JPH11327659A - プロセス流体を制御下に加熱するための装置 - Google Patents

プロセス流体を制御下に加熱するための装置

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JPH11327659A
JPH11327659A JP10369421A JP36942198A JPH11327659A JP H11327659 A JPH11327659 A JP H11327659A JP 10369421 A JP10369421 A JP 10369421A JP 36942198 A JP36942198 A JP 36942198A JP H11327659 A JPH11327659 A JP H11327659A
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/208—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with tubes filled with heat transfer fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器に収納したプロセス流体を加熱するため
の改良装置にして、現場での組立が容易であり、ずっと
効率的にプロセス流体を加熱するために使用することの
できる改良装置を提供すること。 【解決手段】 プロセス流体加熱装置１００が束状の熱
サイフォン管１０６の蒸発器側端部を取り巻くヒータ１
０２を有し、ヒータ１０２はバーナチャンバ１１２の底
部に取り付けたバーナスカート１１６内のバーナ配列体
１１４の上方で蒸発器側端部１０４を包囲する。バーナ
配列体１１４はこれら相互に密着して配列した幾つかの
バーナ要素１１８から成り立ち、バーナ配列体１１４に
は燃料源１２０から天然ガス、プロパンガスあるいはカ
ーシングガスが供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に伝熱の分野に
関し、詳しくは、熱サイフォン管を使用してプロセス流
体を加熱するための新規且つ有益な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原油、エマルジョン、アミンなどのよう
なプロセス流体を炎管ヒータを使用して加熱することは
周知である。炎管ヒータそれ自体は一般に、プロセス流
体を収納する容器中に伸延するＵ字管であり、３つの主
要なセクション、即ち、燃焼チャンバと、押し込み通気
燃焼のためのバーナあるいは自然通気燃焼のみのための
バーナと、Ｕ字管と、そして排気筒とを含んでいる。通
常は天然ガスあるいはプロパンガスを燃焼するバーナは
Ｕ字管の入口長さの約1/3から約1/12の距離に延びる火
炎を発生させるために使用される。バーナを出る高温の
燃焼生成物はＵ字管から排気筒を通して連続的に送られ
た後、大気中に放出される。高温の燃焼生成物の熱の一
部分は、Ｕ字管を取り巻くプロセス流体がこのＵ字管に
沿って移動する際にプロセス流体中に釈放される。炎管
ヒータには、頻繁なメンテナンス及び監視を必要とする
幾つかの欠点があることが知られている。その１つは、
燃焼生成物が熱を釈放する際に炎管壁の熱フラックスが
変化し、炎管を取り巻くプロセス流体が一様に加熱され
なくなることであり、１つは、炎管を連続運転すること
によりプロセス流体が蒸発及び或は熱分解し、炎管外壁
にスケールが生じて炎管内壁が高温になることである。
高温の炎管内壁は戻り燃焼(burn back)を発生せしめ炎
管の歪みも増大することから結局は炎管壁を破損せし
め、プロセス流体タンクあるいは容器内に火炎あるいは
爆発を生じるさせることになる。
【０００３】プロセス流体を加熱する自然通気運転式の
炎管に代替するものとして、カナダ国特許第1,264,443
号に記載される油水エマルジョン分離システムが知られ
ている。このシステムは燃焼チャンバと油水エマルジョ
ンを収納する容器との間を伸延するヒートパイプ束を有
している。“ヒートパイプ”とは、閉じた外側容器と、
毛細ウィックと、所望の熱特性を示す作働液とからなる
構造要素を有する高性能な伝熱装置を意味する。毛細ウ
ィックは、液状の作働液をヒートパイプの凝縮器側端部
から蒸発器側端部に戻すように作用する。ヒートパイプ
は蒸発、凝縮の各現象と、毛細ウィック内での作働液の
表面張力ポンピングとにより、重力、加速力あるいはポ
ンプのような外部仕事の補助を受けずに、蒸発の潜熱を
一方側から他方側に連続的に伝達する。前記カナダ国特
許第1,264,443号に記載される油水エマルジョン分離シ
ステムは本明細書に添付する図２に概略例示される。容
器１がエマルジョン入口パイプ２を通して油水エマルジ
ョンを受けた後、この油水エマルジョンを分離プレート
３上に散布する。有意量の油水エマルジョンが下降管を
通して流下し、容器１の底部に溜まる。外部燃焼チャン
バ６から複数のヒートパイプ５が容器１の壁７を貫いて
容器１との間に伸延され、容器１の底部９に溜まった油
水エマルジョン８に入る。燃焼用の燃料ガスが燃料ガス
入口１０の位置で燃焼チャンバ６に提供されて着火さ
れ、燃焼チャンバ６内を伸延するヒートパイプ５のフィ
ン付きの蒸発器側端部１１を加熱する。ヒートパイプ５
のフィン付きの蒸発器側端部１１が燃焼チャンバ６内で
加熱されると、ヒートパイプ５内の作働液が容器１内の
