JP5116733B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、排熱回収ボイラの節炭器などの複数の配管からなる熱交換器に関する。

ガスタービンの排ガスから熱交換によって蒸気を発生させる装置として排熱回収ボイラが設置されている。排熱回収ボイラは、内部を冷媒が流れる複数の配管が上下方向に延びるように接続された複数のパネルからなる節炭器を備え、節炭器の配管の間に排ガスを通過させることで、排ガスと冷媒との間で熱交換を行って蒸気を発生させ、この蒸気により発電を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７―２９８２４５号公報

ここで、節炭器の配管には内部を通過する水により流れ加速腐食が生じることがあり、点検作業や補修作業が必要となる。従来より、節炭器の配管の補修作業は、腐食箇所の上下を切断し、新たな配管を接続することにより行っている。この際、節炭器の配管は密集して設けられているため、奥部の配管に腐食が生じた場合には、作業スペースを確保するために腐食が生じた配管の手前側の腐食が生じていない健全な配管も切断した。このため、作業に手間がかかるとともに、切断した部分に接続するための配管が必要となりコスト高となっていた。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、節炭器などの複数の配管を有する熱交換器を補修する際に切断しなければならない健全な配管を減らすことである。

本発明の熱交換器は、供給された冷媒が内部を下方から上方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第１の配管群と、前記第１の配管群から排出された冷媒が内部を上方から下方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第２の配管群とが、横方向に複数列並ぶように配置された配管パネルが、前後方向に複数枚並設されてなる熱交換器であって、前記各配管パネルは、前記第２の配管群が中央側に配置され、前記第１の配管群が前記第２の配管群の外側に配置され、前記複数枚の配管パネルは、前後方向に前記第１の配管群が並ぶように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器の左右何れか一方に、腐食が発生し易い内部を下方から上方に向かって冷媒が流れる配管群が前後に並んで位置し、他方に腐食が発生し難い内部を上方から下方に向かって冷媒が流れる配管群が前後に並んで位置することとなる。これにより、熱交換器の一方の側の配管に腐食の発生が集中し、他方の側の配管にはほとんど腐食が発生しないため、健全な配管を切断するのを減らすことができる。また、腐食が発生しやすい配管が集中していることで、一度の補修作業の際に複数の配管を補修することが可能となり、切断すべき健全な配管を減らすことができる。

排熱回収ボイラの構成を示す図である。 従来、用いられていた低圧側節炭器の詳細な構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 低圧側節炭器の構成を示す構成図である。 低圧側節炭器を構成する配管パネル構造の拡大断面図である。 本実施形態の節炭器の構成を示す図である。 配管の切断位置の決定方法を説明するための図である。 切断した配管を再利用して接続する方法を説明するための図である。

以下、本発明の熱交換器の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、排熱回収ボイラ１０の構成を示す図である。同図に示すように、排熱回収ボイラ１０は、煙道６０内に設けられた低圧側節炭器２０、低圧側蒸発器２１、高圧側節炭器３０、及び高圧側蒸発器３１と、煙道６０外に設けられた低圧側ドラム２２、高圧側ドラム３２、過熱器４０、低圧側ポンプ５０、及び高圧側ポンプ５１と、を含んで構成される。

排熱回収ボイラ１０は、煙道６０内に燃焼排ガスが供給され、排ガスの流れに沿って過熱器４０、高圧側蒸発器３１、高圧側節炭器３０、低圧側蒸発器２１、低圧側節炭器２０の順序で配置されている。ガスタービンから排出された高温の排ガスの熱は、過熱器４０、高圧側蒸発器３１、高圧側節炭器３０、低圧側蒸発器２１、及び低圧側節炭器２０において内部を流れる水との間で熱交換が行われる。なお、低圧側節炭器２０の詳細な構成は後に詳述する。

低圧側ポンプ５０から圧送された水は、低圧側節炭器２０において排ガスにより加熱されて低圧側蒸発器２１へと送られ、低圧側蒸発器２１において排ガスにより加熱されて水蒸気が発生する。そして、低圧側蒸発器２１において発生した水蒸気は低圧側ドラム２２へと送られ、低圧側ドラム２２において水蒸気が分離され、分離された水蒸気はタービンへと送られる。

また、高圧側ポンプ５１から圧送された水は、高圧側節炭器３０において排ガスにより加熱されて高圧側蒸発器３１へと送られ、高圧側蒸発器３１において排ガスにより加熱されて水蒸気が発生する。そして、高圧側蒸発器３１において発生した水蒸気は高圧側ドラム３２へと送られ、高圧側ドラム３２において水蒸気が分離され、分離された水蒸気は過熱器４０で過熱されてタービンへと送られる。

