JP4451520B2 - 竪型熱交換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、竪型熱交換器およびその熱交換器の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、一般的な多管式熱交換器の断面図である。従来、ベント管６は、図１に示されるように、開口部の強度を補うため補強輪などを用いて溶接されるため、管板からある程度の距離が必要であり、熱交換器１の上管板８の下方付近に取り付けられていた。このような竪型熱交換器では、例えば、高温液体を管側流体通過管２から導入して管側流体通過管３より抜き出し、低温液体を胴側流体通過管４から導入して胴側流体通過管５より抜き出す場合に、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、運転開始時には、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で、ガスを追い出し、通常運転時には、ドレン管７およびベント管６は共に閉の状態で運転していた。
【０００３】
しかし、このような使用方法では、ベント管６と上管板８との間に気相部が生じ、この部分の伝熱面積が減少して熱交換効率の低下を招いていた。さらに、気液界面部において、熱交換器内部および多管の外部の腐食を誘発する原因ともなっていた。
【０００４】
また、多管式熱交換器の運転を停止した場合には、胴側に溜まったスラッジまたは流体を抜き出すためにドレン管７を利用するが、胴の開口部の強度を補うため補強輪などを用いて溶接されるため、管板からある程度の距離が必要であり、ドレン管７が下管板９より上に設けられていることから、ドレン管７より下部に堆積したスラッジなどを抜き出すことができず、絶えず熱交換器底部にスラッジなどの堆積が見られ、あるいは液体の一部が抜き取られずに残っていた。
【０００５】
さらに、スパイラル式熱交換器においても、多管式熱交換器と同様な問題が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は上記の問題点を解決して、伝熱効率の向上、耐食性の向上した竪型熱交換器を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、かかる熱交換器を用いる熱交換器の使用方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの検討によれば、上記問題点を解決するために、多管式熱交換器においては、胴側に液体を通過させる場合には、気体の滞留の問題から上向きに通過させることが望ましい。つまり、図１で示されるように、高温液体を管側流体通過管２から導入して管側流体通過管３より抜き出し、低温液体を胴側流体通過管４から導入して胴側流体通過管５より抜き出していたが、この場合、ベント管６より上部に液部を作ることが難しく気相部が生じていたが、ベント管を熱交換器の上管板部８に取り付け、または曲がったベント管を利用し、さらに、胴側流体通過管５およびベント管６からの配管を接続し、出口側で背圧をかけることにより胴部に滞留したガスを新たに配管に設けたノズルから追い出すことができ、熱交換器に溜まった気相部をなくし、熱交換に必要な伝熱面積の減少を抑えて伝熱効率を向上させるとともに、気液界面部において生じる腐食を防止することができることを見出して、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明の目的は、ベント管の一端の少なくとも一部が上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成され、その他端が熱交換器の外側でベント管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続され、かつ、ベント管の一端は上管板と熱交換器胴側との境界に、ベント管の内面が上管板と面する状態で、熱交換器に溜まったガスを排出できるように取り付けられてなり、および／またはドレン管の一端の少なくとも一部が下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成され、その他端が熱交換器の外側でドレン管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続され、かつ、ドレン管の一端は下管板と熱交換器胴側との境界に、ドレン管の内面が下管板と面する状態で、熱交換器に溜まったスラッジまたはドレンを熱交換器の停止時に排出できるように取り付けられてなることを特徴とする竪型熱交換器によって達成される。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、流体の一部または全量を上記の竪型熱交換器のドレン管を通じて投入または抜き出すことを特徴とする竪型熱交換器の使用方法によって達成される。
【００１２】
本発明の目的は、また、流体の一部または全量を上記の竪型熱交換器のベント管を通じて投入または抜き出すことを特徴とする竪型熱交換器の使用方法によって達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される竪型熱交換器には、通常、水などの流体に随伴し、または熱交換の際に発生して胴上部に溜まったガス類（以下、ガスと称する）を排出する目的でベント管が、さらに水蒸気、水などの流体に随伴し、胴下部に堆積したスラッジなどを排出する目的でドレン管が設けられている。ここで、竪型熱交換器とは、熱交換器内に設置されている多管が鉛直方向に設けられている従来公知の多管式熱交換器；上下カバーが水平方向に設置され、そのカバーに流体出入口に設けられている従来公知のスパイラル式熱交換器など、例えば、スパイラル式熱交換器では、第１の流体が外周から内心へ、第２の流体が内心から外周へ、それぞれ渦巻き流の対向流として流れるタイプ、第１の流体は渦巻き流となって内心に向かい、第２の流体は軸方向に進行した後、凝縮しながら渦巻き流となって外周へ、第１の流体と対向して流れるタイプなどをいう。
【００１４】
本発明では、ベント管の熱交換器内にある一端の少なくとも一部が上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成されている。具体的には、ベント管が上管板から構成され、ベント管の一部が上管板から構成され、さらに必要により管が溶接などの公知の方法で取り付けられた手段が例示できる。ベント管の熱交換器の外側にある他端が熱交換器の外側でベント管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続されている。流体通過管とは、流体が通過できる管であれば特に限定されるものではなく、中空の管自体、管の端部にフランジを取り付けたものなどを例示できる。ここで、直近の流体通過管とは、多管式熱交換器においては胴側に設けられた流体の出口管または入口管を、スパイラル式熱交換器においては熱交換器サイド面に設けられた流体の出口管または入口管をいう。管板部とは、管板自体はもちろん、管板に付属するフランジなどの部分も含むものをいう。
【００１５】
ドレン管の熱交換器内にある一端の少なくとも一部が下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成されている。具体的には、ドレン管が下管板から構成され、ドレン管の一部が下管板から構成され、さらに必要により管が溶接などの公知の方法で取り付けられた手段が例示できる。ドレン管の熱交換器の外側にある他端が熱交換器の外側でドレン管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続されている。流体通過管、直近の流体通過管および管板部の説明については、ベント管における説明と同じである。
【００１６】
また、ベント管またはドレン管などの管はガスまたはスラッジなどを排除できるものであれば特に制限されるものではなく、中空の管、ノズルなどの公知の材料を用いることができる。
