JP4540315B2

JP4540315B2 - 低温液体加熱方法及びその装置

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Publication number: JP4540315B2
Application number: JP2003290502A
Authority: JP
Inventors: 庸司小島; 誠尾崎
Original assignee: IHI Plant Construction Co Ltd
Current assignee: IHI Plant Construction Co Ltd
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP2005061478A

Description

本発明は、アンモニア液、ＬＰＧなどの低温液体を、スチームなどの加熱源で、０℃以上に加熱するための低温液体加熱方法及びその装置に係り、特に、低温液体の流量が１００〜２５％と広範囲に亘って変動してもこれを精度よく加熱できる低温液体加熱方法及びその装置に関するものである。

通常、例えばアンモニア液（−３３℃）をシェル＆チューブ式熱交換器で、スチームを用いて０℃以上に加熱しようとする場合、温水加熱システムと中間熱媒体式加熱器で加熱する２つの方式が知られている。

（１）温水式加熱器とシステム
スチームを熱源とする場合、一般には循環水にスチームを吹込んで温水として使用し、この温水をシェル＆チューブ式の熱交換器の外胴側に流し、低温液体を伝熱管内に流して、伝熱管の出口での低温液体の温度を制御するようにしている。

（２）中間熱媒体式加熱器
加熱源（スチーム、その他）から低温液体への熱伝達を中間に熱媒体を経由して行なう方式である。すなわち、加熱源で中間熱媒体を蒸発させ、この蒸気で低温液体を凝縮加熱する。例えば、容器にアンモニア液をあるレベル迄溜めて、この液中に加熱する伝熱管を設置してスチームでアンモニアを蒸発させ、上部の気相に設置された低温液体の伝熱管を凝縮加熱する間接加熱方式である。

特開１１−２１０９９２号公報

しかしながら、（１）のシステムの構成機器は、スチーム吹込みによる一定温度の循環水の製造装置、温水循環ポンプ、加熱器等と制御計器となり、装置構成が複雑となる問題がある。また、一般に加熱器をシェル＆チューブの形式で製作する場合、精度良く被加熱流体の温度を制御できる流量変動範囲は７０％〜１００％程度と云われているので、２５％−１００％の広範囲で流量が変化する場合は３基に分割して、流量の変化に応じて使用基数を選択して低温液体の温度制御を行わなければならない。

従って、（１）のシステムでは、設置機器の数が多くなり、制御点数が多くなると共に設置面積も広くなり、このために全体のコストも高くなる問題がある。

（２）の中間熱媒体式加熱器では、加熱量が大きい場合は蒸発器と加熱器は、別々の熱交換器となる。この形式の加熱器では広範囲の流量域で精度よく加熱温度を制御できるが、中間に熱媒体が介在しているので伝熱のための温度差が蒸発側と加熱側（凝縮）に二重に存在し、一定流量で運転していれば支障がないものの、流量変動がある場合には、応答が遅いため安定するまでに時間がかかる。特に、スチームに比べて使用する熱媒体の熱伝達率は、蒸発と凝縮の熱伝達共に数分の１と劣るので、蒸発器、加熱器共に伝熱面積が非常に大きくなり、収納する容器も大型となる。シェルは使用する熱媒体の性状から常温になって高圧になる場合は十分な耐圧設計とする必要がある。このような理由のためにコストが高くなる。また中間熱媒体は低温の加熱伝熱管で凍結しない流体を選定して使用しなければならない問題もある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な装置構成で、流量範囲の広い低温液体を０℃以上に精度良く加熱できる低温液体加熱方法及びその装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、縦型の外胴内に多数の伝熱管を設け、その伝熱管の上下に入口室と出口室を形成した熱交換器からなる加熱器を用い、入口室から伝熱管にアンモニア液などの低温液体を流し、外胴内上部にスチームを供給して低温液体を出口室で０℃以上に加熱するための低温液体加熱方法において、加熱器の外胴内にスチームによる凝縮水相と気相とを形成し、その凝縮水相の凝縮水を加圧排水タンクに排水し、その加圧排水タンクの凝縮水を底部から排水して加圧排水タンク内の液面を調整し、その加圧排水タンク内の気相にイナートガスを供給すると共にその圧力を調整して加熱器内の凝縮水相のレベルを低温液体の流量に応じて調整し、かつ上記凝縮水相の凝縮水を加圧排水タンクに排水する際に、上記加圧排水タンク内の下部に設けたキャップ状のトラップ内に上記凝縮水を導入し、その凝縮水をトラップ内に設けた集水口からドレン排水ラインに排水させて加圧排水タンクから排水することを特徴とする低温液体加熱方法である。

