JP3020237B2 - スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 - Google Patents
スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器Info
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- JP3020237B2 JP3020237B2 JP7117958A JP11795895A JP3020237B2 JP 3020237 B2 JP3020237 B2 JP 3020237B2 JP 7117958 A JP7117958 A JP 7117958A JP 11795895 A JP11795895 A JP 11795895A JP 3020237 B2 JP3020237 B2 JP 3020237B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
- F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
- F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
- F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
- F28F9/182—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding the heat-exchange conduits having ends with a particular shape, e.g. deformed; the heat-exchange conduits or end plates having supplementary joining means, e.g. abutments
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スチレンモノマー製造
装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出
ガスとの熱交換を行なう多管式（シェルアンドチューブ
型）の熱交換方法及びこの方法を実施する熱交換器に関
するものである。
装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出
ガスとの熱交換を行なう多管式（シェルアンドチューブ
型）の熱交換方法及びこの方法を実施する熱交換器に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】スチレンモノマー製造装置における脱水
素反応器へ供給される低温ガス（約１００℃）の加熱を
行うと同時に、脱水素反応器を出た高温ガス（５００〜
６００℃）の冷却を行う多管式のガス−ガス熱交換器
は、プロセスの要求する機器配置上の都合から、管側流
体のすぐ下流にあたる熱交換器と直列一体形とする必要
があり、また、管側、シェル側の運転時における平均温
度の差が大きいために、伝熱管（チューブ）とシェルの
熱膨張による伸び差を吸収する必要がある。このため、
この熱交換器は、従来より、管シェル側より１パスで、
かつ後部管板を遊動形とした熱交換器、又は、伸縮継手
を、シェル外部又はシェル内部に設けた固定管板形熱交
換器とすることが一般的である。
素反応器へ供給される低温ガス（約１００℃）の加熱を
行うと同時に、脱水素反応器を出た高温ガス（５００〜
６００℃）の冷却を行う多管式のガス−ガス熱交換器
は、プロセスの要求する機器配置上の都合から、管側流
体のすぐ下流にあたる熱交換器と直列一体形とする必要
があり、また、管側、シェル側の運転時における平均温
度の差が大きいために、伝熱管（チューブ）とシェルの
熱膨張による伸び差を吸収する必要がある。このため、
この熱交換器は、従来より、管シェル側より１パスで、
かつ後部管板を遊動形とした熱交換器、又は、伸縮継手
を、シェル外部又はシェル内部に設けた固定管板形熱交
換器とすることが一般的である。
【０００３】従来、上記の熱交換器においては、実開平
２−７０８６８号公報に記載されているように、前部管
板では、図６に示すような伝熱管１と管板２との溶接取
付構造（以下、タイプＤという）が採用されており、後
部管板では、図５に示すような拡管を併用した伝熱管１
と管板２との溶接取付構造（以下、タイプＣという）が
採用されていた。すなわち、タイプＤは、管板２の端部
開口３に伝熱管１の端部を挿入して溶接する構造であ
り、タイプＣは、管板２の孔４に伝熱管１を伝熱管の先
端が管板２から突出するように挿入し、伝熱管の先端と
管板とを溶接し、溶接前または溶接後に伝熱管の管板へ
挿入された部分を拡管する構造である。５、６は溶接部
である。
２−７０８６８号公報に記載されているように、前部管
板では、図６に示すような伝熱管１と管板２との溶接取
付構造（以下、タイプＤという）が採用されており、後
部管板では、図５に示すような拡管を併用した伝熱管１
と管板２との溶接取付構造（以下、タイプＣという）が
採用されていた。すなわち、タイプＤは、管板２の端部
開口３に伝熱管１の端部を挿入して溶接する構造であ
り、タイプＣは、管板２の孔４に伝熱管１を伝熱管の先
端が管板２から突出するように挿入し、伝熱管の先端と
