JP4026402B2 - 熱交換器の洗浄方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器の洗浄方法に係り、特に洗浄中の熱交換器の熱交換性能の回復状況を自動的にかつリアルタイムで把握することにより洗浄の効果や洗浄の終了時期を的確に判定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器では、運転を継続することにより、スケールやスライム等の汚れが付着する。熱交換器に汚れが付着すると熱交換性能が低下してエネルギー効率が著しく低下するため、これを除去するための洗浄が行われる。
【０００３】
従来の熱交換器の洗浄において、洗浄終了の判定方法としては、洗浄液を分析する方法がある。この方法は、洗浄中に洗浄液に溶出した汚れ成分のうちの特定の成分の濃度を測定し、この経時変化を監視して、濃度が一定となった時点で洗浄終了とする方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の洗浄終了の判定方法は、熱交換器に付着した汚れ成分のうちの特定の成分の洗浄液への溶出傾向を分析して監視するものであり、必ずしも汚れ全体の除去状況を把握できるものではない。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、熱交換器の洗浄中に、熱交換器の汚れの除去状況、即ち熱交換性能の回復状況を自動的にかつリアルタイムで把握して、洗浄の終了時期を的確に判定する熱交換器の洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱交換器の洗浄方法は、熱交換器の洗浄に当たり、該熱交換器の総括伝熱係数（以下「Ｕ値」と称すことがある。）を測定する装置を仮設し、洗浄中の該熱交換器のＵ値の経時変化を計測することにより、該熱交換器の熱交換性能の回復状況を検出する熱交換器の洗浄方法であって、熱交換器の高温側流体及び低温側流体の流入用ノズル及び流出用ノズルの外面に温度センサとして熱電対を添着して各流体の温度を計測すると共に、熱交換器に洗浄液を循環流通させるように接続された洗浄用循環ラインに超音波流量計を設け、これらの温度センサ及び超音波流量計の検出温度及び流量に基づいて総括伝熱係数を演算し、この総括伝熱係数の値が略一定の値となったときに洗浄の終了判定を行うことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、熱交換器にＵ値計測装置を仮設し、この仮設の計測装置でＵ値を自動的かつリアルタイムで計測することにより熱交換器の熱交換性能の回復状況を把握することができ、この結果に基いて的確な洗浄の終了判定を行うことができる。即ち、洗浄中に熱交換器のＵ値を仮設のＵ値計測装置で計測し、計測されたＵ値が略一定の値となったときには、熱交換性能の伝熱面の付着している汚れの除去量に変化がなくなり、熱交換性能が一定となったときであり、洗浄の終了と判断することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の熱交換器の洗浄方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の熱交換器の洗浄方法の実施の形態を示す系統図である。この熱交換器は周知多管円筒形熱交換器であり、１は胴、２は胴ふた、３は仕切室側胴フランジ、４は胴ふた側胴フランジ、５ａ，５ｂは胴側ノズル、６は遊動管板、７は遊動頭ふた、８は遊動頭フランジ、１０は固定管板、１１は仕切室、１２は仕切室ふた、１３ａ，１３ｂは仕切室側ノズル、１５は邪魔板および支持板、１７は仕切板、２１は支持脚、２３は伝熱管である。
【００１１】
高温側流体は胴側ノズル５ａから胴１内に導入され、伝熱管２３内の低温側流体を加熱し、胴側ノズル５ｂから流出する。