油水エマルジョン８に没した凝縮器側端部１３に移動
し、油水エマルジョンに熱を釈放する。かくして、ヒー
トパイプ５は油水エマルジョン８に熱を伝達し、油水エ
マルジョンを、排気管１４を通して排出される遊離気体
と、洗浄油出口１５を通して排出される洗浄油と、水ド
レン１６を通して排出される水とに素早く分離させる。
前記カナダ国特許第1,264,443号に記載される油水エマ
ルジョン分離システムには、ヒートパイプ及び容器間の
特定の結合部が記載されないばかりか、ヒートパイプの
蒸発器側及び凝縮器側の各端部間での伝熱量を均衡させ
ることに関連するバーナ配列構成も記載されない。各ヒ
ートパイプは相互に隣接して位置決めされた単一の束と
しても配列されそれにより、蒸発器側端部が高温且つ高
速の燃焼ガス内で作動するようになっている。これが結
局、各ヒートパイプの凝縮器側端部を高速の液体流れ中
に位置決めし、熱源とヒートシンクとの間を除熱すると
共に、システム全体の伝熱を均衡化させる必要性を生じ
させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、容器に収納したプロセス流体を加熱するための改良
装置にして、現場での組立が容易であり、ずっと効率的
にプロセス流体を加熱するために使用することのできる
改良装置を提供することである。解決しようとする他の
課題は、プロセス流体加熱装置のためのバーナ配列構成
と、このバーナ配列構成を制御して、熱サイフォン管を
通しての熱流れを安定状態に維持すると共にスケーリン
グその他の腐食の発生を制限する手段を提供することで
ある。解決しようとする他の課題は、既知のシステムよ
りも更に有効且つ効率的であり、しかもプロセス流体を
比較的一様に加熱する、プロセス流体を加熱するため
の、熱サイフォン管の新規な配向を提供することであ
る。“熱サイフォン管”とは、作働液を収納し、凝縮器
側端部と蒸発器側端部とを有する端部閉鎖型の管を意味
する。熱サイフォン管は毛細ウィックは持たず、作働液
は重力で凝縮器側端部から蒸発器側端部に戻るが、その
ための外部重力が必要であるために熱サイフォン管は代
表的には凝縮器側端部の位置を蒸発器側端部よりも上に
（即ち高く）して位置決めされる。仮に熱サイフォン管
を実質的に真管で作製し、水平位置に関して凝縮器側端
部が蒸発器側端部よりも上になるようにある角度で傾斜
させれば、そうした要求高低差を容易に得ることができ
る。しかしながら、熱サイフォン管は真っ直ぐである必
要は無いので、湾曲させたり折り曲げたりすることで凝
縮器側端部が蒸発器側端部よりも上に来るようにするこ
とができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、バーナ
チャンバと、プロセス流体容器と、バーナチャンバから
プロセス流体容器に熱を伝達するための熱サイフォン管
と、を有するプロセス流体加熱装置が提供される。バー
ナチャンバは束状の熱サイフォン管の各蒸発器側端部の
一様な加熱を最適化するバーナ配列を含んでいる。束状
の熱サイフォン管はこうしたバーナ配列体に密接状態で
位置決めされる。束状の熱サイフォン管は、バーナチャ
ンバに結合されプロセス流体容器に入るヘッダボックス
を通して上方に傾斜して伸延される。ヘッダボックスは
プロセス流体容器の既存のフランジに溶接するのが好ま
しい。ヘッダボックスは束状の熱サイフォン管がそこを
貫く２つのシールを有する。これらのシールがバーナチ
ャンバをプロセス流体から分離させることから、バーナ
チャンバに隣り合うヘッダボックス部分は各バーナに送
る燃焼用空気のためのプレヒータとして機能するように
なる。
【０００６】改装用途の場合、束状の熱サイフォン管は
プロセス流体容器内で既存の炎管支持体を使用して支持
する。プロセス流体容器内で熱サイフォン管の凝縮器側
端部を密集する束状に配列し、あるいは別個の配列模様
に分離させることにより、熱サイフォン管からプロセス
流体への伝熱を最大化させることができる。詳しく説明
すると、本発明の１様相に従えば、プロセス流体を制御
下に加熱するための装置が提供され、本装置にはバーナ
チャンバと、バーナチャンバ内のバーナ配列体と、燃焼
用空気をこれらのバーナ配列体に提供するための手段と
が含まれ、プロセス流体容器がプロセス流体を収納す
る。凝縮器側端部と蒸発器側端部とを有する複数の熱サ
イフォン管が提供される。蒸発器側端部はバーナチャン
バ内で、密集状態で且つ相互に離間する束としてバーナ
配列体に接近して配列され、一方、凝縮器側端部はプロ
セス流体中へと伸延される。通常運転中は熱サイフォン
管の凝縮器側端部はプロセス流体中に没入され、蒸発器
側端部はバーナチャンバ内のバーナ配列体から発生する
熱を受け、この熱を熱サイフォン管を通して凝縮器側端
部に伝達する。凝縮器側端部は、熱をプロセス流体容器
内のプロセス流体中に釈放するために広幅に拡開する構
成で配列される。最後に、バーナ配列体に供給される燃
料源からの燃料量を、検知された温度に応じて制御する
ためのバーナ制御手段が提供される。バーナ制御手段に
は幾つかの機能があるが、その１つの機能により、検知
温度TODがプロセス流体容器内に伸延する熱サイフォン
管の凝縮器側端部の少なくとも１つの、外径部位置での
外側表面温度に相当する場合にバーナ配列体への燃料流
れを遮断する。
【０００７】バーナ制御手段には、バーナ配列体の上方
に位置付けた熱サイフォン管のフィン付きの蒸発器側端
