JP3342289B2 - 熱交換器、熱交換器用管支持板及びその製造方法 - Google Patents
熱交換器、熱交換器用管支持板及びその製造方法Info
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Description
ラント、化学プラント等の熱交換器に関し、さらに詳し
くは水中のマグネタイトなどの鉄酸化物が付着すること
を軽減・防止した熱交換器用管支持板及びその製造方法
に関する。
ト等の熱交換器において、熱交換器内に配置された伝熱
管は管支持板により横方向に支持されている。管支持板
の構成材料には炭素鋼やSUS系ステンレス鋼が一般に
使用されている。図6は一例としてシェルアンドチュー
ブ方式の縦型熱交換器10の内部を概念的に示したもの
であるが、その内部においては、伝熱管13を多数配置
して伝熱管束を構成しており、それら伝熱管束は管支持
板18により支持されている。外胴、すなわちシェル1
1と一体的に形成された管板12に多数の逆U字形伝熱
管13の両端が挿入・接合されている。そして150〜
350℃の高温の加熱流体14が水室15に流入し、こ
の加熱流体14が伝熱管13を貫流し、後述するように
熱を与えて低温になり、水室16から流出する。種々の
曲げ半径を有する多数の伝熱管13は伝熱管束を形成
し、これはラッパー筒17によって囲まれると共に複数
の管支持板18により横方向に支持されている。そして
給水ノズル19を通って流入した給水20はラッパー筒
17とシェル11の間を流れ下り、管板12の上面で反
転して伝熱管13に沿って上昇する。その際、熱交換に
より加熱流体14から熱を奪い、昇温し、沸騰し、蒸気
になる。この蒸気21は蒸気ノズル25から流出し、例
えば蒸気タービンに向かう。
得る剛性、機械的強度をもつと共に、上昇する給水20
の流れを少ない抵抗で通さなければならない。従来よ
り、給水20には系統から発生する錆等からなる鉄酸化
物(スケール)が含まれており、これらのスケールが次
第に管支持板18に付着して、給水流路穴5(後述の図
1参照)の断面積を減少させることがある。
持板には、構成材料として炭素鋼、ステンレス鋼等が使
用されいる。この炭素鋼、ステンレス鋼の表面に生成す
る表面皮膜はスピネル型構造という立方晶型結晶であ
り、一方熱交換器の給水中に含まれるFe3 O4 (マグ
ネタイト)なる鉄酸化物(スケール)も同じスピネル型
構造の立方晶結晶であるために、互いに結び付き易い傾
向にある。このため管支持板には、給水中の鉄が鉄酸化
物(スケール)として付着して、熱交換器の長時間の運
転を経て、その付着量が増加することを経験している。
流路として、例えば直径15mm程度の穴が数多くあけ
られており、時間が経過するに伴って、前述したスケー
ルが該穴に付着してゆき、流路断面積を減少させること
がある。この結果として、給水流量の減少、給水流路穴
断面積の違いに基づく熱交換された給水水位が不安定に
なる等の問題を有している。
するものであり、熱交換器の伝熱管を支持する管支持板
への鉄酸化物の付着を軽減・防止して、常に安定した1
00%出力或いはそれに極力近い出力を確保できる熱交
換器のための管支持板及びその製造方法を提供しようと
するものである。
蒸気の入口ノズルと出口ノズルとを有する胴と、該胴内
に配置され前記給水又は蒸気との熱交換を行う媒体が流
通する伝熱管と、かかる伝熱管の一端と他端とにそれぞ
れ連通する前記胴に設けられた入口水室と出口水室と、
前記伝熱管を支持する給水流路穴を有する管支持板とを
具備した熱交換器における管支持板であって、管支持板
の表面が鉄濃度を0.5g/リットル以下に管理したク
ロムメッキ浴中でクロムメッキして形成したクロムで被
覆されてなることを特徴とする熱交換器用管支持板、
(2)上記(1)のクロムを酸化処理することにより、
クロム被覆上にさらに六方晶型酸化クロムを被覆してな
ることを特徴とする熱交換器用管支持板、(3)前記熱
交換器が、原子力発電プラントの熱交換器であることを
