JPH10281689A - 多管式熱交換器の補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブが薄肉で、隣接するチューブ間の隙
間が狭い場合にも、簡単かつ低コストな現場作業によ
り、熱交換器の継続使用を可能にする多管式熱交換器の
補修方法を提供する。 【解決手段】 管板１０とチューブ２０の間をシールす
るシール溶接部４１を除去するために、チューブ２０の
先端部を周囲の管板１０と共に切削する。管板１０のチ
ューブ貫通孔１１からチューブ２０の端部を抜き取る。
チューブ貫通孔１１に補修用チューブ６０を、その端部
が管板１０の外側に突出する状態で挿入する。補修用チ
ューブ６０内にテーパー状の補修用プラグ７０を圧入す
る。補修用チューブ６０と補修用プラグ７０の間をシー
ル溶接部４３によりシールする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多管式熱交換器の
使用途中で一部のチューブに孔があいた場合に、その孔
あきチューブを流通不能な状態にして、多管式熱交換器
の継続使用を可能にする多管式熱交換器の補修方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】様々な反応プロセスに多管式熱交換器が
使用されているが、その反応の高度化に伴い、多管式熱
交換器には高度の耐食性が必要とされるようになり、Ｔ
ｉのような高価な耐食性金属が使用され始めた。そのよ
うな高価な耐食性金属を使用する場合、コスト低減と熱
交換効率の向上を図るために、多管式熱交換器のチュー
ブは薄くされるのが一般的である。また、そのチューブ
の配列ピッチは、熱交換効率の向上のために可及的に小
さくするのが一般的である。

【０００３】このような多管式熱交換器の１例として、
シリコン多結晶製造設備の蒸留工程にコンデンサとして
使用されるＴｉ製熱交換器を取り上げ、その構造を図１
（ａ）により説明する。

【０００４】図示されない円筒状のシェルの両端部が両
側の管板１０により閉塞されると共に、両側の管板１０
の間にＴｉからなる多数本のチューブ２０，２０・・が
架設されている。Ｔｉ製のチューブ２０は外径が約２６
ｍｍ、厚みが０．７ｍｍ程度であり、その配列ピッチは
３２ｍｍである。従って、隣接するチューブ２０，２０
間の隙間は最も狭いところでは僅か６ｍｍ程度となる。
操業では、チューブ２０，２０・・内に腐食性流体（具
体的には水分があると塩酸になるトリクロロシラン等）
が通され、シェル内に冷却水が通される。

【０００５】ここで、管板１０はコスト低減のために、
冷却水と接触する内側部分を厚い鋼板１０ａにより構成
し、腐食性流体と接触する外側部分を薄いＴｉ板１０ｂ
により構成した積層構造になっている。管板１０を貫通
するチューブ２０の端部２１は、拡径加工によりチュー
ブ貫通孔１１の内面に圧着され、管板１０の外側からＴ
ｉ板１０ｂとチューブ２０に跨がって形成したシール溶
接部４１により管板１０との間がシールされている。こ
のシール溶接のために、管板１０の外面には、チューブ
２０を包囲するように環状の溝１２が設けられ、チュー
ブ２０の外側にチューブ２０と同じ厚みの環状凸部１３
が形成されている。

【０００６】このような多管式熱交換器では、Ｔｉ製の
チューブ２０が使用されているにもかかわらず、そのチ
ューブ２０に腐食による孔あきが生じることがある。そ
の場合、孔あきチューブ２０の本数が少ない段階では、
その孔あきチューブ２０を閉栓により流通不能とするこ
とにより、熱交換器の継続使用が可能となる。そして、
この閉栓方法としては、図１（ｂ）に示すように、孔あ
きチューブ２０の端部内にプラグ３０を挿入し、管板１
０の外側から形成したシール溶接部４２により、両者の
間をシールすることか考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな閉栓による現場補修の場合、次のような問題があ
る。プラグ３０をＴｉ製のチューブ２０と溶接する関係
から、そのプラグ３０にＴｉを使う必要がある。プラグ
３０はチューブ２０と異なり、管板１０の厚み方向に十
分な肉厚を持たせることができるので、耐食性の点から
はＴｉよりも安価なステンレス鋼等の使用も可能である
が、上述したＴｉ製チューブ２０との溶接の点からはＴ
ｉの使用が不可欠であり、このために補修コストが嵩
む。

【０００８】隣接するチューブ２０，２０間の隙間が狭
く、且つ各チューブ２０の肉厚が薄いために、孔あきチ
ューブ２０とプラグ３０の間を現場でシール溶接する場
合には、溶接熱の影響により隣の健全なチューブ２０の
シール溶接部４１が損傷することが多い。このため、閉
栓による現場補修は現実には不可能であり、結局は熱交
換器の交換や、長い期間と高いコストを要する大掛かり
な専門的補修を余儀なくされる。

