JPH08101117A - 動的汚損試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実質的に流体を損失しないで流体速度及び連
続流の両方を考慮し得るより一層現実的な現場条件下で
汚損傾向を監視し、測定するための動的試験を提供す
る。 【解決手段】 新規な動的汚損試験方法が開示される。
その方法によれば、流れている流体の一部が複数の試験
流にそらされる。試験すべき添加剤が試験流の少なくと
も一つに添加される。添加剤が添加された試験流が所定
の時間の期間にわたって第一の加熱金属表面と接触する
ように送られ、その金属表面は表面を加熱するための機
構を有する。第二試験流が所定の時間にわたって第二の
加熱金属表面と接触するように送られ、その第二の金属
表面は表面を加熱するための機構を有する。次いで二つ
の金属表面における汚損の蓄積が測定され、比較され
る。また、関連装置が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は現場で汚損試験を行
う方法に関するものであり、更に詳しくは汚損のオンラ
イン監視及び防汚剤性能のオンライン測定に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】汚損は
種々の普通の状況における或る種の流体と関連する問題
である。例えば、汚損は精油所中の種々の炭化水素仕込
み原料の処理において遭遇する重大な問題であり、そこ
では原料が有益な暖房用燃料及び輸送燃料並びに石油化
学供給原料に変換される。汚損は処理装置の金属表面に
頻繁に形成され、そして当然に中間の処理操作の効率を
低下する傾向がある堆積物として顕在化される。汚損の
結果は伝熱損失、圧力低下、処理速度の損失及び装置の
腐食の増大の形態で現れる。

【０００３】こうして、汚損を減少しようと努めて技術
が開発されており、その多くが汚損を抑制する化学添加
剤の適用を伴う。しかしながら、このような添加剤は種
々の有効性で汚損を抑制し、また汚損状況の間の変化
は、或る状況で適した防汚剤が別の状況では許容できな
いことを意味する。こうして、有効性の特徴を含む理想
的な特徴を有する添加剤であって、普遍的な適用を有す
る添加剤は、開発されていない。更に、特別な状況にお
ける有効性は多数の変数に依存し、予測を不可能または
少なくとも非実用的にする。

【０００４】その結果、試行錯誤のアプローチが典型的
に採用されて、特別な提案された防汚剤が関心のある状
況で適するか否かを測定する。しかしながら、絶え間な
い汚損をもたらす破損の危険、装置の損傷、処理すべき
系の汚染、その結果生じる操業停止そしてその系を取り
外して装置の検査により効力を測定する必要性のため
に、このような試験を、処理すべき系を実験にかける以
外の方法で行うことが望ましい。

【０００５】イートンの米国特許第4,383,438 号は、実
験室環境で静的汚損試験を行うための装置及び方法を記
載している。その特許の汚損試験は、汚損液体媒体に暴
露された熱交換チューブの特別な部分の如き熱交換器表
面をシミュレーションするように設計される。

【０００６】これらの試験は、汚損条件及び防汚剤の有
効性を試験するための従来技術よりもかなりの進歩に相
当した。しかしながら、これらの試験は依然として実際
の現場条件の近似に依存し、こうして現場で汚損傾向を
予測する際に所望される程には信頼性がない。

【０００７】現場では、汚損傾向を示す炭化水素流体が
パイプライン、熱交換器等の中を流れ、そしてイートン
の特許の実験室試験のような実験室試験では発見（少な
くともその系を乱さないで）または再現し得ないかもし
れない種々の条件に遭遇する。更に、これらの流体はか
なりの速度で流れる。流体速度は、特にその剪断力が堆
積物に対して有する効果において、汚損に重要な因子で
あることがわかった。こうして、静的汚損試験は動的現
場操作において汚損を予測するのに特に信頼性がない。
何となれば、それらは現場における流体流の速度を満足
に再現できないからである。更に、不正確さが静的試験
に固有のものである。何となれば、金属表面が現場表面
により遭遇する連続流の高い流体体積ではなく固定体積
の流体に暴露されるからである。実験室における連続流
は、何週間も続き得る試験期間にわたって行われること
がある連続流につき必要とされる流体の体積のために実
用的ではない。イートンの特許の技術は攪拌ローターを
使用して流体速度の効果を近似するが、依然として速度
及びその他の現場条件の真の流れのシミュレーションに
頼るだけでなく、連続流ではない流体の固定体積に頼っ
ている。その他の技術は連続流を特徴とするが、流体速
度を犠牲にして流体の使用または損失を最小にする。