管板とを溶接し、溶接前または溶接後に伝熱管の管板へ
挿入された部分を拡管する構造である。５、６は溶接部
である。
【０００４】上記のスチレンモノマー製造装置における
熱交換器では、ガスの性状と運転条件から、シェル側で
ガスの流れが滞留しがちな管板付近では、ガス中に含ま
れる炭素が炭素粒子として析出しやすい環境にある。図
５に示すタイプＣ及び図６に示すタイプＤの溶接取付構
造では、伝熱管１と管板２との間の隙間を完全になくす
ことができず、微小範囲ながら隙間が残る。このため、
炭素の析出が起こった場合、炭素の微粒子がこの隙間に
侵入し、長時間の運転を経るうちに、伝熱管と管板の隙
間で成長、固化した炭素は伝熱管を内側へ圧迫、変形さ
せ（伝熱管のネッキング現象）、ついには伝熱管−管板
溶接部、又は伝熱管を損傷させ、管シェル間のガス洩れ
に至る。このような現象は、一般に前部管板で起こりや
すいことが知られているが、後部管板でも同様な現象が
起こりうるため、この炭素析出に起因する伝熱管−管板
溶接部又は伝熱管破損の問題を解決する必要があった。
熱交換器では、ガスの性状と運転条件から、シェル側で
ガスの流れが滞留しがちな管板付近では、ガス中に含ま
れる炭素が炭素粒子として析出しやすい環境にある。図
５に示すタイプＣ及び図６に示すタイプＤの溶接取付構
造では、伝熱管１と管板２との間の隙間を完全になくす
ことができず、微小範囲ながら隙間が残る。このため、
炭素の析出が起こった場合、炭素の微粒子がこの隙間に
侵入し、長時間の運転を経るうちに、伝熱管と管板の隙
間で成長、固化した炭素は伝熱管を内側へ圧迫、変形さ
せ（伝熱管のネッキング現象）、ついには伝熱管−管板
溶接部、又は伝熱管を損傷させ、管シェル間のガス洩れ
に至る。このような現象は、一般に前部管板で起こりや
すいことが知られているが、後部管板でも同様な現象が
起こりうるため、この炭素析出に起因する伝熱管−管板
溶接部又は伝熱管破損の問題を解決する必要があった。
【０００５】この問題を解決するために、実開平２−７
０８６８号公報に記載されているように、つぎのような
溶接構造が提案されている。すなわち、図３及び図４に
示すように、管１側、シェル側とも１パスで、かつ、伝
熱管１とシェルとの熱膨張による伸び差を吸収できるよ
うに、後部管板を遊動形の構造、又は伸縮継手をシェル
外部もしくはシェル内部に設けた固定管板形の構造とし
た多管式熱交換器において、前部管板及び後部管板が、
伝熱管１と管板２との間の隙間がなくなるように、下記
のタイプＡ（図３参照）又は／及び下記のタイプＢ（図
４参照）の伝熱管と管板との溶接取付構造を有するもの
である。 （ａ） タイプＡの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図３に示すように、管板２に伝熱管１の内径と等しい孔
１３を設け、この孔の一端に伝熱管１の外径よりやや厚
い周縁部１４を突出させ、この周縁部の内側を周回状に
切り欠いて伝熱管を挿入・当接するストッパ１５を形成
し、このストッパ内に伝熱管の一端を挿入して伝熱管１
と管板２とを溶接してなる構造。なお、伝熱管１の中心
線の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管１の中心線の下
側は、溶接後の状態を示している。１６は溶接部、１７
は溝である。 （ｂ） タイプＢの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図４に示すように、管板２にテーパ状の孔１８及びこの
孔の小径部に連通する直管状の小径孔２０を設け、この
小径孔内に、先端内側を周回状に切り欠いた伝熱管１を
切欠部２４の長さ分だけ挿入して、小径孔２０と伝熱管
先端部とを溶接してなる構造。なお、伝熱管１の中心線
の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管１の中心線の下側
は溶接後の状態を示している。２１、２２、２３は溶接
部、２４は切欠部である。
０８６８号公報に記載されているように、つぎのような
溶接構造が提案されている。すなわち、図３及び図４に
示すように、管１側、シェル側とも１パスで、かつ、伝
熱管１とシェルとの熱膨張による伸び差を吸収できるよ
うに、後部管板を遊動形の構造、又は伸縮継手をシェル
外部もしくはシェル内部に設けた固定管板形の構造とし
た多管式熱交換器において、前部管板及び後部管板が、
伝熱管１と管板２との間の隙間がなくなるように、下記
のタイプＡ（図３参照）又は／及び下記のタイプＢ（図
４参照）の伝熱管と管板との溶接取付構造を有するもの
である。 （ａ） タイプＡの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図３に示すように、管板２に伝熱管１の内径と等しい孔
１３を設け、この孔の一端に伝熱管１の外径よりやや厚
い周縁部１４を突出させ、この周縁部の内側を周回状に
切り欠いて伝熱管を挿入・当接するストッパ１５を形成
し、このストッパ内に伝熱管の一端を挿入して伝熱管１
と管板２とを溶接してなる構造。なお、伝熱管１の中心
線の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管１の中心線の下
側は、溶接後の状態を示している。１６は溶接部、１７
は溝である。 （ｂ） タイプＢの伝熱管と管板との溶接取付構造は、
