JP3322174B2 - ファウリング測定方法および装置 - Google Patents

ファウリング測定方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はパイプ内面へのファ
ウリング付着量を測定する方法および装置に関し、さら
に詳しくは、伝熱条件下でのファウリング測定方法およ
び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】化学工場等の冷却水系においては、熱交
換器等伝熱面に腐食生成物、スケール、スライム等の汚
れ(ファウリング)が付着し、プラントの安定した連続
運転が阻害される。スケールとは水中の溶存塩類が接触
し付着したものであり、スライムとは微生物や微生物の
代謝生成物、土砂等から成っている。これらのファウリ
ングを引き起こす物質は、冷却水系に供給される補給水
に含まれて系内に持ち込まれるだけではなく、大気や製
造プロセス側からのコンタミネーションによっても持ち
込まれる。このため冷却水は、これらファウリングを防
止するため、腐食防止剤の添加、スケール防止剤の添
加、スライム防止剤の添加等が行われている。
【0003】ファウリングは構成因子が多様でかつ複雑
であり、冷却水中の溶存物質の性質だけでなく、冷却水
の流動状態や熱交換器等金属表面の伝熱条件などが相互
に関係しあって進行する。熱交換器等伝熱面に汚れ付着
すると、伝熱抵抗が増加する。付着量が多くなると、冷
却効率の低下等、プラントの運転に支障をきたす。この
ため、伝熱面のファウリング量を測定することは、プラ
ントの安定操業を実施するために極めて重要である。
【0004】伝熱面におけるファウリング量を小型のモ
デル熱交換器を用いて測定することがある。しかし、こ
のモデル熱交換器は取り扱いが煩雑であったり、ファウ
リング量のオンライン測定が難しいため、スケール防止
剤の添加などファウリング防止対策の実施効果を迅速に
測定・評価できないという問題があった。
【0005】モデル熱交換器によらないファウリング測
定方法としては、次の文献、に記載の方法がある。
【0006】 U.S.Pat.4,346,587(Aug.31,1982) NACE Standard RPO189-89,"Standard Recommended
Practice On-Line Moni-toring of Cooling Waters", N
ACE International, Houston, USA(1996)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】文献には、パイプ内
部にヒーターを挿入し、パイプ外部を伝熱面とし、伝熱
面の温度、流体の温度、流体の流速を測定して汚れ係数
を求める装置が示されている。この装置は実プラントの
伝熱条件を正確に模擬してファウリング量を測定できる
という利点がある。しかし、ヒーターの温度制御装置が
必要であり、このため装置が大きくなり、製作費が高く
なるだけでなく、可搬性が悪い、取り扱い難いなどの問
題があった。
【0008】文献には、微生物や微生物の代謝生成物
の付着によるファウリング、いわゆるバイオファウリン
グ(スライム)、の測定に特に適した装置が記載されて
いる。パイプの内側に流体を流し、パイプ内表面へのフ
ァウリング量をパイプ内流体の圧力損失(2点間の差
圧)として測定する装置が示されている。この装置はフ
ァウリングのオンライン測定に便利な方法ではあるが、
伝熱条件を模擬することができず、熱交換器など実プラ
ントの伝熱面におけるファウリング状況を正確に把握す
ることができない。
【0009】本発明は、伝熱条件下でのファウリングを
容易に測定でき、しかもファウリングをオンライン測定
することも可能なファウリング測定方法と、そのための
装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のファウリング測
定方法は、パイプの内部に流体を流通させ、該パイプの
内面へのファウリングの付着量を測定するファウリング
測定方法において、該パイプの外周にPTCヒータを発
熱体としたシート状加熱部材を設け、該シート状加熱部
材によって該パイプを加熱し、伝熱条件下のファウリン
グ量を測定することを特徴とするものである。
【0011】また、本発明のファウリング測定装置は、
上記本発明方法に用いられる装置であって、内部に流体
が流通されるパイプと、該パイプの外周に設けられた
TCヒータを発熱体としたシート状発熱体とを備えてな
るものである。
【0012】かかるファウリング測定方法及び装置によ