【００１７】
熱交換器の軸方向から見たベント管（ドレン管）と直近の同一流体通過管とのなす角度は、溶接、配管施工上の最小角度が決められるが、熱交換器の軸方向から見て１０゜以上とすることが好ましい。なお、ドレン管は、通常、一つ設けられているが、熱交換器の大きさ、用いられる流体の性質を考慮して複数設けてもよい。
【００１８】
また、熱交換器に溜まったガスをベント管から排出する際に、偏流を生じさせない範囲で熱交換器自体を傾斜させて保持することにより、ベント管の位置を最上部として熱交換器内溜まったガスを排出し易くしてもよい。同様に、ドレン管を最下部に設ければ、熱交換器内に堆積したスラッジなどを排出しやすい。
【００１９】
さらに、熱交換器の胴（サイド）内直径（Ｄ）とベント管の内直径（ｄ）、ベント管の個数（Ｎ）が次式次式Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝１０〜６０の関係を満たすことが好ましい。もちろん、胴の直径とベント管の直径は同一単位をとる。ベント管の設置については、伝熱効率の向上、耐食性の向上の観点から、胴側に滞留するガスをできる限り追い出すため、ベント管の個数を多く取ることが望ましいが、１０未満の場合には製作上または配管施工上その個数に制限があり、一方、６０を越える場合にはベントガスが抜ききらずに伝熱効率が低下し、また、腐食を誘発するため好ましくないことから、上記の式の関係を満たすことが必要である。
【００２０】
本発明には含まれないが、従来のベント管またはドレン管を曲管に変える態様も挙げられる。Ｌ字管などの曲管を用いることにより、例えばベント管では、ベント管の胴への取付位置が上管板から離れていたとしても、ベント管の一端を上管板の下近傍に配置することができるので、胴上部に滞留するガスを十分に排出することが可能である。なお、上管板に近い曲管の一端の切り口は胴上部に溜まったガスを排出できれば特に制限されることなく、曲管の長さ方向に対して垂直、鋭角など任意の角度をもっていてもよい。以上、ベント管について説明したが、ドレン管についても同様である。
【００２１】
流体の一部または全量を本発明の竪型熱交換器のドレン管を通じて導入または排出することが好ましい。ドレン管を、例えば、胴（サイド）側流体通過管の代わりに用いれば、ドレン管が熱交換器胴（サイド）側の最下部に位置することから、熱交換器下部の流体に流動性を与えて撹拌することができる。また、ドレン管の内径が相対的に小さい場合には、流体を全量流すことはできないが、流体の一部を定常的にまたは間欠的に流すことによっても、熱交換器下部の流体に流動性を与えることが可能である。
【００２２】
流体の一部または全量を本発明の熱交換器のベント管を通じて投入または排出することが好ましい。ベント管を、例えば、胴（サイド）側流体通過管の代わりに用いれば、ベント管が熱交換器胴（サイド）側の最上部に位置することから、熱交換器内に溜まったガスを直ちに排出することができる。また、ベント管の内径が相対的に小さい場合には、流体を全量流すことはできないが、流体の一部を定常的にまたは間欠的に流すことによっても、熱交換器内に発生したガスを排出することが可能である。
【００２３】
また、本発明の竪型熱交換器において、（メタ）アクリル酸またはその水溶液；ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート等の（メタ）アクリル酸エステルなどの易重合性物質を製造時などにおいて熱交換処理する場合に、いずれか一方の流体として用いると、重合の生ずる割合を実質的に低減し、効果的に熱交換を行うことができることから好ましい。
【００２４】
以下、図面を用いて本発明をより詳細に説明する。ただし、流体の流れる方向は、特に制限を受けることなく、熱交換に用いられる流体の性質によって出口および入口を任意を設定してもよい。
【００２５】
図２は本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ベント管の一取付位置を示す説明図である。図２において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ベント管６の一端はフランジ１２を介して上管板８と熱交換器胴側１１との境界に、ベント管６の内面が上管板８と面する状態で、熱交換器１に溜まったガスを排出できるように取り付けられている。
【００２６】
図３はその他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ベント管のその他の取付位置を示す説明図である。図３において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ベント管６の一端はフランジ１２および上管板８を貫通して熱交換器１内部に達し、熱交換器１に溜まったガスを排出できるように取り付けられている。
【００２７】
本発明には含まれないが、ベント管の形式としては、上記の他にも、曲管を用い一端を上管板下近傍に配置する形式も挙げられる。具体的には、図４に示されるベント管を例示できる。図４は、本発明には含まれないが、多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ベント管の別の取付形式を示す説明図である。図４において、ベント管の一端の少なくとも一部を上管板部に取り付けることなく、ベント管６ａはＬ字管などの曲管を熱交換器胴側１１の外側から挿入して、曲管の一端を上管板下の近傍に配置させ、熱交換器胴側１１で固定し、熱交換器１胴内に溜まったガスを排出できるようにしてある。
【００２８】
図５はベント管と胴側流体通過管との間の接続方法を示す説明図である。図５（ａ）は配管の接続方法の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はフランジ１７を経て、胴側流体通過管５からバルブ１５を経た導管と接続されている。さらに、出口側配管を上管板８より高くすることによって熱交換器胴側を液満状態に維持できるので、熱交換器１上部に溜まったガスを、必要によりバルブ１５を調整して熱交換器１から容易に追い出すことができ、その後、配管に設けられたノズル１３などの公知の排出手段からガスを抜き出すことができる。
【００２９】
図５（ｂ）は配管の接続方法のその他の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はフランジ１７を経て、胴側流体通過管５からオリフィス１９を経た導管と接続されている。オリフィス１９が設けられて加圧状態となっているので、ベント管６からの流量が相対的に増加し、熱交換器１内に溜まったガスを伴って流出し、かかるガスは導管中に設けられたノズル２１を一部閉じ、ノズル１３を開けることにより追い出すことができる。
【００３０】
図５（ｃ）は配管の接続方法の別の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はバルブ２３を経て、胴側流体通過管５からバルブ２５を経た導管と接続されている。
【００３１】
図５（ｄ）は配管の接続方法のその他の別の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はフランジ１７、フランジ２７を経て、胴側流体通過管５からバルブ２５を経た導管と接続されている。さらに、出口側配管を上管板部より高くすることによって熱交換器１の胴側が液満状態になるので、熱交換器１上部に溜まったガスを熱交換器１から容易に追い出すことが可能である。
【００３２】
また、上記とは逆に熱交換器１に上述の胴側流体通過管５およびベント管６を通じて流体を投入する場合、図５（ａ）に示すノズル１５を絞ることによりフランジ１７を通じてガスを投入することができ、熱交換器１上部のガスの流動性を高めることができ、熱交換器１の全体的な伝熱効率を向上させることができる。
【００３３】
図５（ｂ）に関しては、オリフィス１９が設けられていることにより加圧状態となり、ベント管６からの流量が相対的に増加し、熱交換器１の胴側上部の流動性を高めることができる。