図４に示すように、管板２にテーパ状の孔１８及びこの
孔の小径部に連通する直管状の小径孔２０を設け、この
小径孔内に、先端内側を周回状に切り欠いた伝熱管１を
切欠部２４の長さ分だけ挿入して、小径孔２０と伝熱管
先端部とを溶接してなる構造。なお、伝熱管１の中心線
の上側は溶接前の状態を示し、伝熱管１の中心線の下側
は溶接後の状態を示している。２１、２２、２３は溶接
部、２４は切欠部である。
【０００６】また、特開平６−１７０５３２号公報に
は、ネッキング現象及びメタルダスティング現象（ＣＯ
２及びＣＯを含むガス雰囲気にある金属が、組織変化を
起こした（ベントナイト組織になっている）溶接部を起
点とし、浸炭と高温酸化とを同時に受けて腐食する現
象）を防止するために、多管式のガスーガス熱交換器に
おいて、チューブ及び管板としてフェライト系クロム・
モリブデン鋼を使用し、管板に設けた穴にチューブの先
端を挿入するとともに、シェル内のガスと接触する側の
管板表面上に全周的に裏波が形成されるよう、ニッケル
合金のフィラーを用いる溶接によってチューブ先端と管
板とを接合した構成が記載されている。
は、ネッキング現象及びメタルダスティング現象（ＣＯ
２及びＣＯを含むガス雰囲気にある金属が、組織変化を
起こした（ベントナイト組織になっている）溶接部を起
点とし、浸炭と高温酸化とを同時に受けて腐食する現
象）を防止するために、多管式のガスーガス熱交換器に
おいて、チューブ及び管板としてフェライト系クロム・
モリブデン鋼を使用し、管板に設けた穴にチューブの先
端を挿入するとともに、シェル内のガスと接触する側の
管板表面上に全周的に裏波が形成されるよう、ニッケル
合金のフィラーを用いる溶接によってチューブ先端と管
板とを接合した構成が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、実開平
２−７０８６８号公報には、チューブのネッキングによ
る溶接部の損傷を防止するために、チューブと管板との
取付に図３に示すタイプＡ又は図４に示すタイプＢの溶
接構造を有す熱交換器が記載されている。また、特開平
６−１７０５３２号公報には、チューブのネッキング及
びメタルラスティングによるチューブ溶接部の損傷を防
止するために、図４に示すタイプＢの溶接構造に類似の
溶接構造を持ち、溶接棒にニッケル合金を使用すること
が記載されている。
２−７０８６８号公報には、チューブのネッキングによ
る溶接部の損傷を防止するために、チューブと管板との
取付に図３に示すタイプＡ又は図４に示すタイプＢの溶
接構造を有す熱交換器が記載されている。また、特開平
６−１７０５３２号公報には、チューブのネッキング及
びメタルラスティングによるチューブ溶接部の損傷を防
止するために、図４に示すタイプＢの溶接構造に類似の
溶接構造を持ち、溶接棒にニッケル合金を使用すること
が記載されている。
【０００８】しかし、実開平２−７０８６８号公報記載
の構成では、チューブのネッキングの問題は解決する
が、製作材料として高価なステンレス鋼を使用しなけれ
ばメタルダスティングの問題は解決しない。また、特開
平６−１７０５３２号公報記載の構成では、ネッキン
グ、メタルダスティングの問題の両方とも解決するが、
管板の溶接オーバレイや部分的なニッケル合金の使用に
より、十分に安価ではなく、かつ、異材の組合せにより
高温の異材溶接部に過大な熱応力が発生するという問題
が残る。本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本
発明の目的は、メタルダスティング現象によるチューブ
溶接部及び前部管板の損傷を防止し、かつ、安価に製作
することができるスチレンモノマー製造装置における脱
水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換
方法及び熱交換器を提供することにある。
の構成では、チューブのネッキングの問題は解決する
が、製作材料として高価なステンレス鋼を使用しなけれ
ばメタルダスティングの問題は解決しない。また、特開
平６−１７０５３２号公報記載の構成では、ネッキン
グ、メタルダスティングの問題の両方とも解決するが、
管板の溶接オーバレイや部分的なニッケル合金の使用に
より、十分に安価ではなく、かつ、異材の組合せにより
高温の異材溶接部に過大な熱応力が発生するという問題
が残る。本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本
発明の目的は、メタルダスティング現象によるチューブ
溶接部及び前部管板の損傷を防止し、かつ、安価に製作
することができるスチレンモノマー製造装置における脱
水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換
方法及び熱交換器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明のスチレンモノマー製造装置にお
ける脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの
熱交換方法は、チューブ側にスチレンモノマー製造装置
の脱水素反応器を出た冷却すべき高温ガスを、シェル側
にスチレンモノマー製造装置の脱水素反応器へ供給され
る加熱すべき低温ガスを流して熱交換する方法におい
て、前部管板のチューブ入口管部の上流側に該前部管板