れば、シート状加熱部材をパイプ外周面に面状に密着さ
せて配置することができるから、パイプ外周面を均等に
加熱し、パイプ内面に均等に熱を伝達させて該パイプ内
面を均一な温度条件下におくことができ、伝熱条件下で
のファウリングを測定することが可能となる。
【0013】なお、このシート状加熱部材の発熱体とし
てPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータ
を用いているので、該PTCヒータに通電することによ
り該PTCヒータを一定温度に維持することができ、特
別な温度制御装置を用いることなくパイプ外面の単位面
積に単位時間当り一定量の熱を伝達させることが可能で
ある。
【0014】パイプ内面のファウリング量を測定するに
は、パイプに所定時間通液した後、付着物を取り出して
ファウリング量を計測しても良く、パイプ内を流通する
流体の差圧に基づいてファウリング量を測定しても良
い。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は実施の形態に係るファウリ
ング測定装置の概略的な断面図であり、パイプ1の所定
部分の外周面に導線6,7により通電可能なシート状加
熱部材2が全周にわたって装着されている。パイプ1内
におけるシート状加熱部材2の一端側付近と他端側付近
とに導圧管4,5を介して差圧計3が接続されている。
【0016】パイプ1内に流体を流通させ、シート状加
熱部材2に導線6,7により通電して該加熱部材2を一
定温度まで昇温させ、この状態でパイプ1の内面へのフ
ァウリング付着に伴なう差圧変化を計測し、ファウリン
グ付着量を測定する。
【0017】なお、加熱部材2として、発熱体がPTC
ヒータよりなるものを用いているので、該PTCヒータ
に定電圧を印加するだけで該PTCヒータを所定の一定
温度まで昇温させることができる。これは、周知の通り
PTCヒータが正特性の発熱抵抗性を有しており、該所
定温度にまで昇温すると抵抗体の抵抗が急激に増大して
通電電流値が低下するようになるためである。従って、
加熱部材2としてPTCヒータを発熱体とした本発明に
おいては、温度センサと電流制御器とからなる温度コン
トロール装置は不要である。
【0018】ファウリングの付着による流体の圧力損失
を2点間の差圧として測定する方法については文献に
詳しいが、以下にその概要を説明する。
【0019】パイプ内を流れる流体は、流れ方向の摩擦
によって常に圧力を損失する。パイプ内の2点間の差圧
(ΔP)と管径、流体の摩擦係数f他との間には、Darc
y-Weisbach式と呼ばれている、次の(3)式が成立して
いる。
【0020】 差圧(ΔP)=F・L・V2 /(2D・g) (3) ただし、 ΔP:差圧(m) f :摩擦係数=4ff (ff :Fanning の摩擦係数) L :パイプ長さ(m) V :流体の平均流速(m/s) D :パイプ直径(m) g :重力による加速度(=9.8m/s2 ) したがって、汚れが付着した後でも流体の流量もしくは
流速を一定に保った運転を継続すれば、汚れの付着によ
る抵抗係数fの増加とパイプ有効直径Dの減少に対応し
て差圧が増加する。従って、差圧を連続または定期的に
測定することにより、ファウリング付着量の増加を知る
ことができる。差圧の測定は、差圧測定機器の値を目視
で読みとってもよいが、コンピュータなどデータ収集機
器を用いて測定するのが好ましい。
【0021】差圧測定法は、上記の如くファウリング量
自体を直接求めるものではないが、オンライン測定に好
適な方法である。この方法によりファウリング付着量を
連続的にオンライン測定することにより、ファウリング
付着量の変化に対応してスケール防止剤、スライム・コ
ントロール剤などファウリング防止剤の添加量を自動調
整することが可能になり、ファウリング防止処理を効率
的に行うことができる。
【0022】差圧測定法によるファウリングの測定は、
特にスライム付着によるファウリング(バイオファウリ
ング)の測定に有効であるが、腐食生成物の付着、スケ
ールの付着、土砂のたい積など他の種類のファウリング
の測定にも用いることができる。
【0023】上記図1の実施の形態においては差圧によ
ってファウリング量を測定しているが、差圧計を用いる
代りに、所定期間パイプ1に通液した後にパイプ内面へ
のファウリング付着量(体積又は重量)を計測しても良
い。
【0024】例えば、パイプに所定期間通液した後、パ
イプを取り出して乾燥させて乾燥重量M1 を測定し、次
いでパイプ内面から付着物をブラシ等で除去した後パイ
プ重量M2 を測定し、両者の差(M1 −M2 )からファ