【００３４】
図５（ｃ）、（ｄ）において、バルブ２５を操作することで、相対的に熱交換器１の胴側上部への流量を増し、熱交換器１の胴側上部の流動性を高めることができる。
【００３５】
図６は本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ドレン管７の一取付位置を示す説明図である。図６において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ドレン管７の一端はフランジ２９を介して下管板９と熱交換器胴側１１との境界に、ドレン管７の内面が下管板９と面する状態で、熱交換器１に溜まったスラッジ、ドレンなどを、熱交換器１の停止時に排出できるように取り付けられている。ドレン管は、通常、一つ設けられるが、熱交換器の大きさ、用いられる流体の性質を考慮して複数設けてもよい。
【００３６】
図７はその他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ドレン管７のその他の取付位置を示す説明図である。図７において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ドレン管７の一端はフランジ２９および下管板９を貫通して熱交換器１内部に達し、熱交換器１に溜まったスラッジなどを、熱交換器１の停止時に排出できるように取り付けられている。
【００３７】
本発明には含まれないが、ドレン管の形式としては、上記の他にも、曲管の一端を下管板の上近傍に配置する形式も挙げられる。具体的には、下記図８に示されるドレン管を例示できる。図８は、本発明には含まれないが、多管式熱交換器の一部を破断した竪断面図であって、ドレン管の別の取付形式を示す説明図である。図８において、ドレン管の一端の少なくとも一部を下管板部に取り付けることなく、ドレン管７ａはＬ字管などの曲管を熱交換胴側１１の外側から挿入して、曲管の一端を下管板の上近傍に配置させて胴に固定し、熱交換器１胴側の下部に堆積したスラッジなどを排出できるようにしてある。なお、下管板に近い曲管の切り口は熱交換器１胴内に溜まったスラッジなどを排出できれば特に制限されることなく、曲管の長さ方向に対して垂直、任意を角度をもっていてもよい。
【００３８】
図９はドレン管と胴側流体通過管との間の配管の接続方法の一例を示す説明図である。図９において、ドレン管７の他端は、胴側流体通過管４を経た導管と接続されている。このように、冷却液の一部をドレン管７から導入することにより、ドレン管７近傍の、熱交換器１胴下部の流体の流動性を高めることができ、熱交換器１の全体的な伝熱効率を向上させることができる。特に、易重合性物質を管側に通して熱冷却する場合、従来、熱交換器１の管側に重合物が発生していたが、熱交換器１胴側下部の流体の流動性を向上させることにより、熱交換器の管側に発生していた重合物の生成を抑制することができる。
【００３９】
また、熱交換器１の胴側上部に設置された胴側流体通過管５より蒸気を導入する場合、管側流体と熱交換を行った際に生じる凝縮液は通常胴側流体通過管４より抜き出されるが、胴側流体通過管４とドレン管７を配管で接続することで、常に凝縮液をドレン管７より抜きだすことで凝縮液の滞留を防ぎ、胴側下部の伝熱効率を向上させることができ、熱交換器１の全体的な伝熱効率を向上させることができる。
【００４０】
図１０はベント管と胴側流体通過管との間の配管およびドレン管と胴側通過管との間の配管の本発明の好ましい接続方法の一例を示す図面である。図１０において、図５（ａ）の配管の接続方法と図９の配管の接続方法とを組み合わせたものである。
【００４１】
図１１は本発明のスパイラル熱交換器５０における流体の流れ方向を示す図面である。図１１において、流体Ａを熱交換器サイド（多管式熱交換器の胴側に相当する）に設けられた流体Ａ通過管５１より投入し、熱交換器上部に設けられた流体Ａ通過管５３より抜き出すので、熱交換器５０内部にガスの滞留をを生じないため、ベント管を設ける必要性はないのである。しかし、流体Ｂについては、流体Ｂ通過管５５から投入し、流体Ｂ通過管５７から抜き出すため、多管式熱交換器と同様に、熱交換器５０内にガスを生じ、事実上熱交換器５０上部に熱交換に寄与しない箇所が生じて伝熱効率が低下してしまう。このため、滞留するガスを抜き取る目的で、ベント管６を必要とするが、その取付方法は、上カバー部５９に取り付けることにより、流体Ｂ通過管の上部に溜まるガスを上カバー５９部に取り付けられたベント管６から効率的に抜き出すことができる。
【００４２】
また、流体Ａおよび流体Ｂの流れの方向は、上記の場合に限定されることなく、流体Ａが流体Ｂ通過管５７から入って流体Ａ出口５３から流出し、流体Ｂが流体Ａ通過管５１から入って流体Ｂ通過管５５から流出し、または、流体Ａが流体Ａ通過管５１から入って流体Ｂ通過管５５から流出し、流体Ｂが流体Ａ通過管５３から入って流体Ｂ通過管５７から流出する方法が挙げられる。
【００４３】
図１２は流体Ａと流体Ｂとの流れ方向を示す説明図である。図１２において、ベント管６と流体Ｂ通過管５７を配管で接続し、さらに出口側の配管を熱交換器５０の上カバー６１の位置より高くすることによって出口側に背圧をかけて熱交換器５０内に滞留したガスを追い出し、熱交換器５０内におけるガスの滞留をなくし、ガスの存在に基づく伝熱面積の減少を抑え、伝熱効率を向上させることができる。さらに、従来、熱交換器５０の気液界面部において生じていた腐食は、上カバー部にベント管６を取り付けて、熱交換器５０内部を満液化することにより抑制でき、耐食性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、流体Ａの一部をドレン管７から流すことにより、ドレン管７近傍の、熱交換器５０下部の流体の流動性を高めることができ、熱交換器５０の全体的な伝熱効率を向上させることができる。特に、易重合性物質を加熱又は冷却する場合、従来、熱交換器５０の下カバー部に重合物が発生していたが、熱交換器５０下部の流体の流動性を向上させることにより、熱交換器の下カバー部６１に発生していた重合物の生成を抑制することができる。
【００４５】
もちろん、スパイラル式熱交換器においても、従来のベント管またはドレン管を曲管に変える態様を適用することも可能である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例により具体的に説明する。
【００４７】
参考例１
ベント管を図３に、またドレン管を図７に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用い、図１０に示す配管を設置した。
【００４８】
この熱交換器では、Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝１９（式：９５０／（２５×２）＝１９）であった。
【００４９】
用いた熱交換器は次のような内容であった。
【００５０】
熱交換器形式：竪型多管式熱交換器（凝縮器）
管側（高温側）流体：アクリル酸ブチル
胴側（低温側）流体：水
高温側流体入口温度：７０℃
低温側流体入口温度：３０℃
高温側流体出口温度：６５℃（５℃過冷却）
伝熱面積：１０５ｍ2
胴径：９５０ｍｍ
ベント管：２５ｍｍφ（内径）×２個
ドレン管：２５ｍｍφ（内径）×１個
材質：ＳＵＳ３１６
低温側流体入口管とドレン管と軸方向のなす角度：４５゜
低温側流体出口管とベント管と軸方向のなす角度：４５゜、１８０゜
高温側流体流量：１０８５０ｋｇ／Ｈｒ
低温側流体流量：１１０ｍ3／Ｈｒ
上記熱交換器を用いて、胴側流体の１容量％をドレン管に流し、さらに、胴側流体の２容量％をベント管に流しながら熱交換を行ったところ、低温側流体の出口温度は４０℃となった。さらに、上記条件において６ヶ月運転を行った後、開放点検の結果、下管板部におけるスラッジの堆積、上管板付近での伝熱管の腐食は見られなかった。
【００５１】
また、管側において重合物の発生は見られなかった。
【００５２】
比較例１
