JPS5931668B2 - 竪型固定管板式熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器、特に竪型固定管板式熱交換器に関す
るものである。

従来から第１図に示されるごとき、竪型固定管板式熱交
換器は公知である。

この熱交換器１は、円筒状の竪型のシェル２、該シェル
の上端部２Ａおよび下端部２Ｂのそれぞれに取り付けら
れた上下部の固定管板４，３、該上下部の固定管板に、
それらを貫通して前記シェルの長さ方向に沿って取り付
けられた。

多数本のステンレス鋼チューブ５および前記シェル２の
上方と下方に該シェル２内に流体を導入し、また導入さ
れた流体を導出するために取り付けられた入口ノズル６
と出口ノズル１、ならびに前記チューブ５に流体を分配
して導くために下部固定管板３に取り付けられた下部チ
ャンネル８およびチューブ５から熱交換された流体を集
めて排出するために上部固定管板４に取り付けられた上
部チャンネル９とから構成されている。

必要に応じてさらにガス抜き管１０をシェル２の上方に
取り付けてもよい。

この種の熱交換器１は熱交換効率がよくチューブ５が破
損した場合、その取り替えが容易である等の理由から化
学工業の分野に広く利用されている。

ところが、この熱交換器ではチューブ５の上方であって
上部固定管板４にチューブ５が把持される部分５Ａにひ
び割れが生じやすい。

これは例えばチューブが製造時の残留応力、熱交換器使
用時の負荷応力、導体中の溶存酸素、その他イオン等が
原因して起こるが、さらに上部固定管板４の構造、温度
等の影響も受ける。

そこで本発明者らは上記割れ（応力腐食割れと称する）
の発生が抑制された熱交換器の取得について鋭意検討し
た結果、本発明に到達した。

したがって本発明の目的は応力腐食割れか抑制された熱
交換器の提供にある。

この目的は前記要素からなる熱交換器において、前記上
部固定管板と前記出口ノズルとの間に、前記シェルと前
記チューブとの間に形成されている空間を上下方向に２
分するための仕切板を設けて、前記空間に上下部のシェ
ル内空間を形成し、前記上部シェル内空間に流体を導入
可能で、該空間から流体を導出可能な２本のノズルを前
記シェルまたは上部固定管板に取り付けてなる竪型固定
管板式熱交換器とすることによって達成される。

具体的に本発明に係る熱交換器の構造を第２図にしたが
って説明する。

本発明の熱交換器の主要な要素は前記した従来のものと
同じである。

すなわち熱交換器１はシェル２、上下部の固定管板４，
３、ステンレス鋼チューブ５、入口、出口ノズル６，１
、上下部チャンネル９，８等から構成されている。

しかし本発明に係る熱交換器１には、上部固定板４と出
口ノズル１との間に、シェル２とチューブ５との間に形
成されている空間を２分するための仕切板１１が設けら
れている点が、従来のものと相違する。

仕切板１１によって、前記の空間は上部シェル内空間Ｓ
１ と下部シェル内空間Ｓ２に分けられる。

本発明の熱交換器にあっては、さらに上部シェル内空間
Ｓ１ に流体を流通させることができるよう、シェル２
の上方と上部固定管板４の少なくとも一箇所に２本のノ
ズル１２．１３が取り付けられている。

ノズル１２は上部シェル内空間Ｓ１ 内に冷却流体を導
入するための流入ノズルであり、ノズル１３は前記流体
の排出ノズルである。

さらに本発明の熱交換器においては好ましくは上部固定
管板４の下面４または仕切板１１の上面１１′を前記空
間８１部のガスの容積を小さくするような形状、構造と
する。

好ましくは第２図に示されているように前記下面４′を
円すい面とする。

さらに好ましくはチューブ５の上方が上部固定管板４と
接触する部分５′に相当するチューブの内側にインサー
ト管１４を挿入してインサート管１４とチューブ５との
間に空間Ｓ３を設ける。

このように本発明に係る熱交換器は上記の構造となって
いるので、改のような作用・効果を発揮する。

（１） 上部シェル内空間Ｓ１ に例えば冷却流体を
流すことにより、上部固定管板４の湿度を下げ、ひ（・
では前記接触する部分５′のステンレス鋼５の応力腐食
割れを抑制し得る。

（２）上部シェル内空間Ｓ１ のガス容積をほとんどな
くすることによって空間部の前記接触する部分５′の冷
却流体の乾湿繰り返し現象によって空間部Ｓ１の応力腐
食割れの原因となる物質・例えば塩分の濃縮を防き、前
記接触する部分５′のステンレス鋼チューブ５の応力腐
食割れを抑制し得ろ。