ウリング量(付着物の乾燥重量)を測定することができ
る。
【0025】また、この重量(mg)を通液時間T(m
onth)とパイプ内面のうち加熱部材で加熱される領
域の面積S(cm2 )とで除すことにより、ファウリン
グ速度を(M1 −M2 )/(S・T)として計算できる
(単位はmg/(cm2 ・month))。
【0026】また、パイプへの通液終了後にパイプ内の
付着物の全量をビーカー等に取り出し、沈降分離したの
ち乾燥し、付着物全重量を測定することもできる。この
場合、付着物が微生物や微生物の代謝生成物など水分を
多く含み沈降し難い物質の場合には、付着物を遠心沈降
等により分離することができる。この場合、乾燥する前
の沈降堆積物の体積によってファウリング量を測定して
もよい。
【0027】これらの重量測定法・容量測定法はファウ
リングを重量もしくは体積として測定することができる
が、オンライン測定はできない。このオンライン測定を
行うには、前記の差圧測定法を採用する。
【0028】なお、本発明において用いる加熱部材2の
構成について次に説明する。
【0029】この加熱部材の発熱体の形状は、特に限定
されるものではないが、箔状、リボン状、細線状、シー
ト状のものを用いるのが、温度分布が均一な発熱部を形
成できるので、望ましい。また、箔状、リボン状、細線
状の発熱体を含むシート状加熱部材に柔軟性を持たせる
ために、発熱体をシリコン樹脂、プラスチック樹脂、不
織布、紙などの絶縁物で被覆して用いるのがよい。ま
た、シート状加熱部材内の発熱抵抗体の配線パターンに
も特に制限はないが、全体的に均一に発熱するように、
密に配線することが望ましい。また、シート状加熱部材
は、パイプに巻きつけ易いように、細長い帯ないし包帯
の如き形状のものであってもかまわない。
【0030】また、シート状加熱部材をあらかじめパイ
プの外側にあわせた形に加工することによって、硬化型
物質をシート状加熱部材内部の発熱抵抗体の絶縁物とし
て用いることができる。
【0031】シート状加熱部材からの熱が加熱したいパ
イプに効果的に伝わるようにシート状加熱部材のパイプ
側面を熱伝導性の小さい物質で覆うことが望ましい。
【0032】
【0033】前記の通り、発熱体としてPTCヒータを
用いているので、温度調節機構を設けなくても良い。こ
のPTCヒータを構成する正特性抵抗組成物としては、
チタン酸バリウムに微量の希土類元素を添加したもの、
熱可塑性樹脂と導電体の混合物、アルキレンオキシドを
単位構造としてもつ有機化合物と導電体の混合物、硬化
型シリコンゴムと導電体の混合物などを挙げることがで
きる。
【0034】このうち、熱可塑性樹脂と導電体の混合物
に用いられる熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリ塩化ビニリデン、フルオロカーボン重合体、
ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などがあ
り、導電体としては、カーボン粉末、カーボンビーン
ズ、金属粉末、カーボン短繊維、ウィスカー状カーボン
を挙げることができる。
【0035】また正特性抵抗組成物としてのアルキレン
オキシドを単位構造としてもつ有機化合物と導電体との
混合物に用いられるアルキレンオキシド系有機化合物と
しては、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシ
ド、プルロニックと呼ばれるポリオキシエチレンとポリ
オキシプロピレンのブロック共重合物、ポリオキシエチ
レンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルア
リルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、
ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレ
ンソルビタン脂肪酸エステル、トリオキサン、クラウン
エーテル類などを挙げることができる。導電体として
は、カーボン粉末、カーボンビーンズ、金属粉末、カー
ボン短繊維、ウィスカー状カーボンを挙げることができ
る。
【0036】また、正特性抵抗組成物としての硬化型シ
リコンゴムと導電体の混合物に用いられる硬化型シリコ
ンゴムとしては、1分子中に少なくとも3個以上のケイ
素原子結合加水分解性基を有するオルガノポリシロキサ
ンを含んだもの、1分子中に少なくとも2個のシラノー
ル基または2個のケイ素原子結合加水分解基を有するオ
ルガノポリシロキサンと1分子中に少なくとも平均2個
のケイ素原子結合加水分解性基を有する有機ケイ素化合