に略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、この仕切室
を貫通するように前部管板のチューブ入口管部に短管を
挿入して、該短管内に冷却すべきガスを流すとともに、
該短管と前記チューブ入口管部との間の環状空間に、シ
ェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度のスチー
ムを導入して、前部管板のシェル側表面及びチューブと
前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、
シェル側供給ガス中の炭素成分の析出を防止した後、冷
却後の加熱されたスチームをチューブ側の冷却すべきガ
スに混合することを特徴としている（図１、図２参
照）。
成するために、本発明のスチレンモノマー製造装置にお
ける脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの
熱交換方法は、チューブ側にスチレンモノマー製造装置
の脱水素反応器を出た冷却すべき高温ガスを、シェル側
にスチレンモノマー製造装置の脱水素反応器へ供給され
る加熱すべき低温ガスを流して熱交換する方法におい
て、前部管板のチューブ入口管部の上流側に該前部管板
に略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、この仕切室
を貫通するように前部管板のチューブ入口管部に短管を
挿入して、該短管内に冷却すべきガスを流すとともに、
該短管と前記チューブ入口管部との間の環状空間に、シ
ェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度のスチー
ムを導入して、前部管板のシェル側表面及びチューブと
前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、
シェル側供給ガス中の炭素成分の析出を防止した後、冷
却後の加熱されたスチームをチューブ側の冷却すべきガ
スに混合することを特徴としている（図１、図２参
照）。
【００１０】本発明のスチレンモノマー製造装置におけ
る脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱
交換器は、チューブ側にスチレンモノマー製造装置の脱
水素反応器を出た冷却すべき高温ガスを、シェル側にス
チレンモノマー製造装置の脱水素反応器へ供給される加
熱すべき低温ガスを流して熱交換する、チューブと管板
とを溶接取付けした構造の熱交換器において、前部管板
の上流側にこの前部管板と略平行に仕切板を設けて仕切
室を形成し、この仕切室を貫通するとともに、前部管板
のチューブ入口管部に先端が挿入されるように、チュー
ブ内径より小さい外径の短管を前記仕切板に取り付け、
前記仕切室に、前部管板のシェル側表面及びチューブと
前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却して
シェル側供給ガス中の炭素成分の析出を防止するため
の、シェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度の
スチームを導入する冷却用スチーム導入管を接続し、冷
却後の加熱されたスチームがチューブ側の冷却すべきガ
スに混入するように、前記短管とチューブ入口管部との
間に環状空間を設けたことを特徴としている（図１、図
２参照）。
る脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱
交換器は、チューブ側にスチレンモノマー製造装置の脱
水素反応器を出た冷却すべき高温ガスを、シェル側にス
チレンモノマー製造装置の脱水素反応器へ供給される加
熱すべき低温ガスを流して熱交換する、チューブと管板
とを溶接取付けした構造の熱交換器において、前部管板
の上流側にこの前部管板と略平行に仕切板を設けて仕切
室を形成し、この仕切室を貫通するとともに、前部管板
のチューブ入口管部に先端が挿入されるように、チュー
ブ内径より小さい外径の短管を前記仕切板に取り付け、
前記仕切室に、前部管板のシェル側表面及びチューブと
前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却して
シェル側供給ガス中の炭素成分の析出を防止するため
の、シェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度の
スチームを導入する冷却用スチーム導入管を接続し、冷
却後の加熱されたスチームがチューブ側の冷却すべきガ
スに混入するように、前記短管とチューブ入口管部との
間に環状空間を設けたことを特徴としている（図１、図
２参照）。
【００１１】チューブと前部管板（高温側管板）との溶
接構造としては、例えば、前述のタイプＡ（図３参
照）、タイプＢ（図４参照）、タイプＣ（図５参照）、
タイプＤ（図６参照）、これらに類似の溶接構造を挙げ
ることができる。上記の構成における作用を説明する
と、前部管板近傍のチューブ入口管部に、シェル出口の
加熱された流体の温度より低い温度のスチームを導入し
て、前部管板のシェル側表面及びチューブと前部管板と
の溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、冷却に使用
されたスチームはチューブ内の流体に混合される。
接構造としては、例えば、前述のタイプＡ（図３参
