JP3177117U - 熱交換器用補修治具 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブカラーの状態に依存することなく、確実に熱交換器を補修出来る熱交換器用補修治具を提供する。
【解決手段】管板９と、管板の貫通孔１８に挿通されて貫通孔の軸線方向一方側に向かって延びる伝熱チューブ１１と、伝熱チューブの外周面と貫通孔の内周面との間に配置され、伝熱チューブ及び管板に接合された管状のチューブカラー１９と、を有して熱交換器用の補修治具を形成する。さらに、伝熱チューブに軸線方向他方側から挿入されるチューブ本体２２と、チューブ本体の外周面から軸線方向一方側に向かうにしたがって漸次拡径して、管板における軸線方向他方側を向く面に溶接された拡径部２３とを有するインサートチューブ２１と、拡径部とチューブ本体との間の領域、及び、チューブ本体と伝熱チューブとの間の領域に充填される充填材２９と、を備える。
【選択図】図６

Description

本考案は、一対の管板と、一対の管板間に並設された伝熱チューブとからなる所謂シェルアンドチューブ式の熱交換器を補修するための熱交換器用補修治具に関する。

国内の下水汚泥の発生量は年々増加しており、その多くが焼却処理されている。汚泥を焼却する汚泥焼却設備においては、汚泥ケーキを焼却する燃焼炉の排ガスが高温となることから、熱効率を高めるために熱回収が行われている。例えば、焼却炉の排ガスを空気予熱器によって燃焼炉の燃焼空気（流動空気）と熱交換することによって燃焼用空気の予熱を行い、省エネルギー化を図っている。

空気予熱器としては、例えばシェルアンドチューブ式と呼ばれる多管式熱交換器が採用されている。多管式熱交換器は、一対の管板間に多数の伝熱チューブが、その両端部が一対の管板にそれぞれ形成された貫通孔に挿入されて並設された構成である。
また、管板と伝熱チューブとの間には管状のチューブカラーが設けられている。そして、チューブカラーと伝熱チューブの外周面とがチューブカラーの端部のみで接合されている。
上記した空気予熱器では、伝熱チューブに高温の排ガスを通過させ、管板間に燃焼用空気を通過させることによって熱交換を実施している。

ところで、上述したような熱交換器においては、汚泥焼却設備の運転の一時的な過負荷や、材質の経年劣化、繰り返し熱応力などによって、伝熱チューブに熱延びが生じ、伝熱チューブ、又は溶接部に亀裂が発生して割れてしまうという問題があった。

このような亀裂の補修方法としては、特許文献１に記載されているような補修方法が知られている。この方法においては、伝熱チューブの下端に補足チューブを結合し、伝熱チューブを一端チューブカラーと縁切りした後、位置を上方にずらした上で溶接固定している。これにより、より長期間に亘って熱交換器の補修が可能となる。

また、別の補修方法としては、別途インサートチューブ１２１を用意する方法が知られている。この方法ではまず、図８に示すように、管板９の貫通孔１８の内周面に溶接されたチューブカラー１９の端面より内側まで伝熱チューブ１１を切断する。次いで、図９に示すように、外周面にモルタルからなる充填材１２９を塗布したインサートチューブ１２１を伝熱チューブ１１に挿入し、さらに充填材１２９をチューブカラー１９と伝熱チューブ１１との間に充填し、金属製のリング５０を介してチューブカラー１９とインサートチューブ１２１とを溶接している。

特開２００１−１２８７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の補修方法においては、伝熱チューブ及び補足チューブとチューブカラーとを溶接するため、チューブカラーがある程度健全でなければならない。よって、チューブカラーが部分的に破損していたり変形していたりする場合は、溶接が不可能、もしくは非常に困難となるという問題があった。
同様に、別の補修方法においてもチューブカラーが健全であることが求められるため、溶接が困難となる場合があった。

本考案は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、チューブカラーの状態に依存することなく、確実な熱交換器の補修を実現する熱交換器用補修治具を提供することにある。