【０００８】それ故、実質的に流体を損失しないで流体
速度及び連続流の両方を考慮し得るより一層現実的な現
場条件下で汚損傾向を監視し、測定するための動的試験
が必要とされる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】それ故、本発明は動的汚
損試験方法のための新規な方法に関する。その方法によ
れば、流れている流体の一部が複数の試験流に流れを変
えられる（ｄｉｖｅｒｔｅｄ）。試験すべき添加剤が試
験流の少なくとも一つに添加される。添加剤が添加され
た試験流は、汚損を金属表面に蓄積させるのに充分な時
間の期間にわたって第一の加熱金属表面との接触を維持
するように誘導される。加熱金属表面は、その表面を加
熱するための手段を有する。第二試験流は、第二の時間
の期間、好ましくは第一の加熱表面との接触を維持され
た第一流とほぼ同じ時間の第二の時間の期間にわたって
第二の加熱金属表面との接触を維持するように誘導され
る。第二の加熱金属表面は、その第二金属表面を加熱す
るための手段を有する。二つの金属表面における汚損の
蓄積が測定され、そして第一金属表面における蓄積が第
二金属表面における蓄積と比較される。

【００１０】また、本発明は流れている流体の汚損傾向
の動的試験のための新規な装置に関する。その装置は、
試験すべき流体の流れからのスリップ流の分岐のための
スリップ流導管、スリップ流導管と流体連通している複
数の試験流導管及びスリップ流導管中の流体の流れを複
数の試験流導管に分けるための手段、試験流導管の少な
くとも一つへの添加剤の導入のための手段、及び加熱金
属表面が汚損を金属表面に蓄積させるのに充分な時間の
期間にわたって試験流導管中を流れる流体に暴露し得る
ように配置された夫々の試験流導管中の加熱金属表面
（その金属表面はその表面を加熱するための手段を有す
る）を含む。

【００１１】本発明の幾つかの利点の中で、現場におい
て汚損試験を行う方法の提供、汚損のオンライン監視及
び防汚剤性能のオンライン測定を可能にするこのような
方法の提供、より一層現実的な条件下で現場における汚
損傾向の測定を可能にするこのような方法の提供、実質
的に流体を損失しないで現場のような高速、連続流の条
件下で汚損傾向の測定を可能にするこのような方法の提
供、及びこのような方法を行うのに有益な装置の提供が
注目される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明によれば、精油所装置側流
からのような流体の流れからのスリップ流を平行に流
れ、加熱金属表面を含む少なくとも二つの試験流に流れ
を変え、試験流の一つに添加剤を注入し、そしてその流
れからの加熱金属表面の汚損を添加剤が異なる条件下で
注入され、または添加剤が注入されなかったか、もしく
は第二添加剤が注入された同様の流れ中の同様の加熱金
属表面の汚損と比較することにより、通常の静的汚損試
験方法によるよりも防汚剤効力の更に現実的な試験が達
成し得ることが発見された。その試験は関心のある実際
の流体につき行われる。そして、このような従来技術の
静的試験との対比により、この新規な動的試験方法は試
験される流体の頻繁な再生を可能にし、かつ流体速度を
考慮し、こうして流体を著しく損失しないで実際の現場
条件を更に正確に反映する。