照）、タイプＢ（図４参照）、タイプＣ（図５参照）、
タイプＤ（図６参照）、これらに類似の溶接構造を挙げ
ることができる。上記の構成における作用を説明する
と、前部管板近傍のチューブ入口管部に、シェル出口の
加熱された流体の温度より低い温度のスチームを導入し
て、前部管板のシェル側表面及びチューブと前部管板と
の溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、冷却に使用
されたスチームはチューブ内の流体に混合される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することが可能なもので
ある。 実施例１ 図１は本実施例における、チューブ側にスチームを吹き
込むようにした熱交換器を示し、図２は図１における要
部を拡大したものを示している。図１及び図２は、スチ
レンモノマー製造装置の脱水素反応部において、脱水素
反応器への供給ガスを予熱し、同時に脱水素反応器を出
た反応器ガスを冷却する多管式熱交換器を示している。
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することが可能なもので
ある。 実施例１ 図１は本実施例における、チューブ側にスチームを吹き
込むようにした熱交換器を示し、図２は図１における要
部を拡大したものを示している。図１及び図２は、スチ
レンモノマー製造装置の脱水素反応部において、脱水素
反応器への供給ガスを予熱し、同時に脱水素反応器を出
た反応器ガスを冷却する多管式熱交換器を示している。
【００１３】３０はシェル（胴）、３２は前部管板（高
温側管板）、３４は後部管板（低温側管板）、３６はチ
ャンネルで、前部管板３２と後部管板３４との間に、多
数のチューブ（伝熱管）３８が水平方向に配設されてい
る。前部管板３２には、多数のチューブ３８に対応する
開口４０及びこれらの開口に連通する短円筒４２が設け
られており、これらの短円筒４２とチューブ３８の一端
とが、前述のタイプＡ〜Ｄ、又はこれらに類似した溶接
構造により接合されてチューブ入口管部４４を形成して
いる。４６はチューブ溶接部、４８はバッフル、５０は
供給ガス入口、５２は供給ガス出口である。
温側管板）、３４は後部管板（低温側管板）、３６はチ
ャンネルで、前部管板３２と後部管板３４との間に、多
数のチューブ（伝熱管）３８が水平方向に配設されてい
る。前部管板３２には、多数のチューブ３８に対応する
開口４０及びこれらの開口に連通する短円筒４２が設け
られており、これらの短円筒４２とチューブ３８の一端
とが、前述のタイプＡ〜Ｄ、又はこれらに類似した溶接
構造により接合されてチューブ入口管部４４を形成して
いる。４６はチューブ溶接部、４８はバッフル、５０は
供給ガス入口、５２は供給ガス出口である。
【００１４】前記管板３２の上流側（チャンネル側）に
この前部管板３２と略平行に仕切板５４を設けて前部管
板３２との間に仕切室５６を形成し、この前部管板３２
のチューブ入口管部４４に先端が挿入されるように、チ
ューブ３８の内径よりやや小さい外径を有する短管（フ
ェルール）５８を前記仕切板５４に、チューブ入口管部
４４に対応して複数個取り付け、さらに仕切室５６に冷
却用スチーム導入管６０を接続している。６２はスペー
サーである。なお、短管５８は仕切板５４から着脱可能
なように設けることが好ましい。
この前部管板３２と略平行に仕切板５４を設けて前部管
板３２との間に仕切室５６を形成し、この前部管板３２
のチューブ入口管部４４に先端が挿入されるように、チ
ューブ３８の内径よりやや小さい外径を有する短管（フ
ェルール）５８を前記仕切板５４に、チューブ入口管部
４４に対応して複数個取り付け、さらに仕切室５６に冷
却用スチーム導入管６０を接続している。６２はスペー
サーである。なお、短管５８は仕切板５４から着脱可能
なように設けることが好ましい。
【００１５】上記の熱交換器において、前部管板面のチ
ューブ開口４０は、仕切板５４により反応器ガスに接す
ることはない。反応器ガスは短管５８内に導かれてチュ
ーブ３８内を流れ、かつ、仕切板５４と前部管板３２と
に囲まれた仕切室５６内に低温スチームが導かれ、この
スチームは短管５８の外面とチューブ３８の内面との環
状空間６４を通って、チューブ３８内で反応器ガスと混
合される。反応器ガス中には、もともと多量のスチーム
が含まれているので、少量のスチームが混入しても悪影
響を与えることはない。本実施例においては、供給ガス
は例えば１００℃で導入され、例えば５８０℃の反応器
ガスと熱交換して、例えば５３０℃の供給ガスに予熱さ
れる。この場合、スチームは冷却効果を高めるために、
４００℃以下、望ましくは２００〜３００℃とするのが
好適である。
ューブ開口４０は、仕切板５４により反応器ガスに接す
ることはない。反応器ガスは短管５８内に導かれてチュ
ーブ３８内を流れ、かつ、仕切板５４と前部管板３２と
に囲まれた仕切室５６内に低温スチームが導かれ、この
スチームは短管５８の外面とチューブ３８の内面との環
状空間６４を通って、チューブ３８内で反応器ガスと混
合される。反応器ガス中には、もともと多量のスチーム
が含まれているので、少量のスチームが混入しても悪影
響を与えることはない。本実施例においては、供給ガス
は例えば１００℃で導入され、例えば５８０℃の反応器
ガスと熱交換して、例えば５３０℃の供給ガスに予熱さ
