露出した伝熱管１０を適宜切断しながら交換用伝熱管７０を移動させてもよい。多管式熱交換器１の蓋体２１側の作業スペースが限られて伝熱管１０を引き抜くことが困難な場合であっても、管板１２の外側に露出した伝熱管１０を切断することで、管板１２側の作業スペースを最小限に抑えることができる。かかる場合においても、交換用伝熱管７０と伝熱管１０とは接続治具を介して接続されているため、接続治具と反対側の伝熱管１０の端部を切断しても、依然として伝熱管１０は交換用伝熱管７０のガイドとして機能する。

本発明は、多管式熱交換器の伝熱管を交換する際に有用である。

１ 多管式熱交換器
１０ 伝熱管
１１、１２ 管板
１３ 胴体
１３ａ フランジ部
２０、２１ 蓋体
２２ 仕切板
３０ 入口管台
３１ 出口管台
４０ 胴側出口管台
４１ 胴側入口管台
５０ 接続治具
５１ 本体部
５２、５３ 接続部
５４ 流路
５５ 流体供給管
５６ 栓
６０ 抵抗部材
７０ 交換用伝熱管
８０ 鍔部
８１ 接続治具
８２ 突起部
９０ 棒状部材
９１ ねじ
９２ 逆ねじ
Ａ１ 上部水室
Ａ２ 下部水室

Claims (6)

1. 対向して設けられた管板と、当該管板に形成された孔に挿通された複数の直管状の伝熱管と、前記管板と前記伝熱管を収容する胴体と、を有する多管式熱交換器において、前記伝熱管を交換する方法であって、
   前記管板の孔に挿通された伝熱管の一の端部に接続治具を介して交換用伝熱管を接続し、
   前記伝熱管または前記交換用伝熱管の少なくともいずれか一方に、当該伝熱管の軸方向に沿って押し込み又は引き抜きのいずれかの力を作用させることで、前記伝熱管をガイドとして前記交換用伝熱管を前記管板に装着させる位置までに移動させることを特徴とする、伝熱管の交換方法。
2. 前記対向して設けられた管板の間から露出した前記伝熱管を切断しながら前記交換用伝熱管を前記管板に装着させる位置まで移動させることを特徴とする、請求項１に記載の伝熱管の交換方法。
3. 前記接続治具は、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管の内径よりも径が小さく且つ弾性を有する接続部を両端に有し、
   前記両接続部を前記伝熱管端部及び前記交換用伝熱管の端部から挿入した状態で前記両接続部の内部に流体を供給して加圧することで、前記両接続部が拡張して前記接続治具と前記伝熱管及び前記交換用伝熱管を接続することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の伝熱管の交換方法。
4. 前記接続部の表面は、所定の摩擦係数を有することを特徴とする、請求項３に記載の伝熱管の交換方法。
5. 前記接続治具は、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管の内径よりも径が大きな円板状の鍔部と、前記鍔部の両側に突出する突起部とを有し、
   前記突起部は、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管の内径よりも径が小さいことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の伝熱管の交換方法。
6. 前記接続治具は、一の端部にねじ、他の端部に逆ねじが形成された棒状の部材であり、
   前記伝熱管または前記交換用伝熱管のいずれかの端部にねじを形成すると共に、前記ねじが形成されなかった前記伝熱管または前記交換用伝熱管の端部に逆ねじを形成し、
   前記接続治具のねじ及び逆ねじと、前記伝熱管及び前記交換用伝熱管のねじ及び逆ねじをそれぞれ螺合することで、前記接続治具と前記伝熱管及び前記交換用伝熱管を接続することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の伝熱管の交換方法。
   

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