【００１３】更に、新規な試験方法は種々の条件をシミ
ュレーションし、かつ種々のパラメーターの効果を試験
するように制御し得る。こうして、操作の時間、伝熱速
度、熱交換器スキン温度、添加剤の種類、添加剤の注入
速度及び操作様式（即ち、一定の伝熱速度または一定の
スキン温度における操作）が選択し得る。実際に、例え
ば、精油所装置側流で遭遇するかもしれないような一連
の熱交換器に送られた流体流につき、スキン温度を調節
することにより、その系列のあらゆる熱交換器が汚損速
度の研究につきシミュレーションし得る。それだけでな
く、汚損を比較した後に試験流を流体の流れに戻すこと
により、流体損失が排除される。

【００１４】今、図１を参照して、本発明の試験方法を
実施するための装置を採用した典型的な精油所装置側流
が示される。本発明の試験方法及び装置は流体のあらゆ
る流れに適用し得るが、図１の特別な流れが本発明に典
型的な環境の説明及び理解の目的で示される。本発明は
熱交換器の汚損を試験するのに特に良く適しており、こ
うして熱交換器への流体流への適用に特に良く適してお
り、本発明は多種の流体流への同方法により採用しても
良い。

【００１５】本発明の試験方法は熱交換器表面の如き金
属表面を汚損する傾向を有する多種の媒体のいずれにも
使用しても良いが、それは炭化水素流体、特に原油の試
験に特に良く適している。このような炭化水素流体は炭
化水素を含むが、また流体中で金属表面を汚損するその
傾向を調べる種々のその他の成分または不純物を含む。

【００１６】図１に示された特別な流れにおいて、脱塩
機５からの原油が主導管10に沿って送られ、ポンプ12に
より一連の熱交換器14、16、18、20及び22、炉24にポン
プ輸送される。防汚剤またはその他の化学添加剤が注入
位置Ｐでポンプ26により流れに添加しても良い。

【００１７】図１に示されるように、小さいスリップ流
は導管10中を流れている流れから流れを変えられて本発
明の装置で研究されてもよく、その装置は精油所交換器
汚損シミュレーターとして記載しても良い。特に、ゲー
ト弁28及び30が開かれてスリップ流を生じさせても良
い。スリップ流は弁28中を流れ、次いで平行に流れる二
つ以上のサブストリームに分けられる。図１は“ａ”及
び“ｂ”として同定される二つのサブストリームを示
し、以下に説明されるサブストリームと関連する夫々の
部材が夫々“ａ”及び“ｂ”と表示されて相当するサブ
ストリームとの関連を示す。こうして、例えば、32と称
されるポンプはサブストリーム“ａ”中では32a と同定
され、またサブストリーム“ｂ”中では32b と同定され
る。夫々のサブストリームは、所望されるような流量、
例えば、毎分約５〜８ガロンを可能にする、例えば、直
径3/4 インチまたは１インチの導管により運ばれる。し
かしながら、その他の直径及び流量が系に適したように
使用されてもよい。また、流量は、パイプ直径を変える
ことにより、もしくはポンプ設計を変えることにより、
または流れを変える付加的なパイプを追加することによ
り変化し得る。サブストリーム温度は、流れを変えられ
る流れの温度、例えば、約120 ℃と同じである。また、
サブストリームは、例えば、約120 ℃から約300 ℃に変
えるように、温度を変えるための熱交換器を備えていて
もよい。

【００１８】サブストリームの少なくとも一つにつき、
ポンプ32が用意されて試験すべき化学添加剤の位置Ｃに
おける注入を可能にする。サブストリームの少なくとも
一つは、処理された一つ以上のサブストリームの対照ま
たは比較として処理されないで残されてもよい。また、
全てのサブストリームは変化された添加剤の型または添
加剤注入速度で処理されてもよく、または全てのサブス
トリームが同等に単に処理されて汚損傾向の有利な比較
を示し得る。

【００１９】また、サブストリームは流れ10中の滞留時
間及び試験添加剤の混合を考慮するのに適していてもよ
い。こうして、ポンプ26による注入による流れ10のオン
ライン添加剤処理において、精油所パイプ系の設計（即
ち、パイプの長さ、直径及びレイアウト）及び添加剤注
入の位置が、滞留時間の或る量にわたって添加剤を流れ
10中の炭化水素中に残留させ、またそれと混合させる。
滞留時間は精油所装置により変化し、また精油所により
変化する。本発明は滞留時間及び混合を考慮している。