部の少なくとも１つにおける温度TEVAPが所定の設定点
温度T DEW以下に降下した場合に、バーナ配列体に燃料を
送るあるいは燃料量を増やす機能もある。
【０００８】
【発明の実施の形態】図面を参照して説明するに、プロ
セス流体加熱装置が全体を番号１００で示され、束状の
熱サイフォン管１０６の蒸発器側端部を取り巻くヒータ
１０２を有している。ヒータ１０２はその下端位置で支
持体１０８により地面１１０の上方に支持される。支持
体１０８はヒータ１０２を地面１１０に関して若干傾斜
した状態で支持する。ヒータ１０２は、バーナチャンバ
１１２の底部に取り付けたバーナスカート１１６内に位
置付けたバーナ配列体１１４の上方で蒸発器側端部１０
４を包囲する。バーナ配列体１１４はこれらバーナ配列
体によって覆われる領域を最大化するべく相互に密着し
て配列した幾つかのバーナ要素１１８から成り立ってい
る。考え得る１つのバーナ配列体１１４は、図４に示す
ような３列のバーナ要素１１８が相互に隣り合う構成の
ものである。バーナ要素１１８は当業者には既知の形式
のＴ型バーナあるいはアップショットバーナであるのが
好ましい。
【０００９】バーナ配列体１１４には燃料源１２０から
天然ガス、プロパンガスあるいはカーシング(casing)ガ
スが供給される。カーシングガスは汚れて湿っている上
にバーナ部品を腐食させる粒状物を含んでいることか
ら、従来の高圧(15〜30psig：ゲージ圧での約1.05〜2.1
0kg/cm2）バーナでは燃焼させ得ずに通常は大気中に放
出される油井生成物である。既知の設計形状の第１及び
第２のステージ圧調整要素１２２及び１２４を必要に応
じて設け、同様に、手動式あるいはモータ作動式のガス
弁手段１２６を取り付ける。ガス弁手段１２６はオンオ
フタイプの、あるいは以下に説明するような調節式のも
のとすることができる。燃焼用空気１３０が空気入口１
２８を通してプレナム１３２に流入する。燃焼用空気１
３０は火炎アレスタ１３４を介してプレナム１３２を通
過し、バーナチャンバ１１２内に位置付けたバーナ配列
体１１４から提供される燃料と混合する。排気チャンバ
１３６と、排気筒１３８と、通気フード（図示せず）と
がバーナチャンバ１１２内の熱サイフォン管の上方に設
けられそれにより、燃焼ガス１４０は自然通気を介して
バーナチャンバ１１２から排出される。
【００１０】バーナチャンバ１１２の内部で熱サイフォ
ン管１０６の蒸発器側端部１０４が加熱される。これに
より、各熱サイフォン管１０６内の作働液の熱エネルギ
ーが増大して作働液は蒸発し、熱サイフォン管１０６を
貫いて上昇し、実質的に垂直なプロセス流体タンクある
いは容器１５０内に位置付けられ且つ容器１５０内の加
熱されるべきプロセス流体１５２に没入された凝縮器側
端部１４２へと移動する。熱サイフォン管１０６はヒー
タ１０２とほぼ同じ傾斜角度に配向されそれにより、熱
サイフォン管１０６の各凝縮器側端部１４２は熱サイフ
ォン管１０６の各蒸発器側端部１０４よりも上方に位置
付けられる。各熱サイフォン管１０６の蒸発器側端部１
０４に複数のフィン１４４を取り付けることで熱的表面
積を増大させると共に、燃焼ガス１４０と蒸発器側端部
１０４との間での伝熱を増長させることもできる。
【００１１】熱サイフォン管１０６の、ヒータ１０２と
プロセス流体タンクあるいは容器１５０との間を伸延す
る中間セクション１５６を移行ボックス１５４が包囲す
る。移行ボックス１５４は前加熱セクションあるいは第
１のセクション１５８と、第２のセクション１６０とを
有し、これら各セクションは相互に結合されると共にそ
のフランジ付き結合部分１６２、１６４、１６６の位置
でバーナチャンバ１１２に結合される。番号１６８の部
分にはガスケットあるいはシールが設けられる。そうし
たガスケットあるいはシールを番号１７０及び１７２の
部分に設けても設けなくとも良い。第１のセクション１
５８はヒータ１０２に隣り合って位置付けられるが、パ
ッキングボックス１７４によりバーナチャンバ１１２か
ら離間される。番号１７０で示す部分、即ちフランジ付
き結合部１７０の半分はプロセス流体タンクあるいは容
器１５０の一部を構成するのが好ましく、またプロセス
流体タンクあるいは容器１５０の壁１７６と面一とする
かあるいは図３に示すように壁１７６からオフセットさ
せることができる。第２のセクション１６０はプロセス
流体１５２に対して開放され、プロセス流体タンクある
いは容器１５０とフランジ付き結合部１６６の位置で相
互結合し、フランジ付き結合部分１６４の位置で第１の
セクション１５８と相互に結合する。熱サイフォン管１
０６のみが第１のセクション１５８及び第２のセクショ
ン１６０を通るように、これら各セクションをデバイダ
プレート１７８を使用して分離させ、それ以外の部分で
はプロセス流体タンクあるいは容器１５０とヒータ１０
２とが相互に断絶される状態とする。こうすることによ
り、プロセス流体１５２がバーナチャンバ１１２に漏れ
出し、このプロセス流体１４２が可燃性のものである場
合に着火する恐れを防止する。第１のセクション１５８
と第２のセクション１６０とを共に絶縁体１８０でパッ
キングして周囲への熱漏れを最小化することで、プロセ
ス流体１５２中に没したこれら熱サイフォン管の凝縮器
側端部１４２へと熱サイフォン管１０６を通して送られ
る熱量を最大化することができる。以下に説明する別態
様では絶縁体１８０を省略し、第１のセクション１５８
を燃焼用空気１３０を前加熱するための前加熱チャンバ