図２は、従来、用いられていた低圧側節炭器２０の詳細な構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、低圧側節炭器２０の構成を示す構成図、図４は、低圧側節炭器２０を構成する配管パネル構造１００Ａの拡大断面図である。なお、図３に示すように、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄは左右二列に並ぶが、図２（Ｂ）、（Ｃ）では一枚のみを示す。また、高圧側節炭器３０は、低圧側節炭器２０と同様の構成であるため、説明を省略する。

図２及び図３に示すように、低圧側節炭器２０は、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄが、積層されてなる。
第１〜第３のパネル構造１００Ａ〜１００Ｃは、複数の配管１０４、１０５からなる第１及び第２の配管群１１４、１１５と、上部配管１０１と、第１及び第２の下部配管１０２、１０３とにより構成される。図４に示すように、配管群１１４、１１５を構成する配管１０４は奥行き方向に複数列（本実施形態では３列）、横方向に複数列並べられている。配管群１１４、１１５を構成する複数の配管１０４、１０５は、夫々その上端が上部配管１０１に接続されている。また、第１の配管群１１４を構成する複数の配管１０４の下端は第１の下部配管１０２に接続され、第２の配管群１１５を構成する複数の配管１０５の下端は第２の下部配管１０３に接続されている。かかる構成により、第１の下部配管１０２に供給された水は、第１の配管群１１４の配管１０４を下方から上方に向かって流れ、上部配管１０１を通り、第２配管群１１５の配管１０５を上方から下方に向かって流れ、第２の下部配管１０３より排出される。

また、第４のパネル構造１００Ｄは、複数の配管１２４からなる配管群１２３と、配管群１２３の配管１２４の上端及び下端が夫々接続された上部配管１２２と、下部配管１２１とにより構成される。かかる構成により下部配管１２１に供給された水は、配管群１２３の配管１２４を下方から上方に向かって上部配管１２２へと流れる。

図３に示すように、第１のパネル構造１００Ａ及び第３のパネル構造１００Ｃは、第１の配管群１１４が外側、第２の配管群１１５が中央側に位置するように設けられ、第２のパネル構造１００Ｂでは、第２の配管群１１５が外側、第１の配管群１１４が中央側に位置するように設けられている。そして、図３に示すように、第１のパネル構造１００Ａの第２の（中央側）の下部配管１０３は、第２のパネル構造１００Ｂの第１の（中央側）の下部配管１０２に接続配管１３０を介して接続されている。第２のパネル構造１００Ｂの第２の（外側）の下部配管１０３は、第３のパネル構造１００Ｃの第１の（外側）の下部配管１０２に接続配管１３０を介して接続されている。第３のパネル構造１００Ｃの第１の（中央側）の下部配管１０３は、第４のパネル構造１００Ｄの下部配管１２１に接続配管１３０を介して接続されている。このため、節炭器２０の外側及び中央側には夫々、配管１０４内を下方から上方に向かって水が流れる第１の配管群１１４と、配管１０５内を上方から下方に向かって水が流れる第２の配管群１１５とが前後方向に交互に並ぶこととなる。

かかる構成により、第１のパネル構造１００Ａの第１の下部配管１０２へ供給された水は、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄの配管群１１４、１１５、１２３を流れ、第４のパネル構造１００Ｄの上部配管１２２から排出される。この際、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄを構成する配管群１１４、１１５、１２３の間を排ガスが流通し、排ガスと配管１０４、１０５、１２４の内部を流通する水との間で熱交換が行われ、水が加熱される。

ここで、第１の下部配管１０２や下部配管１２１が接続される配管群１１４，１２３を構成する配管１０４、１２４の下部は、下部配管１０２、１２１を流れる水が上方に送られるため、非常に強い圧力がかかるとともに流れに乱れが生じる。このように流れに乱れが生じるような箇所では、例えば、椎原裕美、外４名、“舶用蒸気プラント配管の流れ加速腐食によるエロージョン・コロージョン減肉について”「２．流れ腐食加速のメカニズム」、［online］、日本海事協会、［平成21年3月30日検索］、インターネット〈URL：http://www.classnk.or.jp/hp/ja/activities/rd/H17_05.pdf〉に、記載されているように、流れ腐食加速が発生しやすい。このため、下部配管１０２、１２１が接続される配管群１１４、１２３を構成する配管１０４、１２４の下部には流れ腐食加速が生じやすい。