【０００９】本発明の目的は、チューブが高価な耐食性
金属からなる薄肉管で、且つ隣接するチューブ間の隙間
が狭い場合にも、簡単かつ低コストな現場作業により熱
交換器の継続使用を可能にする多管式熱交換器の補修方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の補修方法は、両
側の管板間に多数本のチューブが並列して架設され、両
側の管板を貫通する各チューブの両端部と両側の管板と
の間が管板外側からの溶接によりシールされた多管式熱
交換器の補修方法であって、多管式熱交換器の使用途中
で一部のチューブに孔があいた場合に、孔あきチューブ
と管板の間をシールするシール溶接部を機械加工により
除去する工程と、管板の内側で孔あきチューブの端部を
切断分離し、シール溶接部の除去後にその端部を管板の
チューブ貫通孔から抜き取る工程と、チューブ端部を抜
き取った後のチューブ貫通孔に短尺の補修用チューブを
その端部が管板の外側に突出する状態に挿入する工程
と、チューブ貫通孔に挿入された補修用チューブの内側
に管板の外側からテーパー状の補修用プラグを圧入する
工程と、補修用チューブ内に圧入された補修用プラグの
端部と補修用チューブの端部を管板の外側からシール溶
接する工程とを包含することを特徴としている。

【００１１】本発明の補修方法は、チューブが薄く、且
つ隣接するチューブ間の隙間が狭いために、現場で閉栓
溶接を行うことが困難な多管式熱交換器に有効であり、
特に有効な多管式熱交換器は、チューブの肉厚が０．５
〜１．５ｍｍであり、且つ隣接するチューブ間の最小隙
間が４〜１０ｍｍのものである。この最小隙間が４ｍｍ
より小さいと、施工が困難になる。多管式熱交換器のチ
ューブ等の材質は問わないが、薄肉チューブはＴｉのよ
うな高耐食金属の場合に多用される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図２
により説明する。

【００１３】多管式熱交換器は、前述したシリコン多結
晶製造設備の蒸留工程にコンデンサとして使用されるＴ
ｉ製熱交換器である。チューブ２０に孔があいた場合の
補修手順は以下の通りである。

【００１４】（第１工程）図２（ａ）に示すように、管
板１０（Ｔｉ板１０ｂ）と孔あきチューブ２０の間をシ
ールするシール溶接部４１を除去するために、管板１０
の外側から孔あきチューブ２０の先端部分を、その外周
側に位置する管板１０（Ｔｉ板１０ｂ）の外面表層部と
共に切削する。

【００１５】（第２工程）図２（ｂ）に示すように、管
板１０の内側で孔あきチューブ２０を切断して、孔あき
チューブ２０の端部２１を分離した後、チューブプーラ
ーなどを用いて孔あきチューブ２０の端部２１を管板１
０のチューブ貫通孔１１から引き抜く。

【００１６】（第３工程）図３（ａ）に示すように、孔
あきチューブ２０の端部２１を引き抜いた後の管板１０
のチューブ貫通孔１１の内面を、ペーパー５０により研
磨する。

【００１７】（第４工程）図３（ｂ）に示すように、孔
あきチューブ２０の端部２１を引き抜いた後の管板１０
のチューブ貫通孔１１に、短尺の補修用チューブ６０を
挿入する。補修用チューブ６０は、孔あきチューブ２０
と同じ外径及び肉厚であるが、長さは切断分離した端部
２１より長く、また材質は孔あきチューブ２０と異なり
鋼管である。そして、この補修用チューブ６０は、一方
の端部が管板１０の外側へ突出した状態で管板１０にセ
ットされる。

【００１８】（第５工程）管板１０のチューブ貫通孔１
１に挿入された補修用チューブ６０を拡管加工して、そ
の外面をチューブ貫通孔１１の内面に圧着させる。チュ
ーブ貫通孔１１の内面には、チューブ２０の固定のため
に環状溝１５が複数段に設けられている。補修用チュー
ブ６０の拡管加工により、補修用チューブ６０が環状溝
１５に押し込まれて、管板１０に確実に固定される。ま
た、補修用チューブ６０の拡管率を、チューブ２０を固
定する場合の端部の拡管率より大きくして、大きな固定
力を得る。

【００１９】（第６工程）図４に示すように、管板１０
のチューブ貫通孔１１に挿入された補修用チューブ６０
の内側に、テーパー状の補修用プラグ７０を管板１０の
外側から圧入する。補修用プラグ７０の最大径は補修用
チューブ６０の内径より大きく、その最小径は補修用チ
ューブ６０の内径より小さい。また、その材質は補修用
チューブ６０とシール溶接を行うためにＳＳ材である。
補修用プラグ７０の圧入により、補修用チューブ６０の
外面がチューブ貫通孔１１の内面に更に強固に圧着し、
この間が確実にシールされる。