れる。この場合、スチームは冷却効果を高めるために、
４００℃以下、望ましくは２００〜３００℃とするのが
好適である。
【００１６】本実施例における熱交換器製作材料として
は、例えば、低合金鋼である２１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼が
使用される。また、前部管板（高温側管板）３２側での
チューブと管板との取付は、前述のタイプＡ又はタイプ
Ｂの溶接構造とすることが好ましい。このように構成す
れば、チューブのネッキング現象をも防止することがで
きる。仕切板５４及び短管５８の製作材料としては、例
えば、３０４ステンレス鋼が用いられる。仕切板５４は
複数に分割し、ボルト止めにてチャンネル３６内で取り
付け、分解可能な構造とする。また、分割された部材は
マンホールから出し入れ可能な大きさとする。短管５８
は仕切板５４から着脱可能な構造とし、分解すれば管板
面の点検が容易に行なえるようにする。
は、例えば、低合金鋼である２１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼が
使用される。また、前部管板（高温側管板）３２側での
チューブと管板との取付は、前述のタイプＡ又はタイプ
Ｂの溶接構造とすることが好ましい。このように構成す
れば、チューブのネッキング現象をも防止することがで
きる。仕切板５４及び短管５８の製作材料としては、例
えば、３０４ステンレス鋼が用いられる。仕切板５４は
複数に分割し、ボルト止めにてチャンネル３６内で取り
付け、分解可能な構造とする。また、分割された部材は
マンホールから出し入れ可能な大きさとする。短管５８
は仕切板５４から着脱可能な構造とし、分解すれば管板
面の点検が容易に行なえるようにする。
【００１７】メタルダスティング現象の一つのメカニズ
ムとして、供給ガス中のＣ成分が析出し、このＣが金属
面に付着して金属が浸炭され、酸化との同時進行により
金属表面から腐食損傷していくものと考えられている。
メタルダスティングの起こる温度域は４５０〜８００℃
であるが、この熱交換器の製作材料２１／４Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼に対しては、実際に損傷を受けた熱交換器の調査結
果から、約５５０℃以上でメタルダスティングが最も起
こり易いと考えられている。２１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼で
製作された熱交換器で、仕切室も短管（フェルール）も
設けない場合、チューブ溶接部は反応器ガス（約５８０
℃）と出口側の供給ガス（約５３０℃）の中間温度とな
り、チューブの部位によっては５５０℃を超えるので、
メタルダスティングが起こりうる。一方、本実施例の熱
交換器では、チャンネル３６内の仕切室５６を通し、低
温スチーム（約４００℃以下）を短管５８の外面とチュ
ーブ３８の内面との環状空間６４に流すことにより、チ
ューブ溶接部は約５００℃以下の十分に低い温度となる
ので、製作材料に高価なステンレス鋼を使用することな
くメタルダスティングを防止することができる。また、
仕切板５４及び短管５８の製作や取付けは容易であり、
材料も少量で済むので、これらの部品を取り付けない場
合に比較して、熱交換器製作費の増加はごく僅かであ
る。
ムとして、供給ガス中のＣ成分が析出し、このＣが金属
面に付着して金属が浸炭され、酸化との同時進行により
金属表面から腐食損傷していくものと考えられている。
メタルダスティングの起こる温度域は４５０〜８００℃
であるが、この熱交換器の製作材料２１／４Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼に対しては、実際に損傷を受けた熱交換器の調査結
果から、約５５０℃以上でメタルダスティングが最も起
こり易いと考えられている。２１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼で
製作された熱交換器で、仕切室も短管（フェルール）も
設けない場合、チューブ溶接部は反応器ガス（約５８０
℃）と出口側の供給ガス（約５３０℃）の中間温度とな
り、チューブの部位によっては５５０℃を超えるので、
メタルダスティングが起こりうる。一方、本実施例の熱
交換器では、チャンネル３６内の仕切室５６を通し、低
温スチーム（約４００℃以下）を短管５８の外面とチュ
ーブ３８の内面との環状空間６４に流すことにより、チ
ューブ溶接部は約５００℃以下の十分に低い温度となる
ので、製作材料に高価なステンレス鋼を使用することな
くメタルダスティングを防止することができる。また、
仕切板５４及び短管５８の製作や取付けは容易であり、
材料も少量で済むので、これらの部品を取り付けない場
合に比較して、熱交換器製作費の増加はごく僅かであ
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 前部管板（高温側管板）のチューブ入口管部の
上流側に該前部管板に略平行に仕切板を設けて仕切室を
形成し、この仕切室を貫通するように前部管板のチュー
ブ入口管部に短管（フェルール）を挿入して、該短管内
に冷却すべきガスを流すとともに、該短管と前記チュー
ブ入口管部との間の環状空間に、シェル出口の加熱され
たガスの温度より低い温度のスチームを導入して、前部
管板のシェル側表面及びチューブと前部管板との溶接部