請求項２の発明は、加圧排水タンク内の気相をプラスゲージ圧となるようにその加圧排水タンク内圧力を制御する請求項１記載の低温液体加熱方法である。

請求項３の発明は、アンモニア液などの低温液体をスチームにて０℃以上に加熱するための低温液体加熱装置において、縦型の外胴内に多数の伝熱管が設けられ、その伝熱管の上下に入口室と出口室を形成された加熱器と、その加熱器の入口室にアンモニア液などの低温液体を供給する供給ラインと、出口室に接続された低温液体の出口ラインと、加熱器の外胴内上部にスチームを供給して外胴内に凝縮水相と気相とを形成するスチームラインと、その加熱器内の凝縮水相の凝縮水を排水するドレン排出ラインと、ドレン排出ラインに接続されると共にイナートガスが供給され、加熱室内の凝縮水レベルを調整するための加圧排水タンクとを備え、
加圧排水タンク内の下部にキャップ状のトラップが設けられ、ドレン排出ラインの排出ノズルが、そのトラップ内に位置するように設けられ、加圧排水タンク内の凝縮水を排水するドレン排水ラインの集水口が上記トラップに位置するように設けられることを特徴とする低温液体加熱装置である。

請求項４の発明は、加圧排水タンクの容量は、そのキャップ状のトラップより上部の液量が、加熱器内の凝縮水相のレベルの変化に相当する体積よりも、大きく設定される請求項３記載の低温液体加熱装置である。

以上要するに本発明によれば、低温液体の流量が２５％〜１００％の広範囲に変化しても出口温度を設定の温度範囲内に精度良く加熱することができる。また、凝縮水をドレン排出ラインより加圧排水タンクの下部に設けたトラップに導入し、集水口からドレン排水ラインに排水するため、凝縮水は液面に浮上しないためにイナートガスとの接触がほとんど無く、溶解量が少なくなるので、イナートガスの消費量が非常に少なくなる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、１０は加熱器で、縦型のシェル＆チューブの熱交換器からなり、縦型の外胴１１内に上下が管板１２，１３で支持された多数の伝熱管１４が設けられ、その上部に入口室１５が設けられ、下部に出口室１６が設けられて構成される。

入口室１５には、アンモニア液、ＬＰＧなどの低温液体の供給ライン１７が接続され、その供給ライン１７に流量調節計１８と、その流量調節計１８で開度制御される流量調節弁１９が設けられる。

出口室１６には、低温液体の出口ライン２０が接続され、その出口ライン２０に出口温度調節計２１が接続される。

外胴１１の上部には、加熱源としてのスチームライン２２が接続され、そのスチームライン２２にスチーム流量調節計２３とそのスチーム流量調節計２３で開度制御されるスチーム流量調節弁２４が接続される。スチーム流量調節計２３には、出口ライン２０の出口温度調節計２１の検出温度が入力され、これによりスチーム流量調節計２３が流量を設定してスチーム流量調節弁２４を制御するようになっている。