物を含んだもの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を
1分子中に少なくとも2個有するオルガノポリシロキサ
ンと架橋剤としてケイ素原子に結合して水素原子を1分
子中に平均2個を超える水を有するオルガノポリシロキ
サンとの混合物に硬化剤として白金系触媒を加えたもの
などが挙げられ、導電体としては、カーボン粉末、カー
ボンビーンズ、金属粉末、カーボン短繊維、ウィスカー
状カーボンが挙げられる。
【0037】正特性抵抗組成物は組成物中の化合物比を
変化させることにより、電気抵抗値が急変する温度を変
化させることができる。本発明においては、したがっ
て、目的とする伝熱条件を達成できる温度特性をもった
正特性抵抗組成物を適宜選択すればよい。
【0038】
【発明の効果】以上の通り、本発明のファウリング測定
方法及び装置によると、伝熱条件下でのファウリングを
簡易に測定できる。また、本発明の装置によってファウ
リングをオンライン測定することによってファウリング
防止対策の効果を迅速に評価できる。なお、発熱体とし
て正特性を有する抵抗組成物(PTCヒータ)を用いる
ことによって、伝熱状態にあるパイプ内表面に付着する
ファウリング量を安全かつコンパクトな装置で測定でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係るファウリング測定方法及びそ
のための装置を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
1 パイプ 2 加熱部材 3 差圧計 4,5 導圧管 6,7 導線
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−26809(JP,A) 特開 平2−96644(JP,A) 米国特許4346587(US,A) Standard Recommen ded Practice On−Li ne Monitoring of C ooling Waters,NACE STANDARD RP0189−89,N ACE INTERNATIONAL, 1990年4月,ITEM NO.53070 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 9/26 G01D 21/00 G01F 22/02 G01N 25/18 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パイプの内部に流体を流通させ、該パイ
    プの内面へのファウリングの付着量を測定するファウリ
    ング測定方法において、該パイプの外周にPTCヒータ
    を発熱体としたシート状加熱部材を設け、該シート状加
    熱部材によって該パイプを加熱し、伝熱条件下のファウ
    リング量を測定することを特徴とするファウリング測定
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、ファウリング量を、
    流体の圧力損失の計測から測定するか、又はパイプ内面
    から付着物を取り出してその重量又は体積を計測するこ
    とにより測定することを特徴とするファウリング測定方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1のファウリングの測定方法に用
    いられるファウリング測定装置であって、内部に流体が
    流通されるパイプと、該パイプの外周に設けられたPT
    Cヒータを発熱体としたシート状発熱体とを備えてなる
    ファウリング測定装置。
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JP5615105B2 (ja) * 2010-09-09 2014-10-29 積水化成品工業株式会社 断熱容器と冷媒との性能評価方法、この性能評価方法を利用した性能評価装置、性能評価装置用プログラムおよび該プログラムを記録した記録媒体

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Standard Recommended Practice On−Line Monitoring of Cooling Waters,NACE STANDARD RP0189−89,NACE INTERNATIONAL,1990年4月,ITEM NO.53070

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