上記課題を解決するために、この考案は以下の手段を提供している。
本考案の熱交換器用補修治具は、貫通孔が形成された管板と、該管板の前記貫通孔に挿通されて前記貫通孔の軸線方向一方側に向かって延びる伝熱チューブと、前記伝熱チューブの外周面と前記貫通孔の内周面との間に配置され、前記伝熱チューブ及び前記管板に接合された管状のチューブカラーと、を有する熱交換器用の補修治具であって、前記伝熱チューブに前記軸線方向他方側から挿入されるチューブ本体と、該チューブ本体の外周面から軸線方向一方側に向かうにしたがって漸次拡径して、前記管板における前記軸線方向他方側を向く面に溶接された拡径部とを有するインサートチューブと、前記拡径部と前記チューブ本体との間の領域、及び、前記チューブ本体と前記伝熱チューブとの間の領域に充填される充填材と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、インサートチューブがチューブカラーではなく管板に直接溶接されるため、チューブカラーの状態に依存することなくインサートチューブを固定することができる。また、充填材がチューブ本体と伝熱チューブとの間の領域に充填されるため、エアリークを確実に防止することができる。

上記熱交換器用補修治具において、前記充填材は、前記伝熱チューブと前記チューブカラーとの間の領域にも充填されることが好ましい。

上記構成によれば、伝熱チューブとチューブカラーとの相対的な移動が可能となるため、伝熱チューブが熱延びした場合に伝熱チューブにかかる応力を低減することができる。

上記熱交換器用補修治具において、前記チューブ本体の外周面の軸方向一方側には、前記伝熱チューブと前記インサートチューブとの間に介装されるリング状のパッキン部材が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、インサートチューブと伝熱チューブとの間のエアリークをより確実に防止することができる。

上記熱交換器用補修治具において、前記パッキン部材はグランドパッキンであることが好ましい。

上記熱交換器用補修治具において、前記チューブ本体の外周面であって、前記パッキン部材の軸線方向一方側には、前記パッキン部材の軸方向一方側への移動を制限する制限部材が設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、パッキ部材の軸線方向一方側への抜けを防止することができる。

上記熱交換器用補修治具において、前記充填材はファイバーキャストであることが好ましい。
上記構成によれば、ファイバーキャストの柔軟性により、伝熱チューブが熱延びした場合に伝熱チューブにかかる応力を低減することができる。また、ファイバーキャストは耐火性も有するため、伝熱チューブの高温になった場合においても確実なシール性を発揮することができる。

本考案によれば、インサートチューブがチューブカラーではなく管板に直接溶接されるため、チューブカラーの状態に依存することなくインサートチューブが固定することができる。また、充填材がチューブ本体と伝熱チューブとの間の領域に充填されるため、エアリークを確実に防止することができる。

本考案の実施形態に係る熱交換器を備えた焼却施設のブロック図である。 本考案の実施形態に係る熱交換器の概略図である。 伝熱チューブと管板との接合部を示す断面図である。 本考案の実施形態に係るインサートチューブを示す断面図である。 本考案の実施形態に係る熱交換器用補修治具の断面図である。 熱交換器の補修について説明する図であって、補修治具を伝熱チューブに挿入する様子を示す図である。 熱交換器の補修について説明する図であって、補修治具が管板に溶接された状態を示す図である。 従来の熱交換器の補修方法を説明する図である。 従来の熱交換器の補修方法を説明する図である。

本考案の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、焼却施設は、焼却炉１と、熱交換器２と、排ガスダクト３Ａ，３Ｂと、空気ダクト４Ａ，４Ｂとを備える。排ガスダクト３Ａは、焼却炉１からの排ガスを熱交換器２に供給するように焼却炉１と熱交換器２とを接続する。空気ダクト４Ａは、熱交換器２に空気を供給する。熱交換器２は、排ガスと空気とを熱交換する。

熱交換により温度が低下した排ガスは、排ガスダクト３Ｂを経由して最終的に大気に放出される。空気ダクト４Ｂは、熱交換により温度が上昇した空気を焼却炉１に供給するように焼却炉１と熱交換器２とを接続する。焼却炉１に供給されるべき空気が熱交換器２によって暖められるため、焼却炉１は下水汚泥のような燃えにくい焼却対象物の焼却が可能である。

図２に示すように、熱交換器２は、上部ヘッダ６と、下部ヘッダ７と、上側管板８と、下側管板９と、シェル１０と、複数の伝熱チューブ１１を備える。排ガスダクト３Ａは上部ヘッダ６に接続され、排ガスダクト３Ｂは下部ヘッダ７に接続されている。

シェル１０は、上側管板８に固定されたシェル上部１３と、下側管板９に固定されたシェル下部１４と、シェル下部１４をシェル上部１３に接続するエキスパンジョンジョイント（不図示）を備える。上側管板８は、上部ヘッダ６内の上部ヘッダ内空間６ａとシェル１０に囲まれたシェル内空間１０ａとの間に設けられている。下側管板９は、シェル内空間１０ａと下部ヘッダ７内の下部ヘッダ内空間７ａとの間に設けられている。

複数の伝熱チューブ１１は、シェル内空間１０ａを上下に延びて上部ヘッダ内空間６ａと下部ヘッダ内空間７ａとを接続する。空気ダクト４Ｂは、シェル下部１４に設けられた空気出入口１４ａに接続されている。空気ダクト４Ａは、シェル上部１３に設けられた空気出入口１３ａに接続されている。

焼却炉１から排ガスダクト３Ａを通って上部ヘッダ内空間６ａに排ガスが供給される。排ガスは、上部ヘッダ内空間６ａから複数の伝熱チューブ１１内を通って下部ヘッダ内空間７ａに流れる。排ガスは下部ヘッダ内空間７ａから排ガスダクト３Ｂを通って最終的に大気に放出される。

空気ダクト４Ａを流れてきた空気は、空気出入口１３ａからシェル内空間１０ａに流入し、シェル内空間１０ａを流れた後、空気出入口１４ａ及び空気ダクト４Ｂを通って焼却炉１に供給される。伝熱チューブ１１内を流れる排ガスとシェル内空間１０ａを流れる空気とが伝熱チューブ１１の壁面を介して熱交換される。
また、シェル内空間１０ａの空気の流れが伝熱チューブ１１にできるだけ等しく当たるように、バッフルプレート１７がシェル内空間１０ａに設けられている。

次に、下側管板９と、伝熱チューブ１１との接続部の詳細について説明する。
図３に示すように、下側管板９（以下、管板９と呼ぶ）には、伝熱チューブ１１を挿通させるための貫通孔１８が形成されている。管板９の貫通孔１８と伝熱チューブ１１との間には、管状のチューブカラー１９が設けられている。チューブカラー１９は、溶接Ｗにより管板９に固定されている。

伝熱チューブ１１は、チューブカラー１９を貫通孔１８との間に介在させる形で、貫通孔１８に挿通されて、伝熱チューブ１１の軸線方向上方（一方側）に延びている。伝熱チューブ１１とチューブカラー１９とは、チューブカラー１９の下端部が伝熱チューブ１１の下部の外周面に溶接（Ｗ２）されることで接合されている。
なお、以下、伝熱チューブ１１の軸線方向を端に軸線方向と呼ぶ。

次に、本実施形態の熱交換器の補修に使用される熱交換器用補修治具２０について説明する。
本実施形態の補修治具２０（図５参照）は、図４に示すインサートチューブ２１にグランドパッキン２５を取り付け、さらに、インサートチューブ２１の拡径部２３にファイバーキャストからなる充填材２９を充填したものである。
まず、図４を参照して、インサートチューブ２１の詳細について説明する。

図４に示すように、インサートチューブ２１は、円管形状のチューブ本体２２と、チューブ本体２２の外周面に設けられている拡径部２３とから構成されている。チューブ本体２２の外径は、伝熱チューブ１１の内径よりも所定寸法小さく形成されている。

拡径部２３は、チューブ本体２２の外周面から軸線方向上方に向かうに従って漸次拡径するように形成されている。具体的には、拡径部２３は、有底筒形状の部材の底部に、チューブ本体２２を挿通させる貫通孔２４が形成された形状であり、円筒部２３ａと底部２３ｂとはなだらかに接続されている。
また、拡径部２３の上端部は軸線方向上方から視て円形をなしており、その直径は管板９の貫通孔１８の内径よりも大となるように形成されている。

拡径部２３は、貫通孔２４にチューブ本体２２を挿通させ、貫通孔２４の上方、下方のうち少なくとも一方を溶接することにより、チューブ本体２２に接合されている。また、拡径部２３の軸線方向上方の端部は、軸線方向から視て円形をなしている。これにより、拡径部２３の内周面側であって、拡径部２３とチューブ本体２２との間には、後述する充填材２９を充填するための凹部２７が形成される。
なお、拡径部２３は、所定の配管用キャップにチューブ本体２２が挿通する貫通孔２４を設けることで形成することができる。

チューブ本体２２の軸線方向上方には、リング状のパッキン部材であるグランドパッキン２５が上下方向（軸線方向）に隙間ないように巻き付けられている。グランドパッキン２５としては、例えば炭素繊維グランドパッキンを採用することができる。炭素繊維を編みこんだグランドパッキンは摩擦係数が極めて小さい為、シール性能を長期間維持することができる。

また、チューブ本体２２に巻き付けられた状態のグランドパッキン２５の外径は、伝熱チューブ１１の内径よりもやや大きくされている。即ち、グランドパッキン２５が巻き付けられたチューブ本体２２を伝熱チューブ１１に挿入した際は、グランドパッキン２５がやや圧縮されて、伝熱チューブ１１とチューブ本体２２との間をシールする。
グランドパッキン２５のさらに上方には、金属製のリング２６が点付け溶接されている。リング２６は、グランドパッキン２５の軸線方向上方への移動を制限する制限部材として機能する。

次に、本実施形態の熱交換器用補修治具２０の使用方法について説明する。
まず、図５に示すように、インサートチューブ２１の凹部２７に、充填材２９を充填することによって、補修治具２０とする。充填材２９は、拡径部２３の上端よりも盛り上がるように充填する。充填材２９としてはファイバーキャストが採用されている。ファイバーキャストは、セラミックファイバーと無機バインダー等を湿式混合したペースト状の不定形耐火材であり、狭い隙間にも入り込む柔らかい練り材である。

一方、亀裂が発生した伝熱チューブ１１とチューブカラー１９と間の溶接Ｗ２（図３参照）を例えばガウジングにより除去する。なお、伝熱チューブ１１とチューブカラー１９と間の溶接は、必ずしも除去する必要はない。

次いで、図６に示すように、補修治具２０を軸線方向下方（他方側）から伝熱チューブ１１に挿入し、拡径部２３の上端部を管板９の軸線方向下方を向く面に突合わせる。これにより、図７に示すように、凹部２７に充填された充填材２９が、チューブ本体２２と伝熱チューブ１１との間、及び伝熱チューブ１１とチューブカラー１９との間に入り込む。即ち、チューブ本体２２と伝熱チューブ１１との間、及び伝熱チューブ１１とチューブカラー１９との間が充填材２９によってシールされる。
次いで、拡径部２３の上端部と、管板９とを溶接することによって、熱交換器２の補修作業が終了する。

なお、上記実施形態においては、下側管板９側の補修方法について説明したが、上側管板８の補修についても同様の方法で実施することができる。

上記実施形態によれば、インサートチューブ２１がチューブカラー１９ではなく管板９に直接溶接されるため、チューブカラー１９の状態に依存することなくインサートチューブ２１を固定することができる。また、充填材２９がチューブ本体２２と伝熱チューブ１１との間の領域、及び伝熱チューブ１１とチューブカラー１９との間の領域に充填されるため、エアリークを確実に防止することができる。

また、従来のインサートチューブは、インサートチューブを挿入した後に、隙間に充填材を詰めていたが、本実施形態の補修方法では、事前に凹部２７に充填材を詰めておくため、施工が容易となる。

また、チューブカラー１９と伝熱チューブ１１との間の溶接Ｗ２を除去する場合には、ファイバーキャストからなる充填材２９の柔軟性により、伝熱チューブ１１とチューブカラー１９との相対的な移動が可能となる。これにより、伝熱チューブ１１が熱延びした場合に伝熱チューブ１１にかかる応力を低減することができる。

また、グランドパッキン２５がインサートチューブ２１と伝熱チューブ１１との間に介装されるため、インサートチューブ２１と伝熱チューブ１１との間のエアリークをより確実に防止することができる。

また、チューブ本体２２の外周面に、グランドパッキン２５の移動を制限するリング２６が設けられているため、グランドパッキン２５軸線方向上方への抜けを防止することができる。

また、充填材２９であるファイバーキャストは耐火性も有するため、伝熱チューブ１１が高温になった場合においても確実なシール性を発揮することができる。

また、本実施形態の熱交換器２の構造においては、伝熱チューブ１１と管板９との間にチューブカラー１９が介在している。これにより、管板９とチューブカラー１９とが内外面から強固に溶接される。その一方で、チューブカラー１９と伝熱チューブ１１とは、伝熱チューブ１１同士の伸び差が発生した場合には、この溶接部が外れるように配慮されている。

また、伝熱チューブ１１と管板９との間にチューブカラー１９が介在していることによって、管板９の円周方向への伝熱チューブ１１の熱伸びに対する保護の機能を有することができる。
また、本実施形態の熱交換器２は、高温使用故の材料の脆化が起きた際、補修時にチューブカラー１９の一部を削除した後に溶接することができる。

なお、本考案の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、インサートチューブ２１と伝熱チューブ１１との間をシールする部材はグランドパッキンに限ることはなく、所定のパッキンを適宜採用することができる。
また、充填材としてのファイバーキャストに関しても、同様の機能を有するものであれば適宜採用することができる。

２ 熱交換器
８ 上側管板
９ 下側管板
１１ 伝熱チューブ
１８ 貫通孔
１９ チューブカラー
２０ 補修治具
２１ インサートチューブ
２２ チューブ本体
２３ 拡径部
２５ グランドパッキン（パッキン部材）
２６ リング（制限部材）
２９ 充填材（ファイバーキャスト）

Claims (6)

1. 貫通孔が形成された管板と、
   該管板の前記貫通孔に挿通されて前記貫通孔の軸線方向一方側に向かって延びる伝熱チューブと、
   前記伝熱チューブの外周面と前記貫通孔の内周面との間に配置され、前記伝熱チューブ及び前記管板に接合された管状のチューブカラーと、を有する熱交換器用の補修治具であって、
   前記伝熱チューブに前記軸線方向他方側から挿入されるチューブ本体と、該チューブ本体の外周面から軸線方向一方側に向かうにしたがって漸次拡径して、前記管板における前記軸線方向他方側を向く面に溶接された拡径部とを有するインサートチューブと、
   前記拡径部と前記チューブ本体との間の領域、及び、前記チューブ本体と前記伝熱チューブとの間の領域に充填される充填材と、
   を備えることを特徴とする熱交換器用補修治具。
2. 前記充填材は、前記伝熱チューブと前記チューブカラーとの間の領域にも充填されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用補修治具。
3. 前記チューブ本体の外周面の軸方向一方側には、前記伝熱チューブと前記インサートチューブとの間に介装されるリング状のパッキン部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器用補修治具。
4. 前記パッキン部材はグランドパッキンであることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器用補修治具。
5. 前記チューブ本体の外周面であって、前記パッキン部材の軸線方向一方側には、前記パッキン部材の軸方向一方側への移動を制限する制限部材が設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の熱交換器用補修治具。
6. 前記充填材はファイバーキャストであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器用補修治具。

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