外胴１１の下部にはドレン排出ライン２５が接続され、そのドレン排出ライン２５に加圧排水タンク２６が接続される。

加圧排水タンク２６は、図１，図２に示すように密閉容器２７からなり、その内部にキャップ状の凝縮水トラップ２８が設けられて構成される。ドレン排出ライン２５は、密閉容器２７内に入り、そこで反転して排出ノズル２９が凝縮水トラップ２８内に開口するように設けられる。また、凝縮水トラップ２８には、密閉容器２７の底部を貫通するように設けられたドレン排水ライン３０の集水口３１が開口するように設けられる。ドレン排水ライン３０には凝縮水液面調節弁３２が接続される。この凝縮水液面調節弁３２は、密閉容器２７に設けた凝縮水液面調節計３３により制御されるようになっている。また加熱器１０にも液面調節計３３ａが設けられる。

密閉容器２７の上部には窒素などのイナートガス入口ライン３４が接続されると共にイナートガス出口ライン３５が接続される。イナートガス入口ライン３４には、加圧排水タンク圧力調節弁３６が接続され、この圧力調節弁３６が密閉容器２７の上部に設けた加圧排水タンク圧力調節計３７により制御されるようになっている。またイナートガス出口ライン３５には、過剰圧力調整弁３８が接続される。

以上において、加熱源であるスチームは、スチームライン２２から外胴１１内に供給される。このスチームは低温液体の出口ライン２０の出口温度調節計２１の検出温度により、出口温度が設定温度になるように、流量調節計２３を経由して、スチームライン２２に設置されているスチーム流量調節弁２４を制御するようになっている。

スチームは、外胴１１内で、気相４０と凝縮水相４１とに分離し、気相部４０で、加熱の大部分を行い、凝縮水相４１で最終的な低温液体の設定温度に加熱するようになっており、凝縮水相４１の凝縮水は、ドレン排出ライン２５より加圧排水タンク２６に供給される。

この加圧排水タンク２６の圧力と気相容量を外胴１１の気相４０の圧力が最低流量でも負圧にならなく、且つ最高流量でもスチーム供給圧力以上にならないように調整することで、凝縮水相４１の液面を調整して、気相４０の容積を調整し、同時に熱交換量を調整するもので、図示のように、低温流体の流量が、例えば１００％負荷時の液面Ｌ100 、５０％負荷時の液面Ｌ50、２５％負荷時の液面Ｌ25と流量範囲１００〜２５％の範囲で液面を調節する。

この場合、加圧排水タンク２６の液面は、２５％負荷時の液面Ｌ25の時、最低液面となり、１００％負荷時の液面Ｌ100 の時、最高液面となる。従って、加圧排水タンク２６の容量は、トラップ２８から上のレベルの液量が、この変動体積以上になるようにしてある。流量が減少した場合は凝縮水相４１の液面は上昇するが、この水量は、加圧排水タンク２６から素早く補給されるので、設定液面になる時間も短いために精度良く温度が制御される。

加圧排水タンク２６の液相４４の液面が最低になるのは、外胴１１内の凝縮水相４１のレベルがＬ25の時で、この時気相４０のゲージ圧力をプラスにするために、加圧排水タンク２６の気相４３の圧力が保持されるようにイナートガス圧力調節計３７により、調節弁３６を作動させて調整する。１００％負荷時の液面Ｌ100 では、加圧排水タンク２６の気相４３の体積が加熱器１０の外胴１１からの排水により最小になるので、この圧縮された気相４３の圧力とバランスする気相４０の圧力がスチームの供給圧力を超えないように、気相４３の体積を、加圧排水タンク２６が、液相４４の最低液面で決める。

アンモニア液、ＬＰＧなどの低温液体は、供給ライン１７から入口室１５に流入し、それぞれ伝熱管１４を通って流下しながら出口室１６に流入し、出口ライン２０より０℃以上に加熱されて利用系に供給される。

低温液体を、気相４０で、熱伝達率の高いスチームで凝縮加熱することにより、伝熱面積を小さくすると共に加熱システムをシンプルにして加熱器１０の全体をコンパクトにする。