ここで、上記のように従来の節炭器２０では、配管１０４内を下方から上方に向かって水が流れる第１の配管群１１４と、配管１０５内を上方から下方に向かって水が流れる第２の配管群１１５とが前後方向に交互に並ぶこととなる。このため、腐食が生じた配管１０４の手前側に、腐食が発生していない健全な配管１０５が位置してしまい、配管１０４の腐食部位を修理する際に健全な配管１０５を切断しなければならない場合が多かった。

本願発明者らは上記の点に鑑み、節炭器の構成を以下に説明するような構成とした。
図５は、本実施形態の節炭器２２０の構成を示す図である。同図に示すように、本実施形態の節炭器２２０では、第１〜第３のパネル構造２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃの全てが、内部を水が下方から上方に向かって流れる第１の配管群１１４が外側に、第２の配管群１１５が中央側に位置するように設けられている。節炭器２２０に供給された水は、第１のパネル構造２００Ａの第１の（外側）下部配管１０２に供給される。第１のパネル構造２００Ａの第２の（中央側）下部配管１０３と、第２のパネル構造２００Ｂの第１の（外側）下部配管１０２とが配管により接続され、第２のパネル構造２００Ｂの第２の（中央側）下部配管１０３と、第３のパネル構造２００Ｃの第１の（外側）の下部配管１０２とが配管により接続されている。また、第３のパネル構造２００Ｃの第２の（中央側）の下部配管１０３と第４のパネル構造２００Ｄの下部配管１２１とが配管で接続されている。

かかる構成により、内部を下方から上方に向かって水が流れる複数の配管１０４からなる第１の配管群１１４が外側に前後方向に並び、また、内部を上方から下方に向かって水が流れる複数の配管１０５からなる第２の配管群１１５が中央側に前後方向に並ぶこととなる。

以下、本実施形態の節炭器２２０の補修方法を説明する。なお、以下の説明では、低圧側節炭器２０の補修を行う場合について説明するが、同様に高圧側節炭器３０の補修を行うこともできる。

まず、各パネル構造２００Ａ〜２００Ｄの配管群１１４、１１５、１２３の配管１０４、１０５、１２４内にファイバスコープを挿入して、配管１０４、１０５、１２４内部の腐食の有無を確認する。ここで、上記のように、腐食の生じ易い第１の配管群１１４は外側に前後に並んで配置されているため、この外側に配置された第１の配管群１１４において多数腐食が発生し、内側に配置された第２の配管群ではほとんど腐食が発生しない。そこで、以下の説明では、第２のパネル構造２００Ｂの配管群１１４の奥側の配管１０４に腐食が確認された場合について説明する。

上記のように配管１０４に腐食が確認された場合には、補修作業を行う。
補修作業を行うにあたり、まず、腐食の発生が確認された配管１０４及びこの配管１０４の切断作業の障害となる配管１０４の切断位置を決定する。図６は、配管１０４、１０５の切断位置の決定方法を説明するための図である。図６に示すように、奥側の配管１０４に腐食が発生した場合には、腐食が発生した配管１０４よりも手前側の配管１０４も切断の対象としなければならない。しかしながら、本実施形態では、各パネル構造２００Ａ〜２００Ｄを、腐食の生じ易い第１の配管群１１４が前後方向に並ぶように配置しているため、腐食が発生していない第２の配管群１１５を切断する必要がない。また、複数の配管１０４に腐食が発生する場合にも、腐食が発生した配管１０４が近傍に位置することとなるため、切断する配管を減らすことができる。

そして、図６に破線で示すように、腐食が発生した配管１０４の切断位置は腐食部分の上下に設定し、切断の対称となる各配管１０４の下方の切断位置は、腐食が生じた配管１０４の切断位置と同じ高さに、また、上方の切断位置は、奥から手前に向かって順次高くなるような位置に設定する。そして、上記決定した位置で各配管１０４を切断する。この際、各配管１０４の上方の切断面は階段状になるように水平に切断する。

次に、配管１０４を切断した部分に健全な配管を接続する。ここで、上記切断した配管１０４のうち、腐食が生じた配管１０４以外の作業スペースを確保するために切断した配管は健全であり、再利用可能であるため、切断した部分に作業スペースを確保するために切断した配管１０４を健全な配管として用いることができる。