として機能させるようにすることができる。
【００１２】図５には、実質的に水平なプロセス流体タ
ンクあるいは容器１９０内に収納したプロセス流体１５
２を加熱するための本発明の別の実施例が例示される。
図５の実施例の配列構成は図３のそれと良く似ているが
違いが幾つかある。例えば、図５の実施例では熱サイフ
ォン管１０６は図４のそれが４本であるのに対して５本
である。図３あるいは図５の各実施例の何れにおいて
も、様々の構成の熱サイフォン管１０６、好ましくはス
タガー配列構成での熱サイフォン管を使用することがで
きる。更には、図５の実施例では熱サイフォン管１０６
はプロセス流体タンクあるいは容器１９０のフランジ付
きカバープレート１９４の下方部分１９２のみを貫通し
ている。図５の実施例ではフランジ付きカバープレート
は図３の移行ボックス１５４の第２のセクション１６０
と実質的に同じ目的を有し且つ実質的に同じ役割を果た
す。図３の実施例においてそうであるように、伝熱要求
量が熱サイフォン管１０６の数を決定し、決定した熱サ
イフォン管数がフランジ付きカバープレート１９４の必
要開口寸法を決定する。
【００１３】図６の実施例では、代表的な既存の支持構
造体２００がプロセス流体タンクあるいは容器１９０内
で、熱サイフォン管１０６を凝縮器側端部１４２で支持
するよう改変された状態で使用されている。図５の実施
例のプロセス流体タンクあるいは容器１５０を本発明の
装置で加熱するように改変した場合には既存の炎管支持
体２０２を支持構造体２００の一部分として使用するこ
とができる。スライド−イン式の炎管束支持体２０４を
炎管束固定支持体２０６と共に炎管支持体２０２に追加
的にリンクさせる。新型のシステムに対しても類似の支
持構造体２００を使用することができるが、その場合に
は支持構造体２００をプロセス流体タンクあるいは容器
１５０、１９０、そしてそうした容器内で使用する熱サ
イフォン管１０６配列構成のために一層特別仕様化され
たものとなる。
【００１４】図７、図８、図９には、移行ボックス１５
４のデバイダプレート１７８、第１のセクション１５
８、第２のセクション１６０を通して、プロセス流体タ
ンクあるいは容器１５０、１９０とヒータ１０２との間
に熱サイフォン管を設けるための好ましい実施例が示さ
れる。図７の実施例ではねじ溝付きカラー２１２がシー
ル溶接部２１４を使用して熱サイフォン管１０６の各々
に溶接されている。ねじ溝付きカラー２１２は相互作用
するねじ溝２１６によりデバイダプレート１７８の開口
２１０内に固定され、ガスケット２１８によりデバイダ
プレート１７８の外側に対してシールされる。この構成
により、熱サイフォン管１０６は検査あるいは交換の必
要に応じて容易に取り外すことができる。
【００１５】図８の実施例では、シールカラー２２０
が、例えばシール溶接部２２２により各熱サイフォン管
１０６の周囲の番号２２２の位置にシール状態で位置決
めされ、デバイダプレート１７８を介して開口部２２４
にぴったりと嵌着される。次いでシール溶接部２２６を
デバイダプレート１７８とシールカラー２２０との間に
設ける。この構成は、熱サイフォン管１０６及びそのシ
ールカラー２２０を取り外すためにはシール溶接部２２
６を除去しなければならないので、より恒久的である。
図９の実施例ではデバイダプレート１７８内で熱サイフ
ォン管１０６をシールするための最も簡単な手段、即
ち、これら２つの要素間にシール溶接部２１４のみが設
けられる。この構成は、シール溶接部２１４を除去して
からでないとデバイダプレート１７８から熱サイフォン
管１０６を取り外せないことから、幾分恒久的である。
【００１６】図１０には本発明の更に別の第３実施例が
示される。本第３実施例では本発明は実質的に垂直なプ
ロセス流体タンクあるいは容器１５０に適用され、細長
の前加熱空気ダクト２５０がプレナムチャンバ１３２に
装着され、ヒータ１０２の側部及び熱サイフォン管１０
６の一部分に沿って伸延している。熱サイフォン管１０
６の上方には空気ダクト入口２５２が位置付けられ、従
ってこの空気ダクト入口から流入する空気は熱サイフォ
ン管１０６の、バーナチャンバ１１２及びプロセス流体
１５２から共に離間された１セクションを通らなくては
ならない。本実施例では移行ボックスの前加熱セクショ
ンあるいは第１のセクション１５８は組み込まれないが
その代わり、燃焼用空気１３０が熱サイフォン管１０６
から幾分熱を受容し、流入する燃焼用空気１３０を加温
する。これによりバーナチャンバ１１２の内部での凍結
が防止され、燃焼プロセスは改善される。本実施例でも
二重シールシステムが使用され、第１のセクション１５
８と第２のセクション１６０とがプロセス流体タンクあ
るいは容器１５０、１９０とバーナチャンバ１１２との
間を分離状態に維持する。図１０には、調節式の管束支
持体２０８を使用することのできる熱サイフォン管束支
持体の別の実施例が例示される。これらの調節式の管束
支持体２０８は図１１にも例示されるが、熱サイフォン
管１０６の別の一群を支持するために使用することがで
きる。
【００１７】図１１にはプロセス流体タンクあるいは容
器１５０、１９０内の熱サイフォン管１０６の別の実施
例が例示される。加熱するべきプロセス流体１５２の性
質によっては、熱サイフォン管１０６の凝縮器側端部１
４２を分離し、プロセス流体タンクあるいは容器１５
０、１９０内がより一様に加熱され得るようにするのが