低温液体による伝熱管１４表面でのスチームの凝縮水による氷結を防止するために、低温液体の殆どの加熱を高温のスチームの凝縮熱で行なう。このようにして伝熱管１４の外表面を０℃以上にして凝縮水を氷結させないようにする。

低温液体を気相４０で加熱して凝縮した水は凝縮水相４１に溜まり、この凝縮水でも低温液体を加熱して、低温液体の温度を制御する。

気相４０では加熱量の約８５％の熱伝達を行い、残りの熱量は凝縮水相４１から熱伝達される。

加熱量の殆どを伝熱する気相４０の体積は比較的小さいので、調節弁２４、１９、３２（スチーム、液面、アンモニア流量等）の変動により圧力（凝縮温度）が変動し易いこと、及び気相４０の熱容量も小さいために圧力（温度）が変化し易く流体への熱伝達が安定しない。

気相４０の温度変化を緩和するために加熱器１０の下部に熱容量の大きい凝縮水を溜めて凝縮水相４１を形成し、この凝縮水相４１が、気相４０での加熱温度が設定値より降下した場合は加熱し、高くなった場合は冷却して流体の温度変化を緩和する働きをする。

凝縮水相４１の凝縮水は、ドレン排出ライン２５より、加圧排水タンク２６の底部に排出される。

加圧排水タンク２６と加熱器１０は、液面調節計３３ａ，３３とにより、調節器４５を介して液面調節弁３２にて液面を調節し、圧力調節計３７と液面調節計３３により調節器４２を介して加圧排水タンク圧力調節弁３６にて圧力を制御することにより、当該タンク２６への凝縮水の出入りにより加熱器１０の伝熱面積を伝熱量に対応した必要面積になるように自動的に調節しつつ、凝縮水相４１がドレン排水ライン３０にて当該タンク２６外に排出される。

加圧排水タンク２６の気相４３にはイナートガス入口ライン３４からイナートガスが供給され、圧力調節計３７により圧力調節弁３６を制御することにより、当該タンク２６の圧力を最低液面の時にプラスのゲージ圧力に維持される。

加熱器１０からの凝縮水には空気等のイナートガスがほとんど含まれていないので、加圧排水タンク２６の液面で気相４３のイナートガスと直接接触すると多量のガスを吸収してしまい、これを、そのまま排出するとイナートガスの消費量が多くなる。この消費量を少なくするために、ドレン排出ライン２５からの凝縮水を、タンク２６の底部に設置したトラップ２８内に排出することで、イナートガスとの接触を防止するようにしている。

すなわち、加熱器１０からの凝縮水は、外気で冷却されている加圧排水タンク２６の液相４４の凝縮水（貯蔵水）よりも高い温度になっていることがある。この場合、当該タンク２６のトラップ２８内に排出された凝縮水は、温度による比重差のために液面に浮上しようとするがトラップ２８のために浮上が阻止される。図２に示すように、トラップ２８中への排出ノズル２９の高さと、トラップ２８のスカートの最低位置との高低差ｈを、ノズル２９からの凝縮水とタンク２６内の液相４４の凝縮水（貯蔵水）の比重差から算出される液柱差よりも大きくすれば、一定流量負荷時には、凝縮水はトラップ２８に阻害されてトラップ２８外に出ないで、ドレン排水ライン３０から排出されることとなる。従って、凝縮水は液面に浮上しないためにイナートガスとの接触がほとんど無く、溶解量が少なくなるので、消費量が非常に少なくなる。

加圧排水タンク２６の液面は低温液体の流量範囲に応じて予め決められた設定値を選択して、一定のレベルに固定するようにする。この流量範囲での加熱器１０の低温液体の温度制御は、温度調節計２１、スチーム流量調節計２３、及びスチーム流量調節弁２４で、加熱器１０の気相４０の圧力（温度）を調整して行う。