図７は切断した配管３００を再利用して接続する方法を説明するための図である。切断した配管３００を再利用する際には、上端部及び下端部に接続可能なように仕上げを施すため、長さが多少短くなる。そこで、図７に示すように、切断した部分に接続する配管３１０として、一列手前側の列の切断した配管３００を用いる。そして、切断した部分に適合する長さに、一列手前側の列の切断した配管３１０を加工し、加工した配管３００を接続する。なお、この際、各配管１０４の下方の切断位置を一定の高さとし、上方の切断位置を奥から手前に向かって順次高くなるように決定しており、手前側に向かって広がるような作業スペースが確保されるため、接続作業を容易に行うことができる。
以上の工程により、節炭器２２０を補修することができる。

本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
第１〜第３のパネル構造２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃが、腐食が発生しやすい第１の配管群１１４が前後方向に並ぶとともに、腐食が発生し難い第２の配管群１１５が前後方向に並ぶように設けられているため、第１の配管群１１４の配管１０４を補修する際に腐食の発生し難い第２の配管群１１５の配管１０５を切断することなく、補修作業を行うことができる。

また、複数の配管１０４に腐食が生じた場合であっても、腐食が発生し易い第１の配管群１１４が外側に位置しているため、これら腐食の生じた配管１０４が近傍に位置することとなり、一度の補修作業の際に切断する必要がある配管１０４の本数を減らすことができる。

なお、本実施形態では、予め、第１〜第３のパネル構造２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃの全てが、腐食が発生しやすい第１の配管群１１４が外側に、腐食が発生し難い第２の配管群１１５が中央側に位置するように設けられた節炭器２２０について説明したが、これに限らず、図３を参照して説明した従来の節炭器２０を補修することで本実施形態の節炭器２２０の構成とすることも可能である。

すなわち、第１のパネル構造１００Ａの第２の（図中中央側の）下部配管１０３と、第２のパネル構造の第１の（図中中央側の）下部配管１０２とを結ぶ配管を除去し、第１のパネル構造１００Ａの図中中央側の下部配管１０３と、第２のパネル構造１００Ｂの図中外側の下部配管１０２とを配管で接続する。さらに、第２のパネル構造１００Ｂの第２の（図中外側の）下部配管１０３と、第３のパネル構造１００Ｃの第１の（図中外側の）下部配管１０２とを結ぶ配管を除去し、第２のパネル構造１００Ｂの図中中央側の下部配管１０２と、第３のパネル構造１００Ｃの図中外側の下部配管１０２とを接続する。これにより、図５を参照した節炭器２０と同様の構成となり、次回以降の点検・修理を容易に行うことができる。

なお、本実施形態では、図５に示すように、下方から上方へ水が外側に腐食が生じ易い第１の配管群１１４を外側に配置し、第２の配管群１１５を内側に配置することとしたが、これに限らず、外側に第２の配管群１１５を配置し、内側に第１の配管群を配置することとしてもよい。

また、本実施形態では、第１〜第４のパネル構造２００Ａ〜２００Ｄが左右二列に並ぶ場合を説明したが、これに限らず。一列のみ又は三列以上並ぶ場合であっても本発明を適用できる。

また、本実施形態では、４枚のパネル構造２００Ａ〜２００Ｄが前後方向に並ぶように配置された場合について説明したが、これに限らず、２枚以上のパネル構造が前後方向に並んでなる熱交換器であれば本発明を適用することができる。

１０ ボイラ ２０ （低圧側）節炭器
２１ 低圧側蒸発器 ２２ 低圧側ドラム
３０ 高圧側節炭器 ３１ 高圧側蒸発器
３２ 高圧側ドラム ４０ 過熱器
５０ 低圧側ポンプ ５１ 高圧側ポンプ
６０ 煙道
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ パネル構造
１０１，１１２、１２２ 上部配管 １０２ 第１の下部配管
１０３ 第２の下部配管 １０４、１０５ 配管
１１４、１１５、１２３ 配管群 １２１ 下部配管
１２２ 上部配管 １２４ 配管
１３０ 接続配管
２００Ａ、２００Ｂ，２００Ｃ、２００Ｄ パネル構造
２２０ 節炭器

Claims (1)

1. 供給された冷媒が内部を下方から上方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第１の配管群と、前記第１の配管群から排出された冷媒が内部を上方から下方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第２の配管群とが、横方向に複数列並ぶように配置された配管パネルが、前後方向に複数枚並設されてなる熱交換器であって、
   前記各配管パネルは、前記第２の配管群が中央側に配置され、前記第１の配管群が前記第２の配管群の外側に配置され、
   前記複数枚の配管パネルは、前後方向に前記第１の配管群が並ぶように配置されていることを特徴とする熱交換器。