【００２０】主流10中の添加剤の滞留時間をシミュレー
ションするために、サブストリーム中の添加剤の滞留時
間は、例えば、処理されたサブストリームを運ぶ導管が
選択された長さにわたって増大された直径を有するよう
にその導管の直径を増大し、次いでその直径を最初の直
径（または或るその他の所望される直径）に逆に減少す
ることにより増大しても良い。この部分が図１中でボッ
クスマークされた“Ｒ”により表示される。こうして、
多種の滞留時間が流量、サブストリーム導管の直径の増
大の程度及び増大された直径を有する導管の部分の長さ
を変えることにより調節しても良い。所望され得る典型
的な滞留時間の例示（限定ではない）は、約0.5 分〜約
３分、例えば、約45秒〜50秒の範囲である。

【００２１】添加剤と炭化水素流10の混合の効果は、一
つ以上の静的インライン混合部材の組み込みによりサブ
ストリーム中でシミュレーションしてもよく、このよう
な混合部材の数はシミュレーションすべき混合の程度に
依存する。このような混合部材が図１中で33と表示され
る。加えて、パルス化制動装置が、所望により、添加剤
注入ポンプ32に含まれてパルス化添加剤注入の効果を排
除し得る。また、注入よこ管が必要により含まれてシミ
ュレーションされる系と整合し得る。

【００２２】次いでサブストリームの圧力がポンプ34に
より増大され、サブストリームが試験装置36に送られ
る。試験装置は、流体が流れ、かつ汚損堆積物が蓄積し
得る加熱金属表面を与える熱交換器を含む。加熱金属表
面は、本明細書中に参考として含まれるイートンの米国
特許第4,383,438 号に記載されているような加熱プロー
ブであってもよい。図２は試験装置を示し、その導管が
断面で示される。サブストリームは矢印42の方向に導管
38を通ってＴ形部分に流れ、Ｔ形部分の分岐はプローブ
44でキャップされた流れている流れと向かい合ってお
り、その結果、流体がプローブの端部46に流れ、そして
矢印42に直角の矢印48の方向に流れるように別の方向に
送られる。プローブ44はフランジ52によりＴ部分に固定
され、上記のイートンの特許に記載されたような形状に
される。

【００２３】それ故、プローブは電気抵抗加熱部材及び
ハウジング54の内壁と接触する熱電対を囲む金属ハウジ
ング54を含む。加熱部材及び熱電対は図２に示されてい
ないが、イートンの特許に示され、説明されている。金
属ハウジング54は、汚損がその系中の関心事である表面
と同じ金属であることが最も望ましい。こうして、その
系中の鋼熱交換器の汚損傾向が研究される場合、金属ハ
ウジング54はその熱交換器と同じ型の鋼のものであろ
う。

【００２４】注目されるように、イートンプローブが丁
度使用し得る一つの可能な熱交換器である。熱交換器ま
たは金属表面のその他の別の型において、流体は表面を
横切って流れることにより（即ち、それは表面に沿って
平行に流れ得る）、その表面に斜めに衝突することによ
り、またはその表面に正面衝突することにより表面と接
触し得る。加熱金属表面の可能な実施態様として、例え
ば、管の外部とは反対に内部の流体流が使用し得る電気
加熱された管が挙げられる。また、シェル側に熱い流体
を与えるように加熱油及びヒーターが加えられたシェル
−イン−チューブ熱交換器が使用されてもよく、流体は
その管中を流れる。加熱金属表面は流体流への暴露に対
して必要な手段を採ることが単に必要である。流れてい
る流体は、その流体の汚損傾向を評価するのに所望の時
間の期間にわたって金属表面との接触を維持する（即
ち、それはそれに沿って、またそれに対して流れる）。