加熱スチームの供給圧力が０．６ＭＰａの場合、一定の伝熱面積でスチームの凝縮圧力（温度）の変化で調節できる流量範囲は４０〜５０％であるので、液面のレベルの切換えは低温液体の流量範囲が２５％〜１００％では、この場合最小２〜３ステップとなる。

設定されたステップでは、凝縮液の液面を一定にして一定の気相４０の伝熱面で加熱することになるので、低温液体の流量の変化に対してはスチームの供給量を調節して、スチームの凝縮圧力（温度）を変えて加熱温度を制御する。この場合、必要な熱伝達量を得るために適切な温度差を加熱器１０が自動的に作り、必要な熱量を低温液体に伝達する。加熱温度を温度調節計２１により検知し、流量調節計２３の制御値を調整して流量調節弁２４を制御することにより、伝熱量に合致した量のスチームを加熱器１０に送入する。

温度調節計２１の感知遅れによる流量調節弁２４の振れ、或は液面調節弁３２の開度の振動等により加熱器１０の出口温度の制御値が、流量１００％に較べて２５％の場合には通常大きく変動する。

気相４０の微動する温度変化を緩和するために設けられた凝縮水中の伝熱管１４は、低温アンモニア液（−３３℃）を加熱する場合、凝縮水相４１中の伝熱面積と気相４０中の伝熱面積の比を１：１〜１：１．５程度（ｌ００％流量時）にすると、流量２５〜ｌ００％の流量範囲でも出口温度を精度よく制御することが可能である。

イナートガスで加圧排水タンク２６をプラスのゲージ圧力にすると、液面調節弁３２の操作差圧が大きく取れるので作動が安定するために、同時にスチームの調節弁２４も振動することなく円滑に作動するので、装置全体が安定して運転できる。

低温液体の流量を、伝熱管１４の液面設定値を超えて変える場合には、加熱器１０内の凝縮水の出入を迅速に行なう必要がある。

上記の加熱器１０内の液面の迅速な調整を行う作動状態は次のようになる。

流量増加時の排水については液面調節計３３，３３ａの設定値の変更と凝縮水液面調節弁３２の作動を迅速に行うことで対応できる。加圧排水タンク２６の気相４３は、一定圧力以上を維持するように圧力調節計３７と圧力調節弁３６で制御されているので、加熱器１０の気相４０ゲージ圧が負圧になることはない。

流量の減少時には加熱器１０への水の流入となる。このために液面の変動量以上の水量を加圧排水タンク２６に貯蔵して置き、この水を逆流させるようにする。逆流作動は次のような状態で行なわれる。流量が減少すると、減少前の加熱器１０の気相４０の伝熱面積が減少後の必要な伝熱面積よりも大きいために、加熱器１０の出口の温度調節計２１の検知温度が流量の減少に伴って上昇するので、温度調節計２３を介してスチーム調節弁２４によりスチーム流量を減少させる。

この結果、加熱器１０の気相４０の圧力が流量減少前迄の圧力よりも低くなるために、加圧排水タンク２６内の凝縮水（貯蔵水）４４が逆流する。加圧排水タンク２６の気相４３は、最大の体積でもプラスのゲージ圧力以上を維持するように圧力調節計３７と圧力調節弁３６で制御されているので、加熱器１０に凝縮水（貯蔵水）４４が逆流しても負圧になることはない。従って、スチームの凝縮速度と関係無しに迅速に液面の調整が可能となる。

気相４３の圧力をイナートガスでゲージ圧力をプラス圧力に保つために、運転中及び停止中にバキュームになって空気及び空気を溶解した水を吸込むことが無く、また、酸素の供給が無いために腐食防止に有効となる。

次に本発明のより具体的な例を説明する。

以下にアンモニア液（−３３℃）を、１℃に加熱する場合について説明する。
（１）加熱器の仕様概略
低温のアンモニア液の加熱の場合の流量に対するスチームの圧力（温度）と、気相部・液相部の伝熱面積の一例を示すと次のようになる。