【００１２】
低温側流体は、仕切室側ノズル１３ａから仕切室１１（下側）内に流入し、伝熱管２３、遊動頭、伝熱管２３、仕切室１１（上側）を経て仕切室側ノズル１３ｂから流出する。
【００１３】
この伝熱管２３内を洗浄するために、仕切室側ノズル１３ａ，１３ｂの間に洗浄用循環ライン３０が設置されており、この循環ライン３０にクーラ３１、ポンプ３２及び薬注ユニット３３が設けられている。
【００１４】
この熱交換器のＵ値を計測するために、胴側ノズル５ａ，５ｂ及び仕切室側ノズル１３ａ，１３ｂにそれぞれ温度センサとしての熱電対４０が取り付けられ、各ノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂを通過する流体の温度を計測可能としている。なお、この熱電対４０は熱交換器に対し洗浄時にのみ仮設されるものであり、例えば次のように簡易に着脱しうるように取り付けられている。
【００１５】
即ち、熱電対４０をノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂに取り付けるには、まずノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂの外面の熱電対取付予定部を研磨した後、熱電対４０をこの熱電対取付予定部に当て、耐熱テープで固定する。次いで、グラスウール等の断熱材をノズルに巻き付け、外れないように番線で縛り付ける。
【００１６】
このようにして各ノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂに取り付けられた熱電対４０の検出温度信号は信号ケーブルを介してＵ値測定装置５０に入力される。また、前記洗浄用循環ライン３０内を流れる流体の流量を検出するために流量計４１を該ライン３０に設ける。この流量計４１としては、配管の外部から流量を検出できるポータブル形超音波流量計が用いられている。この超音波流量計４１の検出信号は信号ケーブルを介してＵ値測定装置５０に入力される。
【００１７】
このＵ値測定装置５０は、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）、ＡＤ変換器及びパソコンより構成されている。
【００１８】
熱電対４０及び超音波流量計４１からの温度、流量信号をＰＬＣを介してＡ／Ｄ変換器に入力し、ディジタル信号に変換した後、パソコンに入力し、Ｕ値を演算する。
【００１９】
このＵ値測定装置５０には、対象熱交換器の胴側パス数や伝熱面積、温度補正係数表、流体比熱の諸データを予め入力しておき、これに測定温度、測定流量のデータが加わることでコンピューター上でＵ値演算が連続的に自動で行われるようにプログラムされている。
【００２０】
Ｕ値測定装置５０は、重量３０ｋｇ程度でキャスター付なので設置場所を選ばず、可搬型である。また防滴仕様なので屋外でも使用できる。装置中央には液晶ディスプレイが取り付けられ、各データは数値として、あるいはグラフとしてリアルタイムに表示される。保存データは３分間に１回の割合で保存されており、コンパクトフラッシュ等のメモリーにデータを転送して、一般のコンピューターでデータ解析できるようになっている。
【００２１】
熱交換器のＵ値は、このパソコンにおいて、測定値を以下の関係式に代入することにより算出することができる。また、算出されたＵ値から、汚れによる伝熱抵抗（以下「汚れ抵抗」と称す。）Ｒｆを求めることができるので、汚れの付着厚さＬｆを算出することも可能である（飯島一成 “入門・機械＆保全ブックス▲３▼熱交換器の本”（１９９４） 日本プラントメンテナンス協会，亀井三郎編 “新版科学機械の理論と計算”（１９５９） 産業図書株式会社）。
【００２２】
１）熱交換器のＵ値［ｋｃａｌ／ｍ^２・ｈｒ・℃］には次の関係式が成り立つ。
【００２３】
【数１】