ベント管及びドレン管を図１に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用いて、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で、ガスを追い出した。また、その他の条件は、実施例１と同じであった。
【００５３】
上記熱交換器を用いて実施したところ、実施例１と比較して、低温側出口温度が３８．５℃、高温側出口温度７０℃となり伝熱効率が低下していた。また、６ヶ月後の開放点検の結果、下管板部においてスラッジの堆積が見られ、上管板部近傍においては伝熱管外表面に腐食による肌荒れが見られた。さらに、液流動状態が悪いために生じたと思われるが管側、上管板近傍部に重合物も発生し、下管板部に堆積していた。
【００５４】
比較例２
ベント管を図２に示すように、ドレン管を図６に示すように構成した竪型多管式熱交換器を用いて、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で始動させてガスを追い出した。その後、ドレン管７、ベント管のいずれも閉にして運転を続けた。また、その他の条件は、実施例１と同じであった。
【００５５】
上記熱交換器を用いて実施したところ、実施例１と比較して、低温側出口温度が３９℃、高温側出口温度６８℃（２℃過冷却）となり伝熱効率が低下していた。また、６ヶ月後の開放点検の結果、液の流動状態が悪いために生じたと推測されるが、下管板部においてスラッジの堆積が見られ、また、管側・上管板側に重合物も発生していた。
【００５６】
参考例２
ベント管を図４に、またドレン管を図８に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用い、図１０に示す配管を設置した。
【００５７】
この熱交換器では、Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝２４（式：６００／（２５×１）＝２４）であった。
【００５８】
用いた熱交換器は次のような内容であった
熱交換器形式：竪型多管式熱交換器（冷却器）
管側（高温側）流体：アクリル酸水溶液
胴側（低温側）流体：水
高温側流体入口温度：１００℃
低温側流体入口温度：３７℃
高温側流体出口温度：５７℃
伝熱面積：５０ｍ2
胴径：６００ｍｍ
ベント管：２５ｍｍφ（内径）×１個
ドレン管：２５ｍｍφ（内径）×１個
材質：ＳＵＳ３１６
高温側流体流量：５．５ｍ3／Ｈｒ
低温側流体流量：４．８ｍ3／Ｈｒ
低温側流体入口管とドレン管の軸方向のなす角度：３０゜
低温側流体出口管とベント管の軸方向のなす角度：３０゜
上記熱交換器を用いて、胴側流体の０．５容量％をドレン管に流し、さらに、胴側流体の１容量％をベント管に流しながら熱交換を行ったところ、低温側流体の出口温度は８３℃となった。さらに、上記条件において６ヶ月運転を行った後、開放点検の結果、下管板部におけるスラッジの堆積、上管板付近での伝熱管の腐食は見られなかった。
【００５９】
また、管側において重合物の発生は見られなかった。
【００６０】
比較例３
ベント管及びドレン管を図１に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用いて、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で、ガスを追い出した。また、その他の条件は、実施例１と同じであった。
【００６１】
上記熱交換器を用いて実施したところ、実施例２と比較して、低温側出口温度が８１℃、高温側出口温度５８．５℃となり伝熱効率が低下していた。また、６ヶ月後の開放点検の結果、下管板部においてスラッジの堆積が見られ、上管板部近傍においては伝熱管外表面に腐食による肌荒れが見られた。さらに、液流動状態が悪いために生じたと思われるが管側、上管板近傍部に重合物も発生し、下管板部に堆積していた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ベント管の少なくとも一部を上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成し、さらに、かかる管を胴側流体通過管などと結ぶことにより、熱交換器上部に溜まるガスを効果的に除去することができ、および／またはドレン管の少なくとも一部を下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成し、さらに、かかる管を胴側流体通過管などと結ぶことにより、熱交換器下部の流体を流動させ、熱交換器の全体的な熱交換率が向上させ、さらに、熱交換の停止時に、熱交換器の下部に溜まったスラッジなどを排除することができる。
【００６３】
また、本発明には含まれないが、従来のベント管またはドレン管を曲管に変える態様によっても、熱交換器上部に溜まるガスを効果的に除去することができ、または、熱交換器下部の流体を流動させ、熱交換器の全体的な熱交換率が向上させ、さらに、熱交換の停止時に、熱交換器の下部に溜まったスラッジなどを排除することができる。
【００６４】
従来、多管式熱交換器においては管側で、スパイラル式熱交換器においては下カバー部において重合物の発生が認められたが、本発明によれば、重合物の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的な多管式熱交換器の断面図である。
【図２】 本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図３】 その他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図４】 別の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図５】 （ａ）〜（ｄ）はベント管と胴側流体通過管との間の配管の接続方法の例を示す説明図である。
【図６】 本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図７】 その他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図８】 別の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図９】 本発明のドレン管と胴側流体通過管との間の配管の接続方法の一例を示す説明図である。
【図１０】 ベント管と胴側流体通過管との間の配管およびドレン管と胴側通過管との間の配管の本発明の好ましい接続方法の一例を示す図面である。
【図１１】 本発明のスパイラル熱交換器のおける流体の流れ方向を示す図面である。
【図１２】 本発明の流体Ａと流体Ｂとの流れる方向の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…多管式熱交換器 ２…管側流体通過管
３…管側流体通過管 ４…胴側流体通過管
５…胴側流体通過管 ６…ベント管
７…ドレン管 ８…上管板
９…下管板 １０…管
１１…胴 １２…フランジ
１３…ノズル １５…バルブ
１７…フランジ １９…オリフィス
２１…ノズル ２３…バルブ
２５…バルブ ２７…フランジ
２９…フランジ
５０…スパイラル式熱交換器
５１…流体Ａ通過管 ５３…流体Ａ通過管
５５…流体Ｂ通過管 ５７…流体Ｂ通過管
５９…上カバー部 ６１…下カバー部
６３…ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は、竪型熱交換器およびその熱交換器の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、一般的な多管式熱交換器の断面図である。従来、ベント管６は、図１に示されるように、開口部の強度を補うため補強輪などを用いて溶接されるため、管板からある程度の距離が必要であり、熱交換器１の上管板８の下方付近に取り付けられていた。このような竪型熱交換器では、例えば、高温液体を管側流体通過管２から導入して管側流体通過管３より抜き出し、低温液体を胴側流体通過管４から導入して胴側流体通過管５より抜き出す場合に、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、運転開始時には、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で、ガスを追い出し、通常運転時には、ドレン管７およびベント管６は共に閉の状態で運転していた。