スチームの濃縮圧力（分圧）と加熱器仕様：
アンモニア液流量ｋｇ／ｈ１２５００
入口温度 ℃ −３３
出口温度 ℃ １
アンモニア液流量範囲％２５〜ｌ００
スチームの一次供給圧力飽和ＭＰａ０．６
気相圧力ＭＰａ０．０５〜０．５
加圧排水タンク中の
イナートガス下限圧力ＭＰａ０．０５
流量と加熱器の液面設定％流量％１００％５０％２５％
液面設定％６０％７０％８１％
スチーム圧力（温度）と流量
圧力ＭＰａ０．４０．２５０．１５
温度℃ 143.6 127.4 111.4
気相伝熱面積ｍ² 3.37 2.53 1.60
凝縮水部伝熱面積ｍ² 5.05 5.89 6.82
合計伝熱面積ｍ² 8.42 8.42 8.42
伝熱管寸法
伝熱管長ｍ５
内径ｍ０．０３８
外径ｍ０．０４５
パス数縦型本１２
スチーム供給調節弁差圧ＭＰａ０．２０．３５０・４５
（２）実施例の説明
図１の加熱器システムフローと図２加圧排水タンクのトラップ詳細に基づき、低温のアンモニア液（−３３℃）の加熱する場合について運転と機能について説明する。

１）起動準備
加熱器１０の外胴１１側と加圧排水タンク２６に水を貯める。

流量に対する加熱器１０の液面設定値が自動的に切替わるように凝縮水液面調節計３３にセットする。

加圧排水タンク２６の液面位置が加熱器１０の液面と同一レベルにない場合は、加圧排水タンク２６の液面位置に加熱器１０の液面との差の液柱高さを加えた液面位置を、液面調節計３３に設定値としてセットしなければならない。加熱器１０に凝縮水液面調節計３３ａを直接設置する場合は補正は不要である。

加圧排水タンク２６の気相４３に加圧排水タンク圧力調節計３７と加圧排水タンク圧力調節弁３６により、最低液面の時に設定圧力（例えば０．１５ＭＰａ）以上にイナートガスが、自動的に入るようにセットする。

アンモニア液の加熱制御温度（１℃）に出口温度調節計２１の制御値をセットする。

２）運転
アンモニア液はスチーム流量調節計２３とスチーム流量調節弁２４により流量を制御されて、加熱器１０の気相４０の伝熱管１４の上部から流入する。

アンモニア液をアンモニア液流量調節計１８とアンモニア流量調節弁１９により所定流量になるまで徐々に流量を増やす。

この時通常は出口温度調節計２１の温度は外気温度等のために、加熱制御温度（１℃）よりも高くなっているのでスチーム流量調節弁２４は閉じている。加熱器１０からアンモニア液が流出しはじめると徐々に温度が低下し、制御温度以下になると出口温度調節計２１の指示でスチーム流量調節弁２４が作動し加熱器１０にスチームを供給する。

スチームの流入により加熱器１０内の凝縮水が押し下げられて気相４０ができ、液面の設定位置まで拡大する。凝縮水は加圧排水タンク２６に付帯している液面調節計３３と液面調節弁３２により制御して装置外に排出される。この操作中も常に出口温度調節計２１、低温液体流量調節計１８、流量調節弁１９により温度を設定値（１℃）になるように制御する。

通常加熱器１０内の水温が高いので、アンモニア液は水で温められて水温がバランス温度に到達する迄は、設定制御温度より高い温度となる。

起動時は出口温度調節計２１に到達する迄に、アンモニア液は加熱器１０の貯蔵水をクールダウンしながら流出するのでクールダウン完了後に制御温度に収れんする。

気相４０の伝熱管１４に流入したアンモニア液は、スチームで加熱される。気相４０中のスチームでの加熱量はクールダウン後の定常状態では約８０％となる。加熱により凝縮した（スチームは）下部に溜まっている水面に落下して比重差のために液面上で順に層状に蓄積する。