を含むチューブ入口管部を冷却することにより、チュー
ブ溶接部は低い温度となるので、シェル側供給ガス中の
炭素成分の析出が防止され、製作材料に高価なステンレ
ス鋼を使用することなくメタルダスティングを防止又は
軽減することができる。この場合、チューブ溶接部が約
５００℃以下になるように、冷却用スチームの温度を設
定することにより、メタルダスティングを確実に防止す
ることができる。また、冷却後の加熱されたスチーム
は、チューブ側の冷却すべき反応器ガスに混合される
が、反応器ガス中には、もともと多量のスチームが含ま
れており、少量のスチームが混入しても悪影響を与える
ことはない。 （２） 仕切板や短管（フェルール）の製作や取付は容
易であり、材料も少量で済むので、これらの部品を取り
付けない場合に比べて、熱交換器の製作費はそれほど高
価にはならない。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 前部管板（高温側管板）のチューブ入口管部の
上流側に該前部管板に略平行に仕切板を設けて仕切室を
形成し、この仕切室を貫通するように前部管板のチュー
ブ入口管部に短管（フェルール）を挿入して、該短管内
に冷却すべきガスを流すとともに、該短管と前記チュー
ブ入口管部との間の環状空間に、シェル出口の加熱され
たガスの温度より低い温度のスチームを導入して、前部
管板のシェル側表面及びチューブと前部管板との溶接部
を含むチューブ入口管部を冷却することにより、チュー
ブ溶接部は低い温度となるので、シェル側供給ガス中の
炭素成分の析出が防止され、製作材料に高価なステンレ
ス鋼を使用することなくメタルダスティングを防止又は
軽減することができる。この場合、チューブ溶接部が約
５００℃以下になるように、冷却用スチームの温度を設
定することにより、メタルダスティングを確実に防止す
ることができる。また、冷却後の加熱されたスチーム
は、チューブ側の冷却すべき反応器ガスに混合される
が、反応器ガス中には、もともと多量のスチームが含ま
れており、少量のスチームが混入しても悪影響を与える
ことはない。 （２） 仕切板や短管（フェルール）の製作や取付は容
易であり、材料も少量で済むので、これらの部品を取り
付けない場合に比べて、熱交換器の製作費はそれほど高
価にはならない。
【図１】本発明の熱交換器の一実施例を示す縦断面図で
ある。
ある。
【図２】図１における要部の拡大断面図である。
【図３】チューブと管板との溶接取付構造（タイプＡ）
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図４】チューブと管板との溶接取付構造（タイプＢ）
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図５】チューブと管板との溶接取付構造（タイプＣ）
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図６】チューブと管板との溶接取付構造（タイプＤ）
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
３０ シェル（胴） ３２ 前部管板（高温側管板） ３４ 後部管板（低温側管板） ３６ チャンネル ３８ チューブ ４０ 開口 ４２ 短円筒 ４４ チューブ入口管部 ４６ チューブ溶接部 ４８ バッフル ５０ 供給ガス入口 ５２ 供給ガス出口 ５４ 仕切板 ５６ 仕切室 ５８ 短管（フェルール） ６０ スチーム導入管 ６２ スペーサ ６４ 環状空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−273080（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−63395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−49693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−69091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−77299（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 9/00,9/02
Claims (2)
- 【請求項１】 チューブ側にスチレンモノマー製造装置
の脱水素反応器を出た冷却すべき高温ガスを、シェル側
にスチレンモノマー製造装置の脱水素反応器へ供給され
る加熱すべき低温ガスを流して熱交換する方法におい
て、前部管板のチューブ入口管部の上流側に該前部管板
に略平行に仕切板を設けて仕切室を形成し、この仕切室
を貫通するように前部管板のチューブ入口管部に短管を
挿入して、該短管内に冷却すべきガスを流すとともに、
該短管と前記チューブ入口管部との間の環状空間に、シ
ェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度のスチー
ムを導入して、前部管板のシェル側表面及びチューブと
前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却し、
シェル側供給ガス中の炭素成分の析出を防止した後、冷
却後の加熱されたスチームをチューブ側の冷却すべきガ
スに混合することを特徴とするスチレンモノマー製造装