【０００３】
しかし、このような使用方法では、ベント管６と上管板８との間に気相部が生じ、この部分の伝熱面積が減少して熱交換効率の低下を招いていた。さらに、気液界面部において、熱交換器内部および多管の外部の腐食を誘発する原因ともなっていた。
【０００４】
また、多管式熱交換器の運転を停止した場合には、胴側に溜まったスラッジまたは流体を抜き出すためにドレン管７を利用するが、胴の開口部の強度を補うため補強輪などを用いて溶接されるため、管板からある程度の距離が必要であり、ドレン管７が下管板９より上に設けられていることから、ドレン管７より下部に堆積したスラッジなどを抜き出すことができず、絶えず熱交換器底部にスラッジなどの堆積が見られ、あるいは液体の一部が抜き取られずに残っていた。
【０００５】
さらに、スパイラル式熱交換器においても、多管式熱交換器と同様な問題が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は上記の問題点を解決して、伝熱効率の向上、耐食性の向上した竪型熱交換器を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、かかる熱交換器を用いる熱交換器の使用方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの検討によれば、上記問題点を解決するために、多管式熱交換器においては、胴側に液体を通過させる場合には、気体の滞留の問題から上向きに通過させることが望ましい。つまり、図１で示されるように、高温液体を管側流体通過管２から導入して管側流体通過管３より抜き出し、低温液体を胴側流体通過管４から導入して胴側流体通過管５より抜き出していたが、この場合、ベント管６より上部に液部を作ることが難しく気相部が生じていたが、ベント管を熱交換器の上管板部８に取り付け、または曲がったベント管を利用し、さらに、胴側流体通過管５およびベント管６からの配管を接続し、出口側で背圧をかけることにより胴部に滞留したガスを新たに配管に設けたノズルから追い出すことができ、熱交換器に溜まった気相部をなくし、熱交換に必要な伝熱面積の減少を抑えて伝熱効率を向上させるとともに、気液界面部において生じる腐食を防止することができることを見出して、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明の目的は、ベント管の一端の少なくとも一部が上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成され、その他端が熱交換器の外側でベント管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続され、かつ、ベント管の一端は上管板と熱交換器胴側との境界に、ベント管の内面が上管板と面する状態で、熱交換器に溜まったガスを排出できるように取り付けられてなり、および／またはドレン管の一端の少なくとも一部が下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成され、その他端が熱交換器の外側でドレン管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続され、かつ、ドレン管の一端は下管板と熱交換器胴側との境界に、ドレン管の内面が下管板と面する状態で、熱交換器に溜まったスラッジまたはドレンを熱交換器の停止時に排出できるように取り付けられてなることを特徴とする竪型熱交換器によって達成される。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、流体の一部または全量を上記の竪型熱交換器のドレン管を通じて投入または抜き出すことを特徴とする竪型熱交換器の使用方法によって達成される。
【００１２】
本発明の目的は、また、流体の一部または全量を上記の竪型熱交換器のベント管を通じて投入または抜き出すことを特徴とする竪型熱交換器の使用方法によって達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される竪型熱交換器には、通常、水などの流体に随伴し、または熱交換の際に発生して胴上部に溜まったガス類（以下、ガスと称する）を排出する目的でベント管が、さらに水蒸気、水などの流体に随伴し、胴下部に堆積したスラッジなどを排出する目的でドレン管が設けられている。ここで、竪型熱交換器とは、熱交換器内に設置されている多管が鉛直方向に設けられている従来公知の多管式熱交換器；上下カバーが水平方向に設置され、そのカバーに流体出入口に設けられている従来公知のスパイラル式熱交換器など、例えば、スパイラル式熱交換器では、第１の流体が外周から内心へ、第２の流体が内心から外周へ、それぞれ渦巻き流の対向流として流れるタイプ、第１の流体は渦巻き流となって内心に向かい、第２の流体は軸方向に進行した後、凝縮しながら渦巻き流となって外周へ、第１の流体と対向して流れるタイプなどをいう。
【００１４】
本発明では、ベント管の熱交換器内にある一端の少なくとも一部が上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成されている。具体的には、ベント管が上管板から構成され、ベント管の一部が上管板から構成され、さらに必要により管が溶接などの公知の方法で取り付けられた手段が例示できる。ベント管の熱交換器の外側にある他端が熱交換器の外側でベント管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続されている。流体通過管とは、流体が通過できる管であれば特に限定されるものではなく、中空の管自体、管の端部にフランジを取り付けたものなどを例示できる。ここで、直近の流体通過管とは、多管式熱交換器においては胴側に設けられた流体の出口管または入口管を、スパイラル式熱交換器においては熱交換器サイド面に設けられた流体の出口管または入口管をいう。管板部とは、管板自体はもちろん、管板に付属するフランジなどの部分も含むものをいう。
【００１５】
ドレン管の熱交換器内にある一端の少なくとも一部が下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成されている。具体的には、ドレン管が下管板から構成され、ドレン管の一部が下管板から構成され、さらに必要により管が溶接などの公知の方法で取り付けられた手段が例示できる。ドレン管の熱交換器の外側にある他端が熱交換器の外側でドレン管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続されている。流体通過管、直近の流体通過管および管板部の説明については、ベント管における説明と同じである。
【００１６】
また、ベント管またはドレン管などの管はガスまたはスラッジなどを排除できるものであれば特に制限されるものではなく、中空の管、ノズルなどの公知の材料を用いることができる。
【００１７】
熱交換器の軸方向から見たベント管（ドレン管）と直近の同一流体通過管とのなす角度は、溶接、配管施工上の最小角度が決められるが、熱交換器の軸方向から見て１０゜以上とすることが好ましい。なお、ドレン管は、通常、一つ設けられているが、熱交換器の大きさ、用いられる流体の性質を考慮して複数設けてもよい。
【００１８】
また、熱交換器に溜まったガスをベント管から排出する際に、偏流を生じさせない範囲で熱交換器自体を傾斜させて保持することにより、ベント管の位置を最上部として熱交換器内溜まったガスを排出し易くしてもよい。同様に、ドレン管を最下部に設ければ、熱交換器内に堆積したスラッジなどを排出しやすい。
【００１９】