気相４０で加熱されたアンモニア液は、加熱器１０下部の貯蔵水（凝縮水）中に設置されている伝熱管１４に流入し、凝縮水により加熱される。凝縮水は気相４０中のスチームの圧力（分圧）と平衡した温度で凝縮するので水面は高い温度（約１１０〜１４０℃）状態にある。一方、気相４０からのアンモニア液は０℃以下であり、凝縮水は熱伝達に十分な温度条件となっている。従って、アンモニア液の加熱は気相４０と凝縮水相４１中の伝熱量のバランスの基に行われる。

凝縮水相４１中の伝熱管１４は液面から下方に向つて配列されているので、伝熱管１４中のアンモニア液は液面から下方に流れる。一方、伝熱管１４で冷却された凝縮水は比重差で下方への沈下流となり並流状態で熱交換が行われる。凝縮水の温度は表面から下方に向って低くなり、安定した温度勾配の層流となるので安定した伝熱となる。

スチーム凝縮領域の伝熱係数は大きく、スチーム条件（圧力、温度）が変ると伝熱量も大きく変るために加熱温度が変動する。加熱器１０の気相４０の体積は通常非常に小さいので、制御系その他の変化でスチーム量が小変動しても圧力変化を緩和できない。この気相４０の温度の小変化を加熱器１０下部の凝縮水相４１で吸収緩和する。

凝縮水は量が少なくとも単位体積当りの熱容量が大きいので、スチームに比較して大きな熱量を保存できる。この特性を利用して気相４０で加熱されたアンモニア液の温度の小変動を少量の凝縮水相４１で吸収させることができる。短時間のアンモニア液の温度変化では凝縮水の温度はほとんど変らないので、伝熱の温度差がアンモニア液の入口温度の変化だけ対応して変化するので、緩和のための温度差が素早くできるために加熱或は冷却を効果的に行なえる。この場合、気相４０の伝熱面と凝縮水中の伝面の比を１：１〜１：１．５程度にすると、広範囲の流量範囲でアンモニア液を安定した温度に加熱できる。

アンモニア液の加熱器１０での出口温度は温度調節計２１で検知し、制御温度から乖離する場合はスチーム量を適正な流量に制御するために、流量調節計２３にフィードバックして流量調節弁２４を制御することにより温度を制御する。

加熱器１０で凝縮した水はアンモニアの流量（ステップ）に対応した水面レベルを維持しつつ、ドレン排出ライン２５を介して加圧排水タンク２６に排出される。加圧排水タンク２６に流入した凝縮水は、液面調節計３３，３３ａ及び液面調節弁３２により、加熱器１０の適性な液面を維持するように制御されてトラップ２８内の集水口３１からドレン排水ライン３０を介して当該タンク２６外に排出される。

液面調節計３３に設定する流量範囲ごとのレベル値は、加熱器１０の液面Ｌと加圧排水タンク２６の液面にレベル差がある場合、このレベル差を考慮して決める必要がある。両者に差がない場合及び液面調節計３３を加熱器１０に設置する場合は、レベル差を考慮しなくて良い。

加圧排水タンク２６に送られた凝縮水は、当該タンク２６の下部に設置されたトラップ２８内に排出される。トラップ２８は送られて来た温度の高い疑縮水が直接貯蔵水に拡散しないように、トラップ２８の上部板とスカートで阻止する。スカ−トの深さを貯蔵水と凝縮水の重さよりも深くして置き、排出ノズル２９のレベルと同レベルに挿入されたドレン排水ライン３０から、トラップ２８の外部に出ないで排出される。凝縮水が貯蔵水よりも温度が低い場合は、比重差で当該タンク２６の底部に溜まり、イナートガスと接触しないでドレン排水ライン３０から液面調節弁３２で制御されて排出される。