【００２５】イートンの装置が使用される場合、電気リ
ード線56及び58が夫々抵抗加熱部材及び熱電対からプロ
ーブ及び導管の外部に延びている。電気リード線56はイ
ートン特許に示されているが、ここの図２には示されて
いない定電流電源と接続している。電気リード線58は温
度ゲージと接続しており、これは順に温度記録装置に接
続されることが好ましい。ゲージ及び記録装置はイート
ン特許に示されているが、ここの図２には示されていな
い。また、その他の加熱技術及び温度測定技術が使用さ
れてもよい。例えば、測定装置を備えた制御パネル、並
びに異なる型の電源及び記録装置及び制御装置を使用し
ても良い。

【００２６】こうして、イートンプローブの金属ハウジ
ングの表面の温度（即ち、スキン温度）が、汚損が関心
事である表面の温度に調節し得る。別の型の金属表面が
イートンプローブに代えて使用される場合、温度は同様
の方法で、または金属表面に使用される熱交換器に関す
る通常の技術により調節しても良い。

【００２７】所望により、熱交換器は上記のように金属
表面の前のライン中に置かれて流れている流体の温度を
同様に調節しても良い。金属表面に対して流れている流
体の温度を測定する手段が、金属表面の温度を測定する
手段に加えて用意されるべきである。

【００２８】こうして、イートンの装置は現場条件をシ
ミュレーションするように努めて容器及びローターを必
要としたが、一方、本発明の装置は実際の現場セッティ
ングに置かれ、そして現場条件に暴露され、容器及びロ
ーターは不必要である。しかしながら、金属表面は制御
キャビネットを備えて、制御パラメーターとしての加熱
金属表面温度または送出ワット数を使用して加熱プロー
ブ電圧の制御を与える。また、制御キャビネットは分析
のために性能を記録するためのデータロギング装置を含
むべきである。プローブで汚損速度を測定し、比較する
ことにより、防汚剤性能が測定し得る。

【００２９】それ故、この技術によれば、操作の時間、
添加剤の型、添加剤注入速度、操作様式（即ち、例え
ば、一定の伝熱速度または一定のスキン温度における運
転）、シミュレーションされる熱交換器の伝熱速度及び
シミュレーションされる熱交換器のスキン温度（最後の
二つは相互依存性である）のいずれもが調節、変化で
き、そしてその他の変数及び得られる汚損速度のいずれ
もが測定し得る。その結果、関係する特別な変数の汚損
速度の依存性を研究し得る。

【００３０】金属表面を通過して流れた後、サブストリ
ームはＴ接続部60で再度統合され、導管62を経由し、ゲ
ート弁64を通って主導管10に送られて、通常の試験中に
そうしないと遭遇する流体の廃棄物を排除する。実験の
間に、プローブは最初にゲート弁28及び64を閉じ、次い
でフランジ52を開放して金属表面を除去することにより
洗浄しても良い。次いで金属表面はイートン特許に説明
されたようにして洗浄しても良い。

【００３１】以上に鑑みて、本発明の幾つかの利点が得
られ、その他の有利な結果が得られることがわかるであ
ろう。

【００３２】種々の変化が本発明の範囲から逸脱しない
で上記の方法及び組成物においてなし得るが、上記の説
明に含まれる全てのものが例示と解されるべきであり、
限定の意味ではないことが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の試験方法を実施するための装置に適
した典型的な精油所装置側流の略図である。

【図２】 本発明の導管中で適所に示された本発明の試
験装置の図であり、導管が断面で示される。

【符号の説明】

５−脱塩機 １０−主導管 １２、２６、３２、３４−ポンプ １４、１６、１８、２０、２２−熱交換器 ２４−炉 ２８、３０、６４−ゲート弁 ３３−混合部材 ３６−試験装置 ４４−プローブ ５２−フランジ ５４−金属ハウジング ５６、５８−電気リード線 ６０−Ｔ接続部 ６２−導管

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１０月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】追加