さらに、熱交換器の胴（サイド）内直径（Ｄ）とベント管の内直径（ｄ）、ベント管の個数（Ｎ）が次式次式Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝１０〜６０の関係を満たすことが好ましい。もちろん、胴の直径とベント管の直径は同一単位をとる。ベント管の設置については、伝熱効率の向上、耐食性の向上の観点から、胴側に滞留するガスをできる限り追い出すため、ベント管の個数を多く取ることが望ましいが、１０未満の場合には製作上または配管施工上その個数に制限があり、一方、６０を越える場合にはベントガスが抜ききらずに伝熱効率が低下し、また、腐食を誘発するため好ましくないことから、上記の式の関係を満たすことが必要である。
【００２０】
本発明には含まれないが、従来のベント管またはドレン管を曲管に変える態様も挙げられる。Ｌ字管などの曲管を用いることにより、例えばベント管では、ベント管の胴への取付位置が上管板から離れていたとしても、ベント管の一端を上管板の下近傍に配置することができるので、胴上部に滞留するガスを十分に排出することが可能である。なお、上管板に近い曲管の一端の切り口は胴上部に溜まったガスを排出できれば特に制限されることなく、曲管の長さ方向に対して垂直、鋭角など任意の角度をもっていてもよい。以上、ベント管について説明したが、ドレン管についても同様である。
【００２１】
流体の一部または全量を本発明の竪型熱交換器のドレン管を通じて導入または排出することが好ましい。ドレン管を、例えば、胴（サイド）側流体通過管の代わりに用いれば、ドレン管が熱交換器胴（サイド）側の最下部に位置することから、熱交換器下部の流体に流動性を与えて撹拌することができる。また、ドレン管の内径が相対的に小さい場合には、流体を全量流すことはできないが、流体の一部を定常的にまたは間欠的に流すことによっても、熱交換器下部の流体に流動性を与えることが可能である。
【００２２】
流体の一部または全量を本発明の熱交換器のベント管を通じて投入または排出することが好ましい。ベント管を、例えば、胴（サイド）側流体通過管の代わりに用いれば、ベント管が熱交換器胴（サイド）側の最上部に位置することから、熱交換器内に溜まったガスを直ちに排出することができる。また、ベント管の内径が相対的に小さい場合には、流体を全量流すことはできないが、流体の一部を定常的にまたは間欠的に流すことによっても、熱交換器内に発生したガスを排出することが可能である。
【００２３】
また、本発明の竪型熱交換器において、（メタ）アクリル酸またはその水溶液；ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート等の（メタ）アクリル酸エステルなどの易重合性物質を製造時などにおいて熱交換処理する場合に、いずれか一方の流体として用いると、重合の生ずる割合を実質的に低減し、効果的に熱交換を行うことができることから好ましい。
【００２４】
以下、図面を用いて本発明をより詳細に説明する。ただし、流体の流れる方向は、特に制限を受けることなく、熱交換に用いられる流体の性質によって出口および入口を任意を設定してもよい。
【００２５】
図２は本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ベント管の一取付位置を示す説明図である。図２において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ベント管６の一端はフランジ１２を介して上管板８と熱交換器胴側１１との境界に、ベント管６の内面が上管板８と面する状態で、熱交換器１に溜まったガスを排出できるように取り付けられている。
【００２６】
図３はその他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ベント管のその他の取付位置を示す説明図である。図３において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ベント管６の一端はフランジ１２および上管板８を貫通して熱交換器１内部に達し、熱交換器１に溜まったガスを排出できるように取り付けられている。
【００２７】
本発明には含まれないが、ベント管の形式としては、上記の他にも、曲管を用い一端を上管板下近傍に配置する形式も挙げられる。具体的には、図４に示されるベント管を例示できる。図４は、本発明には含まれないが、多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ベント管の別の取付形式を示す説明図である。図４において、ベント管の一端の少なくとも一部を上管板部に取り付けることなく、ベント管６ａはＬ字管などの曲管を熱交換器胴側１１の外側から挿入して、曲管の一端を上管板下の近傍に配置させ、熱交換器胴側１１で固定し、熱交換器１胴内に溜まったガスを排出できるようにしてある。
【００２８】
図５はベント管と胴側流体通過管との間の接続方法を示す説明図である。図５（ａ）は配管の接続方法の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はフランジ１７を経て、胴側流体通過管５からバルブ１５を経た導管と接続されている。さらに、出口側配管を上管板８より高くすることによって熱交換器胴側を液満状態に維持できるので、熱交換器１上部に溜まったガスを、必要によりバルブ１５を調整して熱交換器１から容易に追い出すことができ、その後、配管に設けられたノズル１３などの公知の排出手段からガスを抜き出すことができる。
【００２９】
図５（ｂ）は配管の接続方法のその他の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はフランジ１７を経て、胴側流体通過管５からオリフィス１９を経た導管と接続されている。オリフィス１９が設けられて加圧状態となっているので、ベント管６からの流量が相対的に増加し、熱交換器１内に溜まったガスを伴って流出し、かかるガスは導管中に設けられたノズル２１を一部閉じ、ノズル１３を開けることにより追い出すことができる。
【００３０】
図５（ｃ）は配管の接続方法の別の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はバルブ２３を経て、胴側流体通過管５からバルブ２５を経た導管と接続されている。
【００３１】
図５（ｄ）は配管の接続方法のその他の別の一例を説明する図面であり、ベント管６の他端はフランジ１７、フランジ２７を経て、胴側流体通過管５からバルブ２５を経た導管と接続されている。さらに、出口側配管を上管板部より高くすることによって熱交換器１の胴側が液満状態になるので、熱交換器１上部に溜まったガスを熱交換器１から容易に追い出すことが可能である。
【００３２】
また、上記とは逆に熱交換器１に上述の胴側流体通過管５およびベント管６を通じて流体を投入する場合、図５（ａ）に示すノズル１５を絞ることによりフランジ１７を通じてガスを投入することができ、熱交換器１上部のガスの流動性を高めることができ、熱交換器１の全体的な伝熱効率を向上させることができる。
【００３３】
図５（ｂ）に関しては、オリフィス１９が設けられていることにより加圧状態となり、ベント管６からの流量が相対的に増加し、熱交換器１の胴側上部の流動性を高めることができる。
【００３４】
図５（ｃ）、（ｄ）において、バルブ２５を操作することで、相対的に熱交換器１の胴側上部への流量を増し、熱交換器１の胴側上部の流動性を高めることができる。
【００３５】
図６は本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ドレン管７の一取付位置を示す説明図である。図６において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ドレン管７の一端はフランジ２９を介して下管板９と熱交換器胴側１１との境界に、ドレン管７の内面が下管板９と面する状態で、熱交換器１に溜まったスラッジ、ドレンなどを、熱交換器１の停止時に排出できるように取り付けられている。ドレン管は、通常、一つ設けられるが、熱交換器の大きさ、用いられる流体の性質を考慮して複数設けてもよい。