一層有益である。熱サイフォン管１０６の上方群２６０
の凝縮器側端部１４２は、この構成での束状の熱サイフ
ォン管１０６の残余の群あるいは下方群２６２の上方に
上昇される。熱サイフォン管１０６の構成及び配列構成
によっては、支持構造体２００を然るべく改変し、熱サ
イフォン管１０６がプロセス流体１５２あるいは熱サイ
フォン管の重量により加えられる応力によって、望まし
くない曲げあるいは破損を生じないようにすることがで
きる。
【００１８】図１２、図１３、図１４には、プロセス流
体タンクあるいは容器１５０、１９０内での熱サイフォ
ン管１０６の凝縮器側端部１４２の、プロセス流体タン
クあるいは容器１５０、１９０に入る位置２７０に関す
る様々な位置の、全てではない幾つかのダイヤグラムが
夫々例示される。黒丸印は熱サイフォン管１０６の凝縮
器側端部１４２を表し、白丸印は熱サイフォン管１０６
の、プロセス流体タンクあるいは容器１５０、１９０を
使用する場合のバーナチャンバ１１２内に位置決めされ
た状態でのシールチャンバ１６０に隣り合う状態での位
置２７０を表す。図から分かるように、凝縮器側端部１
４２はバーナチャンバ１１２内の熱サイフォン管の蒸発
器側端部１０４の間隔に関してもっと広幅に離間して配
列させることが可能であり、例えば、プロセス流体タン
クあるいは容器１５０、１９０を幅方向に横断する水平
方向に離間した列、傾斜された列、あるいは弓状構成
（図１２、図１３、図１４に夫々示されるような）のも
のとすることができる。これらの構成には幾つかの利点
があり、それらの利点には、プロセス流体１５２が一層
加熱されること、プロセス流体１５２のための熱保持時
間が長くなること、プロセス流体１５２が特定部分で過
熱する恐れが少なくなること、が含まれる。こうした利
点は、バーナチャンバ１１２内での熱サイフォン管１０
６どうしの間隔及び位置２７０が、ガス側での伝熱を適
正化するために要求される比較的“タイトな”状態に維
持されつつ実現される。図１５には図１１の配列構成に
おける実施例の部分破除した斜視図が例示される。
【００１９】本発明のその他の利点には、プロセス流体
タンクあるいは容器１５０、１９０内部での容積が同じ
である従来からの炎管配列構成と比較してプロセス流体
１５２側（凝縮器側端部１４２）での伝熱量を２乃至３
倍とすることが可能となる点が含まれる。熱サイフォン
管の凝縮器側端部１４２の方向を異なるものとした場
合、プロセス流体１５２を熱サイフォン管１９６に沿っ
て自由に移動させて放熱させることができるようにな
る。一方、バーナチャンバ１１２内の熱サイフォン管１
０６が密集した束状であることにより、高温の燃焼ガス
１４０は熱サイフォン管の蒸発器側端部１０４の周囲に
沿って曲りくねりつつ排気チャンバ１３６に送られる間
に熱サイフォン管１０６に対して熱を釈放し、排気筒１
３８から排出されるようになる。
【００２０】装置１００がプロセス流体１５２を制御下
に加熱する設計形状のものであることから、プロセス流
体１５２への熱入力を所望のプロセス流体温度を実現す
るように制御する手段を設ける必要がある。図３及び図
５に概略示されるようにこの目的のためのバーナ制御手
段３００を設け、ライン３０２及び３０４を介してガス
弁手段１２６及び第１の温度センサ３０６と夫々相互に
作働上結合することができる。バーナ制御手段３００は
有益にはマイクロプロセッサベースのものであり、オペ
レータが特定の温度設定点Ｔsetopointを入力及び変更
するための手段を備えている。プロセス流体１５２のバ
ルク温度ＴBULKを制御するための第２の温度センサ３１
０を、ライン３０８を介してバーナ制御手段３００と繋
げ、検知したプロセス流体のバルク温度ＴBULKを表す信
号をバーナ制御手段３００に送るようにすることができ
る。バーナ制御手段３００は有益には、バルク温度Ｔ
BULKをプリセットされた設定点上限温度THIGH及び設定
点下限温度TLOWと比較し、その結果に基づき、バルク温
度ＴBULKを実質的にこれら各設定点によって定義された
運転温度範囲内に維持するようバーナ配列体１１４を制
御するための制御信号を発生する手段を更に含む。
【００２１】更に、図３乃至図５に示すようなバーナ配
列体１１４を使用する場合、バーナ配列体１１４内のバ
ーナ要素１１８をシーケンス的及び或は制御下に燃焼作
動させることにより、バーナチャンバ１１２及びプロセ
ス流体１５２内を共に特定温度レベルに維持することも
できる。バーナ要素１１８は、各バーナ要素１１８を同
時に１列、２列、３列あるいはそれ以上の列で選択的に
作動させるなどして低−中−高のシーケンスで燃焼作働
させ、バーナチャンバ１１２への熱入力量を制御するこ
とで、検出されたプロセス流体１５２のバルク温度T
BULKを所望温度にすることが可能である。バーナ配列体
１１４全体における各バーナ要素１１８列に対する燃料
入力量はかくして、ガス弁手段１２６を制御することに
よりバーナ配列体毎に個別に制御され得る。ガス弁手段
１２６は、温度センサ３１０がプロセス流体１５２温度
がプリセットされた設定点上限温度THIGHよりも高いこ
とを示す場合にはバーナ要素１１８の年少さ同列数を減
らし、前記温度が設定点下限温度TLOW以下である場合に
は燃焼作動させるバーナ配列体１１８の数を増やすよう
に各バーナ配列体と作動上関連される。プリセットされ
た温度設定点の設定点上限温度THIGHは、一般には、バ
ーナ制御手段３００が不必要に上下しないようにするた
めに設定点下限温度TLOWと十分に差を持たせるように選
択する。列単位でバーナ要素を制御するようにした場合
でも、燃料源１２０から作動バーナ配列体に対する燃料
流れを調節することができる。この目的のために既知の
温度フィードバック制御システムセンサ及び制御要素が
使用される。
【００２２】バーナ配列体１１４と共に使用することの
できる別形式の制御システムは、１つの群としての全バ
ーナ要素１１８に対する燃料流れ１２０を、温度センサ
３１０の測定した検出温度に基づきガス弁手段１２６に
よって調節することである。この場合、検出したバルク
温度TBULKがプリセットした設定点温度レベルあるいは
それ以上または以下である場合、バーナ配列体１１４内
の全バーナ要素１１８に対する燃料流れ１２０は全体的
に制限されあるいは増加され得る。こうした制限あるい
は増加は、バーナ制御手段３００が必要に応じてガス弁
手段１２６を制御することにより実施される。
【００２３】何れの形式の温度制御システムにおいて
も、熱サイフォン管１０６の凝縮器側端部１４２の外径
部での外側表面温度TODは温度センサ３０６により監視
され、測定温度値がプリセットされた設定点限界温度T
ALARMと比較される。設定点限界温度TALARMの特定値
は、バーナ制御手段３００がバルク温度TBULKを所望の
運転範囲内に維持しようとする際に通常生じるバーナ調
節特性が影響を受けないようにするために、プリセット
された温度設定点の設定点上限温度THIGHよりも高くな
るように選択される。しかしながら、検出した外径部で
の外側表面温度TODがプレセットされた設定点限界温度T
ALARMを上回る場合には、バーナ制御手段３００はバー
ナ配列体１１４内の全バーナ要素１１８を遮断し、熱サ
イフォン管１０６の凝縮器側端部１４２がスケーリング
及びファウリングを生じないようにする。この場合、バ
ーナ制御手段３００はガス弁手段１２６を制御してバー
ナ配列体１１４への燃料流れ１２０を遮断するように作
動する。温度センサ３０６は図３及び図５において最も
下方の熱サイフォン管１０６の凝縮器側端部１４２に取
り付けられた状態で示されているが、温度センサ３０６
は任意の熱サイフォン管１０６の凝縮器側端部１４２に
位置付けることができる。
【００２４】プロセス流体１５２への熱入力量を制御す
るための手段に加え、バーナ制御手段３００を介して蒸
発器側端部１０４における冷却端部腐食を制御すること
もできる。図３及び図５に概略示されるように、バーナ
制御手段３００はライン３０２を介してガス弁手段１２
６に、またライン３１２を介し、少なくとも１つの蒸発
器側端部１０４に位置付けられた第３の温度センサ３１
４に、夫々作動上相互結合されそれにより、前述の冷却
端部腐食のための制御機能を発揮することができる。一
般に、そうした第３の温度センサ３１４はバーナ配列体
１１４からもっとも遠い位置にある熱サイフォン管１０
６の列の蒸発器側端部に位置付けられるが、任意の熱サ
イフォン管１０６の蒸発器側端部１０４に位置付けるこ
とができる。バーナ制御手段３００は有益にはマイクロ
プロセッサベースのものであることから、任意の特定の
設定点温度TSETPOINTを入力しまた変更するための手段
を容易に提供することができる。かくして、温度センサ
手段３１４は蒸発器側端部１０４の外側金属温度TEVAP
を表す信号を提供し、この信号がライン３１２を介して
バーナ制御手段３００に送られる。バーナ制御手段３０
０はこの外側金属温度TEVAPを、バーナチャンバ１１２
内の燃焼用ガスの水あるいは硫酸の露点温度に相当する
プリセットされた設定点露点温度TDEWと比較し、その結
果としての制御信号を発生する。
【００２５】この制御信号は、バーナ配列体１１４を制
御して蒸発器側端部１０４の外側金属温度TEVAPを、プ
リセットされた設定点露点温度TDEWよりも実質的に高い
温度に維持することで前述の冷却側端部腐食を防止する
ために使用される。プリセットされた設定点露点温度T
DEWは、図１６の表に例示するようなバーナ配列体１１
４内で燃焼される燃料ガスの水分及び硫黄分に基づいて
決定される。図１６の表は米国オハイオ州バーデンのBa
bcock & Wilcox 社の１９９２年の第４０版のSTEAM its
generation and useの第１９章に示されるものであ
る。バーナ制御手段３００が蒸発器側端部１０４の外側
金属温度TEVAPをプリセットされた設定点露点温度TDEW
以上に維持することができることで蒸発器側端部１０４
の腐食が防止され、かくして熱サイフォン管１０６の熱
効率損失及び考え得る損傷が防止される。
【００２６】本発明の燃料消費効率は炎管加熱システム
の１．５乃至２．５倍（本発明での効率は７５乃至８５
％であるのに対し、従来からの炎管加熱システムでのそ
れは３５乃至５５％である）である。熱入力量が同じで
あれば本発明の熱サイフォン管の表面積は従来の炎管加
熱システムの２乃至３倍以上であり、しかも体積は１０
倍未満である。これにより、プロセス流体タンクあるい
は容器１５０、１９０内の生成物プロセス処理あるいは
貯蔵のためのより空間をずっと大きくすることができ
る。燃料消費効率が向上することは、燃焼させる燃料量
が少なくて済むことを意味し、また排出物が低減するこ
とを意味する。Ｔ型のあるいはアップショット型のバー
ナ要素１１８を使用する本発明によれば、同じ熱入力量
に対するNOx放出量は１．５乃至２．５倍少なく、CO放
出量は事実上ゼロになると考えられる。しかしながら特
に重要なのは、そうしたバーナ要素１１８を本発明の特
徴とする熱サイフォン管と組み合わせて使用することで
カーシングガスを（もし現場で入手し得るのであれば）
燃料源１２０として使用することができるという事実に
ある。これにより、通常は大気中に逃がしてしまうカー
シングガスを使用しこれを燃焼させることで、また燃料
消費量が小さい（従来よりも１．５乃至２．５倍少な
い）ことで放出量及び燃料の追加的な削減が提供され
る。カーシングガスを燃料源１２０として使用すること
ができることにより大幅なコスト削減が実現する。なぜ
なら、本来カーシングガスはオイル抽出プロセスの通常
の副産物として現場で生産者（オイル/ガス）が“た
だ”で手に入れることができるものだからである。以
上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内
で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【００２７】
【発明の効果】１）容器に収納したプロセス流体を加熱
するための改良装置にして、現場での組立が容易であ
り、ずっと効率的にプロセス流体を加熱するために使用
することのできる改良装置が提供される。 ２）プロセス流体加熱装置のためのバーナ配列構成と、
バーナ配列構成を制御して、熱サイフォン管を通しての
熱流れを安定状態に維持すると共にスケーリングその他
の腐食の発生を制限する手段が提供される。 ３）既知のシステムよりも更に有効且つ効率的であり、
しかもプロセス流体を比較的一様に加熱する、プロセス
流体を加熱するための、熱サイフォン管の新規な配向が
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知のＵ字型炎管ヒータシステムの部分破除し
た側面図である。
【図２】油水エマルジョンを分離するための、燃焼チャ
ンバと、油水エマルジョンを収納する容器との間をヒー
トパイプ束が伸延する既知のシステムの部分破除した側
面図である。
【図３】本発明に従う装置を実質的に垂直なプロセス流
体タンクあるいは容器に適用した第１実施例の部分断面
側面図である。
【図４】図３の実施例を線４−４方向から見た場合のバ
ーナ配列体の平面図である。
【図５】本発明に従う装置を、実質的に水平なプロセス
流体タンクあるいは容器に適用した第２実施例の部分断
面側面図である。
【図６】プロセス流体タンクあるいは容器内の装置の部
分断面側面図である。
【図７】熱サイフォン管のシール接合部の１実施例を表
す部分断面図である。
【図８】熱サイフォン管のシール接合部の他の実施例を
表す部分断面図である。
【図９】熱サイフォン管のシール接合部の他の実施例を
表す部分断面図である。
【図１０】熱サイフォン管のシール接合部のまた別の実
施例を表す部分断面図である。
【図１１】プロセス流体タンクあるいは容器内での炎管
束の別の配列構成を例示する部分断面側面図である。
【図１２】プロセス流体タンクあるいは容器内での炎管
束の別の配列構成を例示する概略ダイヤグラムである。
【図１３】プロセス流体タンクあるいは容器内での炎管
束の別の配列構成を例示する概略ダイヤグラムである。
【図１４】プロセス流体タンクあるいは容器内での炎管
束の別の配列構成を例示する概略ダイヤグラムである。
【図１５】図１１の配列構成の部分破除した斜視図であ
る。
【図１６】腐食を防止するための、燃料形式及び燃料中
の硫黄パーセントの関数としての最小金属温度のグラフ
である。
【符号の説明】
１０２ ヒータ １０４ 蒸発器側端部 １０６ 熱サイフォン管 １０８ 支持体 １１２ バーナチャンバ １１４ バーナ配列体 １１６ バーナスカート １１８ バーナ要素 １２０ 燃料源 １２２ 第１のステージ圧調整要素 １２４ 第２のステージ圧調整要素 １２６ ガス弁手段 １２８ 空気入口 １３０ 燃焼用空気 １３２ プレナム １３４ 火炎アレスタ １３６ 排気チャンバ １３８ 排気筒 １４０ 燃焼ガス １４２ 凝縮器側端部 １４４ フィン １５０、１９０ プロセス流体タンク １５２ プロセス流体 １５４ 移行ボックス １５８ 第１のセクション １６０ 第２のセクション １６６、１７０ フランジ付き結合部 １７４ パッキングボックス １７８ デバイダプレート １８０ 絶縁体 １９４ フランジ付きカバープレート
フロントページの続き (72)発明者 トミー・エイチ・クローズデイル アメリカ合衆国テキサス州サイプレス、モ ンテイン・ドライブ13931 (72)発明者 ロバート・ジェイ・ジャーマールティ アメリカ合衆国テキサス州ケイティ、ガー デン・テラス1907

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセス流体を制御下に加熱するための
    装置であって、 バーナチャンバ、該バーナチャンバ内のバーナ配列体、
    該バーナ配列体に燃焼用空気を提供するための手段、を
    有するヒータと、 プロセス流体を収納するためのプロセス流体容器と、 蒸発器側端部と凝縮器側端部とを有する複数の熱サイフ
    ォン管にして、バーナチャンバ内でバーナ配列体に近接
    する密集した束状に配列され、凝縮器側端部がプロセス
    流体容器中に伸延しそれにより、蒸発器側端部がバーナ
    チャンバ内のバーナ配列体により発生した熱を受け、該
    蒸発器側端部の受けた熱が、熱サイフォン管を通してプ