特徴とする請求項1又は2の熱交換器用管支持板、
(4)給水又は蒸気の入口ノズルと出口ノズルとを有す
る胴と、該胴内に配置され前記給水又は蒸気との熱交換
を行う媒体が流通する伝熱管と、かかる伝熱管の一端と
他端とにそれぞれ連通する前記胴に設けられた入口水室
と出口水室と、前記伝熱管を支持する上記(1)〜
(3)のいずれかの熱交換器用管支持板とを具備するこ
とを特徴とする熱交換器及び(5)熱交換器用管支持板
を、鉄濃度を0.5g/リットル以下に管理したクロム
メッキ浴中でクロムメッキし、該支持板の表面に鉄分の
存在しないクロムを被覆させることを特徴とするスケー
ルの付着を軽減・防止可能な熱交換器用管支持板の製造
方法である。
はステンレス鋼の管支持板の表面に被覆されるクロムの
厚さは5〜100μmが好ましく、この被覆層は鉄濃度
を0.5g/リットル以下に管理したクロムメッキ浴中
でのクロムメッキによって形成することができる。ま
た、本発明の第2において、同じ管支持板の表面に被覆
されるクロムの厚さは上記と同じ範囲であり、さらにそ
のクロムを酸化処理することによって該クロム被覆層上
に被覆される六方晶型酸化クロムの厚さは0.01〜1
μm程度が好ましい。この六方晶型酸化クロム被覆は先
に被覆されたクロム層を適宜酸化処理することによって
形成させることができる。本発明の第3は用途を原子力
発電プラントに限定した前記本発明の第1或いは第2の
管支持板である。本発明の第4は前記本発明の第1〜第
3のいずれかの管支持板を備えた熱交換器にかかるもの
である。また、本発明の第5は熱交換器用管支持板にク
ロムをメッキ被覆するに際し、クロムメッキ浴の鉄濃度
を0.5g/リットル以下に管理することによって行う
ことができる。
したクロムの極薄い表層面が自然に生成する六方晶型結
晶である酸化クロム層となり、又、管支持板へ被覆した
クロムを酸化処理することにより該表面に、前記の自然
に生成する酸化クロム層よりも厚い酸化クロム層が生成
されて、それら酸化クロム層が存在することにより、管
支持板への立方晶型結晶である鉄酸化物(スケール)の
付着を軽減・防止できる。その結果、スケールの管支持
板への付着に起因する管支持板の給水流路断面積の減
少、ばらつき等の面積変化を少なくし、或いは防止する
ことができ、常に安定した熱交換を達成できるようにな
る。
たクロム中にメッキ浴から由来する鉄分が存在すると、
スケール付着の軽減・防止の効果が損なわれることとな
るが、クロムメッキ浴中の鉄分濃度が0.5g/リット
ル以下となるように管理することにより、形成されたク
ロム中には鉄分が殆ど存在しなくなり、スケール付着軽
減・防止の効果を十分に奏しうるものとなる。
明の効果を明らかにする。
よって説明する。図1において、(a)は熱交換器用管
支持板の上面図、(b)は(a)のA−A断面図、
(c)はクロム被覆管支持板の拡大断面図である。図1
の(a),(b)において、1は熱交換器用管支持板、
4は伝熱管、5は流路穴を示し、この熱交換器内は25
0〜350℃域の系統水に満たされて、熱交換が行なわ
れている。この実施例の場合には熱交換器用管支持板1
の接液部全面が図1の(c)に示すようにクロム被覆層
(厚さ:25±5μm)2で被覆されている。このクロ
ム被覆層2はメッキ液として硬質クロムメッキ液(サー
ゼント液)を使用し、電流密度:0.2A/cm2 、温
度:50℃、時間:1.5時間で形成されたものであ
る。
下(285℃、60atm、NH3:0.5ppm、N
2 H4 :0.5ppm)でマグネタイトのクロム被覆層
2への付着試験を実施した結果、マグネタイトのクロム
被覆層2への付着は殆ど認められず、これに対し、SU
S304は約10倍の付着量であった。(図2参照)
よって説明する。図3において、1は熱交換器用管支持
板、2はクロム被覆層、3は六方晶型酸化クロム層を示
す。この六方晶型酸化クロム層3は前述した図1(c)
に示したクロム被覆層2を200℃で2時間酸化するこ
とによって得られたものであり、この場合は厚さ:0.