【００２０】（第７工程）補修用チューブ６０の内側に
圧入された補修用プラグ７０と補修用チューブ６０の間
を、管板１０の外側からシール溶接する。このシール溶
接部４３は、補修用プラグ７０と補修用チューブ６０の
間を確実にシールするばかりでなく、補修用チューブ６
０の外側の端部が管板１０の外側に突出しているので、
現場施工の場合にも、隣接する健全なチューブ２０のシ
ール溶接部４１に熱的な悪影響を及ぼすおそれがない。

【００２１】以上の補修を孔あきチューブ２０の両端部
に行うことにより、孔あきチューブ２０に直接閉栓を行
わずにそのチューブ２０が流通不能となり、その結果、
熱交換器の継続使用が可能となる。

【００２２】このような補修方法は、孔あきチューブ２
０に直接閉栓を行う図１（ｂ）の補修方法と比べて次の
ような利点を有する。

【００２３】孔あきチューブ２０の端部２１を抜き取る
ときに、切削等の機械加工によりシール溶接部４１を除
去するので、隣の健全なチューブ２０のシール溶接部４
１に熱的な悪影響を及ぼす危険がない。

【００２４】隣の健全なチューブ２０は薄く、孔あきチ
ューブ２０との間の隙間も小さいが、補修用チューブ６
０の一方の端部が管板１０の外側に突出しているので、
補修用チューブ６０と補修用プラグ７０の間を現場でシ
ール溶接する場合にも、隣の健全なチューブ２０のシー
ル溶接部４１に熱的な悪影響を及ほす危険がない。その
ため、現場で簡単に補修を行うことができる。補修用チ
ューブ６０の突出量は、隣接するチューブ２０，２０間
の最小隙間の２〜５倍が好ましい。この突出量が極端に
大きい場合は、その突出部が流体の抵抗になったり、チ
ャンネルに接触するおそれがある。

【００２５】補修用チューブ６０及び補修用プラグ７０
にＴｉを使用せず、ステンレス鋼を使用するので、補修
部材コストが安い。これらの部材は、管板１０の厚み方
向の長さが大きいので、ステンレス鋼を使用しても、必
要な耐食性を確保することができる。補修用チューブ６
０及び補修用プラグ７０にステンレス鋼を使用すること
ができるのは、これらをＴｉ製のチューブ２０や管板１
０に溶接しないからである。

【００２６】補修用チューブ６０と管板１０の間のシー
ルには溶接が使用されてないが、補修用チューブ６０に
圧入される補修用プラグ７０がテーパー状のため、この
圧入に伴って補修用チューブ６０が楔作用により管板１
０に強固に圧着するので、この間にも十分なシール性が
付与される。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の多管式熱交換器の補修方法は、孔あきチューブの端部
を管板から抜き取り、ここに補修用チューブを挿入する
と共に、この補修用チューブ内に補修用のテーパープラ
グを圧入し、且つ両者を管板の外面から離れた位置でシ
ール溶接するので、補修用チューブ及び補修用プラグを
チューブや管板と同材質にする必要がない。また、両者
のシール溶接が、隣の健全なチューブのシール溶接部に
悪影響を及ぼすおそれがない。従って、チューブが高価
な耐食性金属からなる薄肉管で、且つ隣接するチューブ
間の隙間が狭い場合にも、簡単かつ低コストな現場作業
により、熱交換器の継続使用を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】多管式熱交換器の構造及び一般的な補修方法を
示す要部断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る補修方法を段階的に
示す多管式熱交換器の要部断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る補修方法を段階的に
示す多管式熱交換器の要部断面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る補修方法を段階的に
示す多管式熱交換器の要部断面図である。

【符号の説明】

１０ 管板 １０ａ 鋼板 １０ｂ Ｔｉ板 １１ チューブ貫通孔 ２０ チューブ ４１，４２，４３ シール溶接部 ６０ 補修用チューブ ７０ 補修用プラグ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両側の管板間に多数本のチューブが並列
   して架設され、両側の管板を貫通する各チューブの両端
   部と両側の管板との間が管板外側からの溶接によりシー
   ルされた多管式熱交換器の補修方法であって、 多管式熱交換器の使用途中で一部のチューブに孔があい
   た場合に、孔あきチューブと管板の間をシールするシー
   ル溶接部を機械加工により除去する工程と、 管板の内側で孔あきチューブの端部を切断分離し、シー
   ル溶接部の除去後にその端部を管板のチューブ貫通孔か
   ら抜き取る工程と、 チューブ端部を抜き取った後のチューブ貫通孔に短尺の
   補修用チューブをその端部が管板の外側に突出する状態
   に挿入する工程と、 チューブ貫通孔に挿入された補修用チューブの内側に管
   板の外側からテーパー状の補修用プラグを圧入する工程
   と、 補修用チューブ内に圧入された補修用プラグの端部と補
   修用チューブの端部を管板の外側からシール溶接する工
   程とを包含することを特徴とする多管式熱交換器の補修
   方法。