置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガ
スとの熱交換方法。 - 【請求項２】 チューブ側にスチレンモノマー製造装置
の脱水素反応器を出た冷却すべき高温ガスを、シェル側
にスチレンモノマー製造装置の脱水素反応器へ供給され
る加熱すべき低温ガスを流して熱交換する、チューブと
管板とを溶接取付けした構造の熱交換器において、前部
管板の上流側にこの前部管板と略平行に仕切板を設けて
仕切室を形成し、この仕切室を貫通するとともに、前部
管板のチューブ入口管部に先端が挿入されるように、チ
ューブ内径より小さい外径の短管を前記仕切板に取り付
け、前記仕切室に、前部管板のシェル側表面及びチュー
ブと前部管板との溶接部を含むチューブ入口管部を冷却
してシェル側供給ガス中の炭素成分の析出を防止するた
めの、シェル出口の加熱されたガスの温度より低い温度
のスチームを導入する冷却用スチーム導入管を接続し、
冷却後の加熱されたスチームがチューブ側の冷却すべき
ガスに混入するように、前記短管とチューブ入口管部と
の間に環状空間を設けたことを特徴とするスチレンモノ
マー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反
応器流出ガスとの熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117958A JP3020237B2 (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117958A JP3020237B2 (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08285489A JPH08285489A (ja) | 1996-11-01 |
| JP3020237B2 true JP3020237B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=14724465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7117958A Expired - Fee Related JP3020237B2 (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | スチレンモノマー製造装置における脱水素反応器導入ガスと脱水素反応器流出ガスとの熱交換方法及び熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3020237B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006234232A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Izumi Food Machinery Co Ltd | 多管式熱交換器 |
| US8168306B2 (en) * | 2007-09-18 | 2012-05-01 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Weld metal compositions for joining steel structures in the oil and gas industry |
| KR200448730Y1 (ko) * | 2008-07-04 | 2010-05-11 | (주)일진에너지 | 유동두형 열교환기 |
| MX2015004497A (es) * | 2012-10-17 | 2015-07-06 | Tetra Laval Holdings & Finance | Elementos de sujecion de tubo. |
| CN104697367B (zh) * | 2015-02-15 | 2016-04-27 | 中国计量学院 | 一种化工换热装置 |
| CN105115319A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-12-02 | 江阴中南重工有限公司 | 反应水冷器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5549693A (en) * | 1978-10-04 | 1980-04-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Multitubular heat exchanger |
| JPS5563395A (en) * | 1978-11-01 | 1980-05-13 | Toyo Eng Corp | Heat exchanger |
| JP3339095B2 (ja) * | 1993-03-24 | 2002-10-28 | 石川島播磨重工業株式会社 | ガス冷却器 |
-
1995
- 1995-04-19 JP JP7117958A patent/JP3020237B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08285489A (ja) | 1996-11-01 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |