JP3316620B2 - 自動管内面洗浄装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器電熱管
（チューブ）、特に直管の内面に付着した堆積物（スケ
ール）の高圧水噴射による自動洗浄装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器は石油化学工業，一般化学工業
を中心として広く使用されており、技術の進歩とともに
圧力，温度，流体，容量などの使用条件も増々厳しくな
ってきている。熱交換器は数百本のチューブの集合体で
形成され、その内外面で流体を媒体として熱交換を行っ
ており、使用上、様々なスケールが管内，管外面に付着
し、熱効率の低下によりプラント全体の運転効率を下
げ、ひいては管の完全閉塞，管束間の完全充填となった
場合には、装置の損傷、又は爆発事故まで引き起こしか
ねない。そのため定期的に管状態の点検を行い、早めに
スケールを除去するために洗浄を行うことが重要なファ
クターとなる。

【０００３】従来、熱交換器のチューブクリーニングは
ウォータジェットによる洗浄が一般的だが、いまだに作
業者が防水カッパ，防水マスクという重装備で、直接ラ
ンスやガンを手持ちで高圧水の噴射反力と洗浄汚水に耐
えながら行っているのが現状である。特に管内面の洗浄
では、数百本のチューブにランスノズルを一本づつ挿入
して洗浄している。ウォータジェットによる自動洗浄は
あらゆる分野において実施されており、さらに超高圧化
の傾向にあるが熱交換器の内面，外面いずれにおいても
洗浄の自動化が遅れている。

【０００４】なお、簡易自動洗浄装置も実際には検討さ
れているが、１本のランスをテーブル上に載置し前後左
右に移動可能とし、さらに前記テーブルを上下に移動さ
せる簡単な構造のものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、管内面
の洗浄においては、作業者が数百本のチューブにランス
ノズルを一本づつ押込んでは引くという単純作業の連続
で、繰り返し作業からくる単純な作業ミスで、チューブ
を間違えてしまい未洗浄部を残したり、作業者レベルの
差によって洗浄度合が不均一になったりする。また、閉
塞管の洗浄では、ランスノズルを押込むだけで相当の労
力を要し、あげくはスケールの混ざった洗浄汚水をかぶ
りながらの作業では安全衛生の面でも問題である。

【０００６】さらに、管内一方がスケールで閉塞してい
るため、洗浄中にランス挿入口に洗浄したスケールがか
らみついた場合には、洗浄圧が瞬間的にチューブ内にこ
もり、それが内圧となって作業者側に反力として（衝撃
として）向ってくることも考えられ作業者自身十分に注
意して作業を行わなければならない。

【０００７】また、簡易自動洗浄装置においては、ラン
ス部がチューブ中心に挿入される芯出し作業が必要なた
め、芯出し精度をできるだけ良くするためにランス１本
を設置した装置が多く、さらに単純な動作移動しか制御
できなかったので、チューブが完全に閉塞している場合
には使用できない装置であったため、作業者に対する肉
体的負担の低減及び安全衛生の面ではある程度改善され
ているが、作業効率，作業性さらに洗浄性についてはま
だまだ低いものであった。

【０００８】本発明は、このように従来の問題点を解決
するためになされたものであり、現状の管内面洗浄にお
ける悪環境と重労働から作業者を開放するとともに、ボ
タン操作のみの単純作業で管内面を３〜４本のランスで
同時に自動的に洗浄する装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴による自動
管内面洗浄装置（第１発明）は、前述の課題を達成する
ために、先端に高圧水を噴射するノズルを取り付けた堅
固なランスを熱交換器の管内に挿入して管内面を洗浄す
る自動管内面洗浄装置であって、複数本のノズル取り付
けランスと、該複数本のランスを熱交換器の管ピッチに
合わせてランス間隔を調節するピッチ調節手段と、前記
複数本のノズル取り付けランスの一端を接続しランスを
前後に移動可能としたランス前後送り架台と、該ランス
前後送り架台を載置し左右に移動可能としたランス左右
移動架台と、該ランス左右移動架台を載置し高さを調節
可能としたベース架台とからなるランス移動部を備え、
かつ、前記複数本のノズル取り付けランスを管内に挿入
して管内面を洗浄している時にかかる洗浄負荷を検知す
る検知手段と、該検知手段で検知された洗浄負荷に感応
して自動的に前記ランス前後送り架台をステップフィー
ドさせる制御手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】本発明の別の特徴による自動管内面洗浄装
置（第２発明）は、第１発明において、ステップフィー
ドさせる前記制御手段が、洗浄中は設定負荷値を超える
と洗浄負荷に感応した前記ランス前後送り架台を設定時
間の間後退させて再度前進する制御を繰り返し、洗浄全
ストローク終了時には前記ランス前後送り架台を後退端
まで早送りで戻す制御であることを特徴とするものであ
る。

【００１１】なお、第２発明において、もし、洗浄すべ
きチューブ内面の閉塞度合が大きく前述ステップフィー
ドの繰り返し動作があらかじめ定めた繰り返し回数設定
値を超えると洗浄途中でもランス前後送り架台を後退端
まで早送りで戻し、異常を知らせる警報を発生する制御
を備えたことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明による自動管内面洗浄装置であれば、作
業者が洗浄に必要なパラメータ（洗浄圧力，流量，ノズ
ル送り速度，ノズル押込み力，洗浄ストローク等）を任
意に選択またはデータセットするだけで、自動的に管内
面洗浄を行なうことが可能となるため、従来のように作
業者が洗浄現場でランスノズルをチューブ内に一本づつ
挿入して引抜くという単純的肉体作業や汚水の中での悪
環境の作業から開放される。

【００１３】さらに、ピッチ調節手段やインチング操作
制御によりランス間隔のチューブのピッチにあわせた調
節や芯出し作業の容易化も達成できた。すなわち、複数
本のノズル付きランスのそれぞれの間隔をランスガイド
手段で調節後、リモートコントロールによるノズル部の
左右上下移動さらに前後移動に対して、それぞれインチ
ング操作制御を採用したため、位置決め精度を要求され
た位置決め作業の簡易化が可能となり、１回の洗浄動作
で３〜４本等複数本のノズル付きランスを同時に各サイ
ズの熱交換器を構成するチューブ内に挿入して作業時間
を短縮する洗浄が可能となったため、洗浄効率が従来と
比べて一段と良くなった。

【００１４】また、本洗浄装置では、管内に挿入したノ
ズル付きランスがチューブ内を一定の速度で前進しなが
ら高圧水を噴射して洗浄を行うものであるが、洗浄対象
物が閉塞管の場合、管内のスケール閉塞部等で洗浄負荷
を検知する検知手段により、装置制御の設定負荷値を検
知するとノズル付きランス部をステップフィードさせる
ことにより徐々に閉塞部のスケールを除去しながら前進
して洗浄を完了する制御を採用したため、より作業効率
を良くし的確な洗浄を可能とした。

【００１５】なお、高圧ホースやフレキシブルランスに
ノズルを取り付け、チューブ内に送り込むことも可能で
あるが、スケール閉塞部の洗浄には剛性がたりず、作業
性が非常に悪い場合が多い。本洗浄装置に使用したラン
スは堅固なパイプであるため、たとえスケールで閉塞し
た管内に挿入しても十分な剛性が有り、あわせて、誤操
作での変形以外半永久的に使用可能となった。

【００１６】さらに、洗浄すべきチューブの全ストロー
クにわたっての洗浄を終了した時には、前進スピードよ
り早いスピードでランスを前進端から後退端まで一気に
戻す早戻り制御を行うため、全長が長い熱交換器の洗浄
時間を短縮することが可能となった。

【００１７】もし、ステップフィードでスケールを除去
できない閉塞管があった場合、管内洗浄途中でいくらス
テップを繰り返しても洗浄が終了しないことが考えられ
る。そこで、本洗浄装置の動作制御として、あらかじめ
ステップ動作の繰り返し回数も設定し、回数設定値を超
えたステップフィード動作を行った時に装置を原位置ま
で戻し停止させ警報を出す制御のため、無駄な動作でい
たずらに装置を稼動させて装置部品寿命を短くしないこ
とや噴射する水の節約にも対応することが可能となっ
た。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を示す
システム構成図である。数百本のチューブの集合体で形
成されたチューブバンドルとその両端部のチューブ端を
拡管してシールした管板で構成される熱交換器１の管内
面洗浄装置で、ノズル２を先端部に取り付けたランス４
とランス４を前後・左右・上下に移動可能としたランス
移動部で構成した洗浄装置本体を主として、高圧水発生
装置（ジェットポンプ）１５，操作盤１１と制御盤１
０，他に分器盤１２，リミットスイッチとからなる電気
制御装置，高圧ホース１４とジョイントの配管ユニッ
ト，シリンダーバルブ１３，及び給水タンク１６とで基
本構成をなしているものである。

【００１９ 】なお、本発明の装置の洗浄対象物として
は、各サイズの熱交換器に使用されている各サイズのチ
ューブを対象としている。チューブ仕様の一例として
は、それぞれのチューブ内径が１８ｍｍから３２ｍｍ，
全長が３ｍ（３０００ｍｍ）から６ｍ（６０００ｍｍ）
の範囲内での単一チューブサイズでチューブバンドルを
それぞれ形成しており、また、それぞれの各サイズでの
チューブピッチは３２ｍｍから４８ｍｍの範囲を一般的
な数値としているが、特殊品での対応も考えられるため
これに限られるものでは無い。

【００２０】参考として、実際に洗浄テストに使用した
チューブ仕様と本発明の装置に使用したランスに関する
データを表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この実施例に係る洗浄装置は、ノズル２を
取り付けたランス４を４本使用しており、それぞれのラ
ンス４の高圧水供給口側をランス前後送り架台７に係止
しランス前後送り架台７の動きにあわせて前後移動可能
としランス左右移動架台５上に設置し、さらに洗浄すべ
き熱交換器１のチューブピッチに合うようにそれぞれの
ランス間隔を調節するランスガイド３でそれぞれのラン
ス４を前後移動可能の状態に保持している。詳細構造に
ついては後述するが、４本のノズル付きランス４は、ラ
ンス前後送り架台７の前後送り作動にともない、ピッチ
調節された熱交換器１のチューブ内部にそれぞれ挿入さ
れ、ランス先端部のノズル部がチューブ入口端からチュ
ーブ出口端までのチューブ全長を移動するように作動制
御されている。

【００２３】実際のチューブ内洗浄は、ランス先端部の
ノズル２からチューブ内壁面と前方に高圧水を噴射させ
てその衝撃力でチューブ内壁面に付着しているスケール
や管内を閉塞しているスケールを破壊して洗浄を行うよ
うに構成されている。つまり、高圧水を噴射するノズル
２をランス４の先端部に取り付け、その他端部を高圧ホ
ース１４とランス前後送り架台７上に固定されたジョイ
ントを介して接続し、さらに高圧ホース１４の他端部
は、シリンダバルブ１３を介して別置されているジェッ
トポンプ１５に接続されている。洗浄時には、装置近辺
に設置した操作盤１１を使用して、「運転準備」ボタ
ン，「ジェットポンプ運転」ボタン、そして、「洗浄開
始」ボタンを順に押していくと、シリンダバルブ１３の
ドレン弁が閉じ洗浄弁が開き、給水タンク１６からジェ
ットポンプ１５に供給された水が圧力３００〜７００kg
f／cm²に昇圧され、高圧水としてジェットポンプ１５か
ら吐出され、シリンダバルブ１３，高圧ホース１４，ラ
ンス４を経由し、ノズル２に導かれてノズル孔から噴射
され、熱交換器チューブの内面を洗浄するものである。

【００２４】ランスガイド３は、ランスの数に合わせて
内面Ｖ字割り型クランプ又はＶ字溝ローラを上下に配置
し、その内側のＶ字溝部分でそれぞれのランス外径をは
さむように保持し、さらに、それらを独立させて左右移
動調節可能にするため、ボールねじ機構やラックとピニ
オン機構を採用し、チューブピッチに合わせてそれぞれ
のランス間隔を調節するように構成している。

【００２５】ランス移動部を主として構成される洗浄装
置本体は油圧テーブルリフター上に設置されているベー
ス架台６（ランス上下移動−Ｙ軸）とベース架台上に載
置し、移動ネジ機構を採用しガイドレール上を左右に移
動可能にしたランス左右移動架台５（ランス左右移動−
Ｘ軸）とランス左右移動架台５上に設けられたガイドレ
ール上に載置し、ランス４の高圧水供給側を係止し、ラ
ンス４と一体的に前後移動を可能としたランス前後送り
架台７（ランス前後移動−Ｚ軸）と各移動端を検出する
リミットスイッチから構成されている。

【００２６】Ｘ軸は可変速油圧モータ８を駆動させ、ラ
ックとピニオンを介してインチング操作でランス４の左
右方向の位置合せが可能であり、Ｙ軸はテーブルリフタ
用の油圧ユニットにより、シリンダを昇降させ、インチ
ング操作でランス４の上下方向の位置合せが可能であ
る。Ｚ軸はＸ，Ｙ軸を位置決めした後、無段変速機付電
動モータ９を駆動し、出力軸とランス前後送り架台７と
をチェーンにて接続して移動可能とし、インチング操作
でランス前後送り架台７に係止したランス４を前後さ
せ、チューブ内にスムーズに挿入可能か確認して調節を
完了する。そして操作盤１１上の「洗浄開始」ボタンを
押すことによりランス４は洗浄しながら前進し、リミッ
トスイッチによる前進端確認後、早戻り速度にて後退
し、リミットスイッチによる後退端確認にて停止する。

【００２７】操作盤１１のデータ設定部ではランス４の
洗浄ストローク，洗浄負荷，ランス前進速度，ランス後
退速度をデジタルセットし、洗浄モードを選択すること
によりチューブ内面のスケール閉塞度合に合わせて洗浄
負荷を検知し、これに感応して必要に応じてステップフ
ィードしながら洗浄させることが可能となった。

【００２８】チューブ内にノズル２を取り付けたランス
４を通過できる空間が存在する場合のノーマルモードに
おける装置洗浄動作図を図２の（ａ）で示し、チューブ
管内が閉塞している場合のステップフィードモードにお
ける装置洗浄動作図を図２の（ｂ）、及び、ステップフ
ィードモード時における動作制御手順のフローチャート
を図３に示す。ステップ動作の繰り返し回数が設定回数
を超えると早送りで後退端まで戻り、異常として警報を
発生する。

【００２９】管内面縁側からスケールがつきはじめるた
め、洗浄が必要なチューブの中にはノズル２付きランス
４を挿入できる空間が十分に存在するチューブがたくさ
んある。その場合には、ノズル位置を調節した後に、図
２の（ａ）で示すように、本発明の装置の基本的洗浄動
作であるランス４をチューブ内へ自動的に挿入し前進さ
せ、ランス先端部に取り付けたノズル２より高圧水を噴
射しチューブ内スケールを除去して前進スピードより早
く戻る動作をさせるノーマルモードの制御で装置を作動
させるだけで洗浄が十分に効率良く完了する。

【００３０】しかし、チューブ内スケールが多くチュー
ブ内空間があまり存在していない閉塞状態のチューブに
は、ステップフィードモードで装置を作動させることに
なる。ステップフィードモードでは、図２の（ｂ）で示
すように、始めはノーマルモード時と同様にノズル２を
前進させてチューブ内に挿入し洗浄を開始するが、その
時に電動モータ９に働く負荷を検知させ、装置制御盤内
１０に設置したロードセンサーとパワーモニタにて設定
した設定負荷を超えた場合は、一定時間ランス４を保持
し、タイマーにて設定した時間分を後退させ、再度前進
させるというステップフィード動作を自動的に繰り返し
徐々に管内スケールを除去しながら前進させるように制
御している。

【００３１】しかし、管内スケールの閉塞の度合いが大
きい場合には、ステップフィード動作の回数を多くして
も洗浄が完了しない状況もあるため、図３のフローチャ
ートに示したようにあらかじめステップフィード動作の
繰り返し回数を設定しておき（ステップ３０１）、設定
回数を超えた場合にはすみやかに無駄な動作をやめ、ラ
ンスを原位置に戻し（ステップ３０２）、警報を発生す
る（ステップ３０３）制御としている。

【００３２】自動管内面洗浄装置を使用した洗浄システ
ムの運転時における作業者の洗浄作業要領につき再度、
図１を使用し説明する。まず、給水バルブを開き、給水
タンク１６に洗浄用水を水張りする。洗浄する熱交換器
チューブに合ったノズル２取り付けランス４をランス前
後送り架台７に接続する。建屋外にて台車ユニット（図
示しない）に熱交換器１をセットする。エアーの元バル
ブを全開にして制御機器保護用にエアーパージを行う。
台車ユニットを建屋内に引込み、洗浄位置に固定する。
電源を投入し、電源ランプが点灯していることを確認す
る。熱交換器１の全長に合わせてランス前後送り移動量
をデジタルスイッチで設定する。熱交換器チューブの閉
塞度合に応じてランス送り速度及び洗浄モードを選択す
る。最初に洗浄するチューブ位置を決定し、リモートコ
ントロール（図示しない）でランス４の位置合せをす
る。原点合せとして上下，左右方向をインチング操作で
行い、ランスガイド３で熱交換器１のチューブピッチに
合わせて複数本のランス間隔を調節し、ランス４がチュ
ーブにスムーズに入るか同様にインチング操作を行い確
認する。確認後、ランス４を後退端まで戻し、操作盤１
１上のセレクトスイッチを「自動」にし、「運転準備」
「ジェットポンプ運転」さらに「洗浄開始」の各ボタン
を押してジェットポンプ１５を運転し、シリンダバルブ
１３の洗浄弁を開く側に切り換えた後、操作盤１１上の
「自動運転」ボタンを押す。ランス４は自動的に「ラン
ス前進→前進端確認→ランス後退→後退端確認」して停
止する。「洗浄完了」ランプが点灯してから、操作盤１
１上の「洗浄停止」ボタンを押してシリンダバルブ１３
のドレン弁を開く側に切り換える。次に洗浄するチュー
ブにおけるランス４の位置合わせを行い、前述した洗浄
作業を繰り返す。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動管内
面洗浄装置を使用すれば、熱交換器の複数チューブ内を
一度に自動的に洗浄できるため作業者の負担を軽減し、
さらに作業者の経験にたよらない確実な均一の洗浄が可
能となり、加えて作業者の安全も確保できる。なお、チ
ューブのピッチにあわせて、各ランスの間隔を容易に調
節できるランスガイドを設け、あわせて、ランス移動部
にインチング操作が可能となる制御を行えるようにした
ため、複数のランスの芯出し作業が容易になり、作業効
率が良くなった。また、ランスの動きを洗浄モードを変
更して制御できるため、チューブ内スケールの付着状況
にあわせた洗浄が可能となり、あわせてチューブ先端部
の位置検知により洗浄終了後ランスを早戻りさせること
にも可能で、作業効率のアップばかりでなく無駄な動き
や洗浄水を節約できコストダウンにも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱交換器のチューブ内面洗浄装置
のシステム構成図である。

【図２】本発明による洗浄装置のランス部の各洗浄モー
ドにおける動作図で、（ａ）はノーマルモードでの動作
を示し、（ｂ）はステップフィードモードの動作を示
す。

【図３】ステップフィードモード時における洗浄装置の
動作制御手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】 １．熱交換器 ２．ノズル ３．ランスガイド ４．ランス ５．ランス左右移動架台 ６．ベース架台 ７．ランス前後送り架台 ８．油圧モータ ９．無段変速機付電動モータ １０．電気制御盤 １１．操作盤 １２．分器盤 １３．シリンダバルブ １４．高圧ホース １５．ジェットポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28G 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に高圧水を噴射するノズルを取り付
   けた堅固なランスを熱交換器の管内に挿入して管内面を
   洗浄する自動管内面洗浄装置であって、複数本のノズル
   取り付けランスと、該複数本のランスを熱交換器の管ピ
   ッチに合わせてランス間隔を調節するピッチ調節手段
   と、前記複数本のノズル取り付けランスの一端を接続し
   ランスを前後に移動可能としたランス前後送り架台と、
   該ランス前後送り架台を載置し左右に移動可能としたラ
   ンス左右移動架台と、該ランス左右移動架台を載置し高
   さを調節可能としたベース架台とからなるランス移動部
   を備え、かつ、前記複数本のノズル取り付けランスを管
   内に挿入して管内面を洗浄している時にかかる洗浄負荷
   を検知する検知手段と、該検知手段で検知された洗浄負
   荷に感応して自動的に前記ランス前後送り架台をステッ
   プフィードさせる制御手段とを備えたことを特徴とする
   自動管内面洗浄装置。
2. 【請求項２】 ステップフィードさせる前記制御手段
   が、洗浄中は設定負荷値を超えると洗浄負荷に感応した
   前記ランス前後送り架台を設定時間の間後退させて、再
   度前進する制御を繰り返し、洗浄全ストローク終了時ま
   たはステップ動作の繰り返し回数設定値を超えた時には
   前記ランス前後送り架台を後退端まで早送りで戻す制御
   であることを特徴とする請求項１の自動管内面洗浄装
   置。