【補正内容】

【発明の名称】 動的汚損試験方法

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】金属表面を通過して流れた後、サブストリ
ームはＴ接続部６０で再度統合され、導管６２を経由
し、ゲート弁３０を通って主導管１０に送られて、通常
の試験中にそうしないと遭遇する流体の廃棄物を排除す
る。実験の間に、プローブは最初にゲート弁２８及び３
０を閉じ、次いでフランジ５２を開放して金属表面を除
去することにより洗浄しても良い。次いで金属表面はイ
ートン特許に説明されたようにして洗浄しても良い。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ジェイ．ファルクラー アメリカ合衆国、ミズリー州 63026− 7017、フェントン、オーク テラス コー ト 1045

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流れている流体の一部を複数の試験流に
   流れを変える工程；前記試験流の少なくとも一つに試験
   すべき添加剤を添加する工程；添加剤を添加した試験流
   を誘導して所定の時間の期間にわたって第一加熱金属表
   面との接触を維持する工程（第一加熱金属表面はその表
   面を加熱するための手段を有する）；第二試験流を所望
   の時間にわたって誘導して第二加熱金属表面との接触を
   維持する工程（その時間は汚損を第二金属表面に蓄積さ
   せるのに充分であり、第二加熱金属表面はその表面を加
   熱するための手段を有する）；及び二つの金属表面にお
   ける汚損の蓄積を測定し、比較する工程を含むことを特
   徴とする動的汚損試験方法。
2. 【請求項２】 複数の試験流に流れを変えられる流れて
   いる流体の一部を、流れている流体から単一スリップ流
   を流れを変え、そしてスリップ流を試験流に分けること
   により流れを変える請求項１に記載の試験方法。
3. 【請求項３】 複数の試験流に流れを変えられる流れて
   いる流体の一部を、正確に二つの試験流に流れを変える
   請求項１に記載の試験方法。
4. 【請求項４】 添加剤を試験流の一つに添加し、かつ添
   加剤をその他の試験流に添加しない請求項３に記載の試
   験方法。
5. 【請求項５】 試験流の少なくとも一つに添加される添
   加剤が第一添加剤であり、かつ第二添加剤を第一添加剤
   が添加されない少なくとも一つの流れに添加する請求項
   １に記載の試験方法。
6. 【請求項６】 添加剤を試験流の一つに添加し、かつ第
   二添加剤をその他の試験流に添加する請求項３に記載の
   試験方法。
7. 【請求項７】 添加剤が添加された試験流の流れを、添
   加剤の添加後で、かつその試験流が第一加熱金属表面付
   近を流れる前に、滞留時間にわたって遅延させる請求項
   １に記載の試験方法。
8. 【請求項８】 流れている流体の少部分の流れを変え
   て、流れている流体の大部分の流れを変えないで残し、
   かつ試験流が加熱金属表面付近を流れた後に試験流を流
   れている流体の大部分に再度誘導する工程を更に含む請
   求項１に記載の試験方法。
9. 【請求項９】 加熱金属表面が、試験流がその付近を流
   れる加熱金属プローブである請求項１に記載の試験方
   法。
10. 【請求項１０】 所定の時間の期間が、汚損を第二金属
    表面に蓄積させるのに充分な所望の時間にほぼ等しい請
    求項１に記載の試験方法。
11. 【請求項１１】 (a) 試験すべき流体の流れからのスリ
    ップ流の分岐のためのスリップ流導管； (b) スリップ流導管と流体連通している複数の試験流導
    管及びスリップ流導管中の流体の流れを複数の試験流導
    管に分けるための手段； (c) 試験流導管の少なくとも一つへの添加剤の導入のた
    めの手段；及び (d) 金属表面が汚損を金属プローブに蓄積させるのに充
    分な期間にわたって試験流導管中を流れる流体に暴露し
    得るように配置された夫々の試験流導管中の加熱金属表
    面（その加熱金属表面はその表面を加熱するための手段
    を有する）を含むことを特徴とする流れている流体の汚
    損傾向の動的試験のための装置。
12. 【請求項１２】 加熱金属表面への暴露後に、試験流導
    管中を流れる流体をスリップ流として流れを変えられな
    かった試験すべき流体の流れに戻して誘導するための手
    段を更に含む請求項１１に記載の流れている流体の汚損
    傾向の動的試験のための装置。