    ロセス流体容器内でプロセス流体中に熱を釈放するよう
    に配列された凝縮器側端部に伝達される熱サイフォン管
    と、 燃料源からバーナ配列体に供給する燃料量を、検出温度
    に応じて制御するためのバーナ制御手段にして、プロセ
    ス流体容器中に伸延する少なくとも１つの熱サイフォン
    管の凝縮器側端部の外径部位置での外側表面温度に相当
    する検出温度TO Dがプリセットされた設定点温度TALARM
    を上回るとき、バーナ装置配列体への燃料流れを遮断す
    るよう作動自在であるバーナ装置制御手段と、 を含む装置。
  2. 【請求項２】 ヒータが、燃焼用空気を前加熱するため
    の前加熱手段を更に含んでいる請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 バーナ配列体が、整列した、複数のT型
    バーナ及び複数のアップショット型バーナの一方を含ん
    でいる請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 熱サイフォン管の、プロセス流体容器内
    における凝縮器側端部が、該熱サイフォン管の、バーナ
    チャンバ内における蒸発器側端部の間隔に関して幅広い
    間隔を有する列状に配列される請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 プロセス流体容器をバーナチャンバから
    シールし、熱サイフォン管のみがバーナチャンバの内側
    をプロセス流体容器の内側に結合するようにするための
    移行手段にして、バーナチャンバとプロセス流体容器と
    の間に結合され且つ熱サイフォン管の周囲に位置付けら
    れた移行ボックスを含み、該移行ボックスが、該移行ボ
    ックスを区分けし且つプロセス流体とバーナチャンバと
    を分離するための少なくとも１つのデバイダプレートを
    有し、該デバイダプレートが、該デバイダプレートを貫
    く熱サイフォン管とシール結合するためのシール手段を
    有している請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 デバイダプレートのシール手段が複数の
    ねじ溝付きカラーを含み、各ねじ溝付きカラーが複数の
    熱サイフォン管の１つの周囲にシール状態で結合され、
    各ねじ溝付きカラーがデバイダプレートを貫いて挿通さ
    れ且つ該デバイダプレートとシール状態でねじ溝結合す
    る請求項５の装置。
  7. 【請求項７】 デバイダプレートのシール手段が複数の
    カラーを含み、各カラーが複数の熱サイフォン管の１つ
    の周囲にシール状態で位置決めされ、各カラーがデバイ
    ダプレートを貫いて挿通され且つ該デバイダプレートに
    対してシールされる請求項５の装置。
  8. 【請求項８】 デバイダプレートのシール手段が、複数
    の熱サイフォン管の各１つの熱サイフォン管とデバイダ
    プレートとの間のシール溶接部を含んでいる請求項５の
    装置。
  9. 【請求項９】 プロセス流体の、検出されたバルク温度
    TBULKを表す信号を提供するための手段と、該バルク温
    度TBULKを、プリセットされた設定点上限温度THIGH及び
    設定点下限温度TLOWと比較するための手段と、該比較の
    結果に応じて、前記検出したバルク温度TBULKを実質的
    に、前記設定点上限温度THIGH及び設定点下限温度TLOW
    の定義する運転範囲内に維持するようバーナ配列体を制
    御するための手段と、を更に含んでいる請求項１の装
    置。
  10. 【請求項１０】 熱サイフォン管の、検出された蒸発器
    側端部の外側金属温度TEVAPを表す信号をバーナ制御手
    段に提供するための手段と、該蒸発器側端部の外側金属
    温度TEVAPをプリセットされた設定点温度TDEWと比較す
    るための手段と、該比較の結果に応じて、前記検出され
    た蒸発器側端部の外側金属温度TEVAPを実質的に前記プ
    リセットされた設定点温度TDEW以上に維持するようバー
    ナ配列体を制御するための手段と、を更に含んでいる請
    求項１の装置。
  11. 【請求項１１】 バーナ配列体内における複数のバーナ
    要素と、バーナ配列体の複数のバーナ要素の全てに供給
    される燃料量を全体的に調節するために前記複数のバー
    ナ要素の全てと作動上関連するガス弁手段とを更に含
    み、バーナ制御手段が、検出された各温度に応じてバー
    ナ配列体に供給される燃料量を全体的に調節するよう前
    記ガス弁手段を制御する請求項１の装置。
  12. 【請求項１２】 バーナ配列体における複数のバーナ要
    素列と、各バーナ要素の列に供給する燃料量を調節する
    ために各バーナ要素列と作動上関連するガス弁手段とを
    更に含み、バーナ制御手段が、検出された各温度に応じ
    てバーナ配列体の各バーナ要素列に供給される燃料量を
    個別に調節するよう各バーナ要素列のためのガス弁手段
    を選択的に制御する請求項１の装置。
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