液面調節計３３或いは３３ａによる設定液面は例題では次の３段階としている。

アンモニア流量２５％５０％１００％
凝縮水液面（加熱器内）８１％７０％６０％
液面調節計３３或いは３３ａの液面設定値（上記表）は流量範囲の変動に従って自動的に変る。設定値の前後の流量については、スチームの凝縮圧力（温度）が伝熱量に必要な圧力（温度）に自動的に調節されて機能を発揮する。

加圧排水タンク２６をイナートガスで加圧することにより、加熱器１０の伝熱部を加圧状態にして空気の侵入を防止（腐食防止）して伝熱を安定させると共に、液面調節弁３２の差圧を大きくして凝縮水量の大きな変動に対しても作動を円滑にすることができる。

加圧排水タンク２６の気相４３中のイナートガスは、少しずつ凝縮水中に溶解拡散して排水と共に失われて気相圧力が低下するので、圧力調節計３７で気相圧力を検知し、圧力が下限値迄低下（通常約０．５〜０．１ＭＰａ）した時、圧力調節弁３６で各設定液面に対応した圧力迄、イナートガスを送入する。

トラップ２８の上部板或は付近のスカート板に微小なガス抜き孔を開けて置き、トラップ２８内のガスを抜けるようにする。

本発明の一実施の形態を示す図である。図１における加圧排水タンクの詳細を示す図である。

符号の説明

１０加熱器
１１外胴
１４伝熱管
１５入口室
１６出口室
２６加圧排水タンク
４０気相
４１凝縮水相
４３気相

Claims

縦型の外胴内に多数の伝熱管を設け、その伝熱管の上下に入口室と出口室を形成した熱交換器からなる加熱器を用い、入口室から伝熱管にアンモニア液などの低温液体を流し、外胴内上部にスチームを供給して低温液体を出口室で０℃以上に加熱するための低温液体加熱方法において、加熱器の外胴内にスチームによる凝縮水相と気相とを形成し、その凝縮水相の凝縮水を加圧排水タンクに排水し、その加圧排水タンクの凝縮水を底部から排水して加圧排水タンク内の液面を調整し、その加圧排水タンク内の気相にイナートガスを供給すると共にその圧力を調整して加熱器内の凝縮水相のレベルを低温液体の流量に応じて調整し、かつ上記凝縮水相の凝縮水を加圧排水タンクに排水する際に、上記加圧排水タンク内の下部に設けたキャップ状のトラップ内に上記凝縮水を導入し、その凝縮水をトラップ内に設けた集水口からドレン排水ラインに排水させて加圧排水タンクから排水することを特徴とする低温液体加熱方法。
加圧排水タンク内の気相をプラスゲージ圧となるようにその加圧排水タンク内圧力を制御する請求項１記載の低温液体加熱方法。
アンモニア液などの低温液体をスチームにて０℃以上に加熱するための低温液体加熱装置において、縦型の外胴内に多数の伝熱管が設けられ、その伝熱管の上下に入口室と出口室を形成された加熱器と、その加熱器の入口室にアンモニア液などの低温液体を供給する供給ラインと、出口室に接続された低温液体の出口ラインと、加熱器の外胴内上部にスチームを供給して外胴内に凝縮水相と気相とを形成するスチームラインと、その加熱器内の凝縮水相の凝縮水を排水するドレン排出ラインと、ドレン排出ラインに接続されると共にイナートガスが供給され、加熱室内の凝縮水レベルを調整するための加圧排水タンクとを備え、
加圧排水タンク内の下部にキャップ状のトラップが設けられ、ドレン排出ラインの排出ノズルが、そのトラップ内に位置するように設けられ、加圧排水タンク内の凝縮水を排水するドレン排水ラインの集水口が上記トラップに位置するように設けられることを特徴とする低温液体加熱装置。
加圧排水タンクの容量は、そのキャップ状のトラップより上部の液量が、加熱器内の凝縮水相のレベルの変化に相当する体積よりも、大きく設定される請求項３記載の低温液体加熱装置。