【００３６】
図７はその他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図であって、ドレン管７のその他の取付位置を示す説明図である。図７において、熱交換器１内に複数の管１０が鉛直方向、例えば熱交換器胴側１１と平行に配列されている。ドレン管７の一端はフランジ２９および下管板９を貫通して熱交換器１内部に達し、熱交換器１に溜まったスラッジなどを、熱交換器１の停止時に排出できるように取り付けられている。
【００３７】
本発明には含まれないが、ドレン管の形式としては、上記の他にも、曲管の一端を下管板の上近傍に配置する形式も挙げられる。具体的には、下記図８に示されるドレン管を例示できる。図８は、本発明には含まれないが、多管式熱交換器の一部を破断した竪断面図であって、ドレン管の別の取付形式を示す説明図である。図８において、ドレン管の一端の少なくとも一部を下管板部に取り付けることなく、ドレン管７ａはＬ字管などの曲管を熱交換胴側１１の外側から挿入して、曲管の一端を下管板の上近傍に配置させて胴に固定し、熱交換器１胴側の下部に堆積したスラッジなどを排出できるようにしてある。なお、下管板に近い曲管の切り口は熱交換器１胴内に溜まったスラッジなどを排出できれば特に制限されることなく、曲管の長さ方向に対して垂直、任意を角度をもっていてもよい。
【００３８】
図９はドレン管と胴側流体通過管との間の配管の接続方法の一例を示す説明図である。図９において、ドレン管７の他端は、胴側流体通過管４を経た導管と接続されている。このように、冷却液の一部をドレン管７から導入することにより、ドレン管７近傍の、熱交換器１胴下部の流体の流動性を高めることができ、熱交換器１の全体的な伝熱効率を向上させることができる。特に、易重合性物質を管側に通して熱冷却する場合、従来、熱交換器１の管側に重合物が発生していたが、熱交換器１胴側下部の流体の流動性を向上させることにより、熱交換器の管側に発生していた重合物の生成を抑制することができる。
【００３９】
また、熱交換器１の胴側上部に設置された胴側流体通過管５より蒸気を導入する場合、管側流体と熱交換を行った際に生じる凝縮液は通常胴側流体通過管４より抜き出されるが、胴側流体通過管４とドレン管７を配管で接続することで、常に凝縮液をドレン管７より抜きだすことで凝縮液の滞留を防ぎ、胴側下部の伝熱効率を向上させることができ、熱交換器１の全体的な伝熱効率を向上させることができる。
【００４０】
図１０はベント管と胴側流体通過管との間の配管およびドレン管と胴側通過管との間の配管の本発明の好ましい接続方法の一例を示す図面である。図１０において、図５（ａ）の配管の接続方法と図９の配管の接続方法とを組み合わせたものである。
【００４１】
図１１は本発明のスパイラル熱交換器５０における流体の流れ方向を示す図面である。図１１において、流体Ａを熱交換器サイド（多管式熱交換器の胴側に相当する）に設けられた流体Ａ通過管５１より投入し、熱交換器上部に設けられた流体Ａ通過管５３より抜き出すので、熱交換器５０内部にガスの滞留をを生じないため、ベント管を設ける必要性はないのである。しかし、流体Ｂについては、流体Ｂ通過管５５から投入し、流体Ｂ通過管５７から抜き出すため、多管式熱交換器と同様に、熱交換器５０内にガスを生じ、事実上熱交換器５０上部に熱交換に寄与しない箇所が生じて伝熱効率が低下してしまう。このため、滞留するガスを抜き取る目的で、ベント管６を必要とするが、その取付方法は、上カバー部５９に取り付けることにより、流体Ｂ通過管の上部に溜まるガスを上カバー５９部に取り付けられたベント管６から効率的に抜き出すことができる。
【００４２】
また、流体Ａおよび流体Ｂの流れの方向は、上記の場合に限定されることなく、流体Ａが流体Ｂ通過管５７から入って流体Ａ出口５３から流出し、流体Ｂが流体Ａ通過管５１から入って流体Ｂ通過管５５から流出し、または、流体Ａが流体Ａ通過管５１から入って流体Ｂ通過管５５から流出し、流体Ｂが流体Ａ通過管５３から入って流体Ｂ通過管５７から流出する方法が挙げられる。
【００４３】
図１２は流体Ａと流体Ｂとの流れ方向を示す説明図である。図１２において、ベント管６と流体Ｂ通過管５７を配管で接続し、さらに出口側の配管を熱交換器５０の上カバー６１の位置より高くすることによって出口側に背圧をかけて熱交換器５０内に滞留したガスを追い出し、熱交換器５０内におけるガスの滞留をなくし、ガスの存在に基づく伝熱面積の減少を抑え、伝熱効率を向上させることができる。さらに、従来、熱交換器５０の気液界面部において生じていた腐食は、上カバー部にベント管６を取り付けて、熱交換器５０内部を満液化することにより抑制でき、耐食性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、流体Ａの一部をドレン管７から流すことにより、ドレン管７近傍の、熱交換器５０下部の流体の流動性を高めることができ、熱交換器５０の全体的な伝熱効率を向上させることができる。特に、易重合性物質を加熱又は冷却する場合、従来、熱交換器５０の下カバー部に重合物が発生していたが、熱交換器５０下部の流体の流動性を向上させることにより、熱交換器の下カバー部６１に発生していた重合物の生成を抑制することができる。
【００４５】
もちろん、スパイラル式熱交換器においても、従来のベント管またはドレン管を曲管に変える態様を適用することも可能である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例により具体的に説明する。
【００４７】
参考例１
ベント管を図３に、またドレン管を図７に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用い、図１０に示す配管を設置した。
【００４８】
この熱交換器では、Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝１９（式：９５０／（２５×２）＝１９）であった。
【００４９】
用いた熱交換器は次のような内容であった。
【００５０】
熱交換器形式：竪型多管式熱交換器（凝縮器）
管側（高温側）流体：アクリル酸ブチル
胴側（低温側）流体：水
高温側流体入口温度：７０℃
低温側流体入口温度：３０℃
高温側流体出口温度：６５℃（５℃過冷却）
伝熱面積：１０５ｍ2
胴径：９５０ｍｍ
ベント管：２５ｍｍφ（内径）×２個
ドレン管：２５ｍｍφ（内径）×１個
材質：ＳＵＳ３１６
低温側流体入口管とドレン管と軸方向のなす角度：４５゜
低温側流体出口管とベント管と軸方向のなす角度：４５゜、１８０゜
高温側流体流量：１０８５０ｋｇ／Ｈｒ
低温側流体流量：１１０ｍ3／Ｈｒ
上記熱交換器を用いて、胴側流体の１容量％をドレン管に流し、さらに、胴側流体の２容量％をベント管に流しながら熱交換を行ったところ、低温側流体の出口温度は４０℃となった。さらに、上記条件において６ヶ月運転を行った後、開放点検の結果、下管板部におけるスラッジの堆積、上管板付近での伝熱管の腐食は見られなかった。
【００５１】
また、管側において重合物の発生は見られなかった。
【００５２】
比較例１
ベント管及びドレン管を図１に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用いて、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で、ガスを追い出した。また、その他の条件は、実施例１と同じであった。
【００５３】
上記熱交換器を用いて実施したところ、実施例１と比較して、低温側出口温度が３８．５℃、高温側出口温度７０℃となり伝熱効率が低下していた。また、６ヶ月後の開放点検の結果、下管板部においてスラッジの堆積が見られ、上管板部近傍においては伝熱管外表面に腐食による肌荒れが見られた。さらに、液流動状態が悪いために生じたと思われるが管側、上管板近傍部に重合物も発生し、下管板部に堆積していた。
【００５４】
比較例２