1μmであった。
条件下でマグネタイトの六方晶型酸化クロム層3への付
着試験を実施した結果、9000時間後でもマグネタイ
トの付着は殆ど認められず、SUS304の1/150
程度であった。
でクロム被覆層へのマグネタイトの付着量は0.05m
g/cm2 以下で、SUS304への付着量(0.52
mg/cm2 )の約1/10であったが、実施例2の場
合、9000時間でも六方晶型酸化クロム層へのマグネ
タイトの付着量は10μg/cm2 以下で、SUS30
4の付着量(1.5mg/cm2 )の約1/150であ
った。
鉄濃度:6g/リットル以下、電流密度:0.1〜0.
4A/cm2 、温度:30〜60℃、無水クロム酸濃
度:220〜250g/リットル、硫酸濃度:2.2〜
2.5g/リットルで行われるが、ここでは鉄濃度:
0.01g/リットル、無水クロム酸濃度:240g/
リットル、電流密度:0.2A/cm2 、温度:50
℃、時間:1時間で熱交換器用管支持板にクロムメッキ
した。この結果、生成されたクロムメッキ層には鉄分は
存在しなかった。
る以外は上記クロムメッキ浴と同じ浴を使用し、同じ条
件で熱交換器用管支持板にクロムメッキを施した。実施
例条件、比較例の条件の結果を図4に示す。図4より、
クロムメッキ浴中の鉄濃度が0.5g/リットル以下で
生成するクロムメッキ層中には鉄分の存在は認められ
ず、一方0.5g/リットルを越える鉄濃度を有するク
ロムメッキ浴で生成したクロムメッキ層中には鉄分が存
在していることが判る。
長時間実施した時に、管支持板に付着するスケールの相
対比較例を図5に示す。図5より、本発明の実施例方法
でクロムメッキした該管支持板のスケール付着量が著し
く減少することが確認された。
板によれば、マグネタイト等の鉄酸化物のスケール付着
をほぼ完全に防止することができ、該管支持板を備えた
熱交換器において、常に安定した熱交換を行い得る効果
が奏される。また、本発明のクロムメッキ処理条件によ
ればクロムメッキ層中には鉄分が存在せず、スケールの
付着軽減・防止効果が奏せられる熱交換器用管支持板を
製造することができる。
面図、断面図及びクロム被覆管支持板の拡大断面図。
ト付着試験結果を示す図表。
の拡大断面図。
キ層中の鉄含有率を示す図表。
いクロムと比較例における鉄分を含有するクロムがメッ
キされた熱交換器用管支持板に付着するスケールの比較
図表。
部構造を概念的に示す図表。
Claims (5)
- 【請求項1】 給水又は蒸気の入口ノズルと出口ノズル
とを有する胴と、該胴内に配置され前記給水又は蒸気と
の熱交換を行う媒体が流通する伝熱管と、かかる伝熱管
の一端と他端とにそれぞれ連通する前記胴に設けられた
入口水室と出口水室と、前記伝熱管を支持する給水流路
穴を有する管支持板とを具備した熱交換器における管支
持板であって、管支持板の表面が鉄濃度を0.5g/リ
ットル以下に管理したクロムメッキ浴中でクロムメッキ
して形成したクロムで被覆されてなることを特徴とする
熱交換器用管支持板。 - 【請求項2】 請求項1のクロムを酸化処理することに
より、クロム被覆上にさらに六方晶型酸化クロムを被覆
してなることを特徴とする熱交換器用管支持板。 - 【請求項3】 前記熱交換器が、原子力発電プラントの
熱交換器であることを特徴とする請求項1又は2の熱交
換器用管支持板。 - 【請求項4】 給水又は蒸気の入口ノズルと出口ノズル
とを有する胴と、該胴内に配置され前記給水又は蒸気と
の熱交換を行う媒体が流通する伝熱管と、かかる伝熱管
の一端と他端とにそれぞれ連通する前記胴に設けられた
入口水室と出口水室と、前記伝熱管を支持する請求項1
〜3のいずれかの熱交換器用管支持板とを具備すること
を特徴とする熱交換器。 - 【請求項5】 熱交換器用管支持板を鉄濃度を0.5g
/リットル以下に管理したクロムメッキ浴中でクロムメ
ッキし、該支持板の表面に鉄分の存在しないクロムを被
覆させることを特徴とするスケール付着の軽減・防止可
能な熱交換器用管支持板の製造方法。
Priority Applications (3)
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