【００２４】
２）伝熱量Ｑ［ｋｃａｌ／ｈｒ］には次の関係式が成り立つ。
【００２５】
【数２】

【００２６】
３）対数平均温度差ＬＭＴＤ［℃］には次の関係式が成り立つ。
【００２７】
【数３】

【００２８】
４）温度差補正係数Ｆは、向流型二重管式熱交換器よりも流れが複雑な熱交換器に採用される補正係数である。シェル側、チューブ側のパス数及び下式のＰ、Ｒの値より図２（D. Q. Kern,“Process Heat Transfer”Fig18〜23）の補正係数曲線からＦを求める。
【００２９】
【数４】

【００３０】
５）汚れ抵抗Ｒｆ［ｍ^２・ｈｒ・℃／ｋｃａｌ］には次の関係式が成り立つ。
【００３１】
【数５】

【００３２】
６）汚れの付着厚さＬｆ［ｍ］には次の関係式が成り立つ。
【００３３】
【数６】

【００３４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３５】
実施例１
図１に示す熱交換器に高温側流体として蒸留塔のタワーボトムの油を流通させ、低温側流体として洗浄液を流通させた。
【００３６】
この熱交換器の洗浄を行うために、図１の通り洗浄用循環ライン３０をノズル１３ａ，１３ｂ間に接続すると共に、各ノズル５ａ，５ｂ，１３ａ，１３ｂに熱電対４０を前記の如くして取り付けた。各熱電対４０及び循環ライン３０に付設した超音波流量計４１からの信号を信号ケーブルを介してＵ値測定装置５０に入力し、これらの温度及び流量の測定データから前述の計算式によりＵ値を求めると共に、同様に仮設の計器によりＵ値を求め、結果を表１に示した。
【００３７】
なお、Ｕ_０値は、汚れが付着していない状態のＵ値であり、本設計器では、洗浄後の運転再開時の値とした。また、仮設計器では、洗浄終了時の値とした。
【００３８】
表１には、得られたＵ_０値とＵ値から前記（５）式より算出した汚れ抵抗Ｒｆの値と、この汚れ抵抗Ｒｆから重質油汚れの熱伝導度λを０．０８６（ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）として、前記（６）式より伝熱面に付着した汚れの付着厚さＬｆを算出した結果もそれぞれ併記した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１より明らかなように、本設計器と仮設計器では測定温度のデータに違いがあるものの、洗浄前後のＵ値の差から求めたＲｆの値は本設０．００７２１、仮設０．００６６３（ｍ^２・ｈｒ・℃／ｋｃａｌ）と近似しており、また、この値から導き出される付着厚さＬｆは本設０．６２（ｍｍ）、仮設０．５７（ｍｍ）と近似しており、実際の付着厚さも熱交換器の開放点検時の値（０．５〜０．７ｍｍ程度）と大差無い値であった。
【００４１】
この結果から、本発明に従って仮設のＵ値計測装置を設けることにより洗浄中の熱交換性能の回復状況（汚れの除去状況）を監視することができることがわかる。
【００４２】
上記結果から、洗浄中の熱交換器のＵ値が略一定となった時点を洗浄の終了と判定することとし、以降、洗浄中に仮設の計器によりデータを測定し、算出されたＵ値がこの値となった時点で洗浄を終了する洗浄操作を行ったところ、最適な洗浄時間で良好な洗浄結果を得ることができた。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の熱交換器の洗浄方法によれば、熱交換器の洗浄中に、熱交換器の汚れの除去状況、即ち熱交換性能の回復状況を自動的にかつリアルタイムで把握して、洗浄の終了時期を的確に判定することができ、最適な洗浄時間で効率的な洗浄を行って良好な洗浄効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の洗浄方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】熱交換器の温度補正係数曲線のグラフである。
【符号の説明】
１ 胴
２ 胴ふた
３ 仕切室側胴フランジ
４ 胴ふた側胴フランジ
５ａ，５ｂ 胴側ノズル
６ 遊動管板
７ 遊動頭ふた
８ 遊動頭フランジ
１０ 固定管板
１１ 仕切室
１２ 仕切室ふた
１３ａ，１３ｂ 仕切室側ノズル
１５ 邪魔板および支持板
１７ 仕切板
２１ 支持脚
２３ 伝熱管
３０ 洗浄用循環ライン
４０ 熱電対
４１ 超音波流量計
５０ Ｕ値測定装置

Claims (1)

1. 熱交換器の洗浄に当たり、該熱交換器の総括伝熱係数を測定する装置を仮設し、洗浄中の該熱交換器の総括伝熱係数の経時変化を計測することにより、該熱交換器の熱交換性能の回復状況を検出する熱交換器の洗浄方法であって、
   熱交換器の高温側流体及び低温側流体の流入用ノズル及び流出用ノズルの外面に温度センサとして熱電対を添着して各流体の温度を計測すると共に、
   熱交換器に洗浄液を循環流通させるように接続された洗浄用循環ラインに超音波流量計を設け、
   これらの温度センサ及び超音波流量計の検出温度及び流量に基づいて総括伝熱係数を演算し、
   この総括伝熱係数の値が略一定の値となったときに洗浄の終了判定を行うことを特徴とする熱交換器の洗浄方法。

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