ベント管を図２に示すように、ドレン管を図６に示すように構成した竪型多管式熱交換器を用いて、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で始動させてガスを追い出した。その後、ドレン管７、ベント管のいずれも閉にして運転を続けた。また、その他の条件は、実施例１と同じであった。
【００５５】
上記熱交換器を用いて実施したところ、実施例１と比較して、低温側出口温度が３９℃、高温側出口温度６８℃（２℃過冷却）となり伝熱効率が低下していた。また、６ヶ月後の開放点検の結果、液の流動状態が悪いために生じたと推測されるが、下管板部においてスラッジの堆積が見られ、また、管側・上管板側に重合物も発生していた。
【００５６】
参考例２
ベント管を図４に、またドレン管を図８に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用い、図１０に示す配管を設置した。
【００５７】
この熱交換器では、Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝２４（式：６００／（２５×１）＝２４）であった。
【００５８】
用いた熱交換器は次のような内容であった
熱交換器形式：竪型多管式熱交換器（冷却器）
管側（高温側）流体：アクリル酸水溶液
胴側（低温側）流体：水
高温側流体入口温度：１００℃
低温側流体入口温度：３７℃
高温側流体出口温度：５７℃
伝熱面積：５０ｍ2
胴径：６００ｍｍ
ベント管：２５ｍｍφ（内径）×１個
ドレン管：２５ｍｍφ（内径）×１個
材質：ＳＵＳ３１６
高温側流体流量：５．５ｍ3／Ｈｒ
低温側流体流量：４．８ｍ3／Ｈｒ
低温側流体入口管とドレン管の軸方向のなす角度：３０゜
低温側流体出口管とベント管の軸方向のなす角度：３０゜
上記熱交換器を用いて、胴側流体の０．５容量％をドレン管に流し、さらに、胴側流体の１容量％をベント管に流しながら熱交換を行ったところ、低温側流体の出口温度は８３℃となった。さらに、上記条件において６ヶ月運転を行った後、開放点検の結果、下管板部におけるスラッジの堆積、上管板付近での伝熱管の腐食は見られなかった。
【００５９】
また、管側において重合物の発生は見られなかった。
【００６０】
比較例３
ベント管及びドレン管を図１に示すように取り付けた竪型多管式熱交換器を用いて、ベント管６およびドレン管７は配管には接続されず、ドレン管７は単に閉の状態で、ベント管６は開の状態で、ガスを追い出した。また、その他の条件は、実施例１と同じであった。
【００６１】
上記熱交換器を用いて実施したところ、実施例２と比較して、低温側出口温度が８１℃、高温側出口温度５８．５℃となり伝熱効率が低下していた。また、６ヶ月後の開放点検の結果、下管板部においてスラッジの堆積が見られ、上管板部近傍においては伝熱管外表面に腐食による肌荒れが見られた。さらに、液流動状態が悪いために生じたと思われるが管側、上管板近傍部に重合物も発生し、下管板部に堆積していた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ベント管の少なくとも一部を上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成し、さらに、かかる管を胴側流体通過管などと結ぶことにより、熱交換器上部に溜まるガスを効果的に除去することができ、および／またはドレン管の少なくとも一部を下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成し、さらに、かかる管を胴側流体通過管などと結ぶことにより、熱交換器下部の流体を流動させ、熱交換器の全体的な熱交換率が向上させ、さらに、熱交換の停止時に、熱交換器の下部に溜まったスラッジなどを排除することができる。
【００６３】
また、本発明には含まれないが、従来のベント管またはドレン管を曲管に変える態様によっても、熱交換器上部に溜まるガスを効果的に除去することができ、または、熱交換器下部の流体を流動させ、熱交換器の全体的な熱交換率が向上させ、さらに、熱交換の停止時に、熱交換器の下部に溜まったスラッジなどを排除することができる。
【００６４】
従来、多管式熱交換器においては管側で、スパイラル式熱交換器においては下カバー部において重合物の発生が認められたが、本発明によれば、重合物の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的な多管式熱交換器の断面図である。
【図２】 本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図３】 その他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図４】 別の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図５】 （ａ）〜（ｄ）はベント管と胴側流体通過管との間の配管の接続方法の例を示す説明図である。
【図６】 本発明の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図７】 その他の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図８】 別の多管式熱交換器の一部を破断した縦断面図である。
【図９】 本発明のドレン管と胴側流体通過管との間の配管の接続方法の一例を示す説明図である。
【図１０】 ベント管と胴側流体通過管との間の配管およびドレン管と胴側通過管との間の配管の本発明の好ましい接続方法の一例を示す図面である。
【図１１】 本発明のスパイラル熱交換器のおける流体の流れ方向を示す図面である。
【図１２】 本発明の流体Ａと流体Ｂとの流れる方向の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…多管式熱交換器 ２…管側流体通過管
３…管側流体通過管 ４…胴側流体通過管
５…胴側流体通過管 ６…ベント管
７…ドレン管 ８…上管板
９…下管板 １０…管
１１…胴 １２…フランジ
１３…ノズル １５…バルブ
１７…フランジ １９…オリフィス
２１…ノズル ２３…バルブ
２５…バルブ ２７…フランジ
２９…フランジ
５０…スパイラル式熱交換器
５１…流体Ａ通過管 ５３…流体Ａ通過管
５５…流体Ｂ通過管 ５７…流体Ｂ通過管
５９…上カバー部 ６１…下カバー部
６３…ノズル
Claims (5)
- ベント管の一端の少なくとも一部が上管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては上カバー部）で構成され、その他端が熱交換器の外側でベント管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続され、かつ、ベント管の一端は上管板と熱交換器胴側との境界に、ベント管の内面が上管板と面する状態で、熱交換器に溜まったガスを排出できるように取り付けられてなり、および／または、ドレン管の一端の少なくとも一部が下管板部（ただし、スパイラル式熱交換器においては下カバー部）で構成され、その他端が熱交換器の外側でドレン管と同一の流体が流れる直近の流体通過管と接続され、かつ、ドレン管の一端は下管板と熱交換器胴側との境界に、ドレン管の内面が下管板と面する状態で、熱交換器に溜まったスラッジまたはドレンを熱交換器の停止時に排出できるように取り付けられてなることを特徴とする竪型熱交換器。
- 前記熱交換器の胴直径（Ｄ）とベント管の直径（ｄ）、ベント管の個数（Ｎ）が次式Ｄ／（ｄ×Ｎ）＝１０〜６０の関係を満たす請求項１記載の装置。
- 流体の一部または全量を請求項１または２に記載のドレン管を通じて導入または排出することを特徴とする竪型熱交換器の使用方法。
- 流体の一部または全量を請求項１〜３のいずれか１項に記載のベント管を通じて導入または排出することを特徴とする竪型熱交換器の使用方法。
- 熱交換器の取り扱い流体の少なくとも一方が易重合性物質を含む請求項３または請求項４記載の方法。
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