（３）インサート管１４とチューブ５との間に空間Ｓ３
を設けることにより、空間Ｓ３がチューブ５内の流体の
滞留部分となり、チューブ５への熱伝導を防ぎ得て、ひ
いては前記接触する部分５′のステンレス鋼チューブ５
の応力腐食割れを抑制し得る。

実施例 １ 伝熱面積５ｍ２シエル内径２５０ｍ、、チューブ本数１
９本、外径２７．７酎、長さ４ｍのステンレス鋼製整準
多管式熱交換器２器のチューブ側に１５０℃のプロセス
流体を入れた。

このプロセス流体の出口温度は１４０℃である。

シェル側には２０℃の工業用水を通水し熱交換させる。

この熱交換器を同時に稼動し、応力腐食割れが発生して
チューブが洩れた時点で運転を中止してプロセス流体、
工業用水を抜き出し、チューブの応力腐食割れを調整し
た。

調査方法は、渦流探傷器（原電予測器ＴＤ−２０４型）
調査した。

次に応力腐食割れチューブを新品のチューブと交換し、
この熱交換器の１器を上部管板の下面を円すい面とし、
インサート管を取り付けると共に管板の真下に仕切板を
設け、その部分を別配管にて強制冷却方式に構造を改良
しく本発明に係る熱交換器）、もう−器の未改良のもの
と同時に稼動させた。

その結果を表２に示す。通常の竪型熱交換器ではいずれ
も１０−１２ケ月で応力腐食割れ発生によりチューブの
洩れに至るが構造面を改良した本発明に係る熱交換では
５年間応力腐食割れは発生せず、著し＼い効果が認めら
れた。

実施例 ２ 伝熱面積８００ｍ２のステンレス鋼製竪型多管式熱交換
器３器のチューブ側に１３０°Ｃのプロセス流体を入れ
た。

このプロセス流体の出口温度は１２０℃である。

シェル側には２０°Ｇの工業用水を通水し３５°Ｃで取
り出す。

この熱交換器を同時に稼動したところ、２年目よりチュ
ーブ応力腐食割れが発生した。

発生状況を表３に示す。

３器のうち１器を稼動後４年目で更新する際、上部管板
にこう配をつけ、管板部にインサート管の取り付けおよ
び管板直下に仕切板を設け、その部分を別配管で強制冷
却方式に構造を改良し、（本発明に係る熱交換器）稼動
を開始した。

応力腐食割れを発生して（・るか否かの調査は年１回の
定期検査時に上部チャンネルを外し、チューブ内に水を
張って、シェル側に空気圧をかけて肉眼にて行なった。

さらに敞探傷器（原電予測器Ｔ［）−２０４型）で調査
した。

通常の竪型熱交換器では稼動後２〜３年で応力腐食割れ
が発生し年に増加の傾向にあるが、構造面を改良した本
発明の熱交換器は５年間応力腐食割れは発生せず、著し
く・効果が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の竪型固定管板式熱交換器の破砕縦断面図
である。 第２図は本発明に係る前記熱交換器の破砕縦断面図であ
る。 １・・熱交換器、２・・・シェル、３・・・下部固定管
板、４・・・上部固定管板、５・・・ステンレス鋼チュ
ーブ、６・・・入口ノズル、１・・・出口ノズル、８・
・・下部チャンネル、９・・・上部チャンネル、１１・
・・仕切板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状の竪型のシェル、該シェルの上端部および下
   端部のそれぞれに取り付けられた上、下部の固定管板、
   該上下部の固定管板にそれらを貫通して前記シェルの長
   さ方向に沿って取り付けられた多数本のステンレス鋼チ
   ューブ、および前記シェルの上方と下方に該シェル内に
   流体を導入し、また導入された流体を導出するために取
   り付けられた入口ノズルと出口ノズル、ならびに前記チ
   ューブに流体を分配して導くために下部固定管板に取り
   付けられた下部チャンネル、ならび前記チューブから熱
   交換された流体を集めて排出するために前記上部管板に
   取り付けられた上部チャンネルからなる熱交換器におい
   て、前記上部固定管板と前記出口ノズルとの間に前記シ
   ェルと前記チューブとの間に形成されている空間を上下
   方向に２分するために仕切板を設けて前記空間に上下部
   のシェル内空間を形成し、前記上部シェル内空間に流体
   の導入が可能で、該空間から流体を導出可能な２本のノ
   ズルを前記シェルまたは上部固定管板に取り付けてなる
   竪型固定管板式熱交換器。