JPS60162101A - 熱交換器の安全保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱交換器の水位低下異常と蒸気圧低下異常を
自動的に判断して、熱交換器の非常停止を行う熱交換器
の安全保護方法に関するものである。

（従来技術） 溶融塩などの冷媒（以下冷媒として溶融塩を例にとって
説明する）を冷却する抜熱装置としては、冷媒を高温流
体とし、水を低温流体とする熱交換器を適用することが
、特頓昭５７−２２８４９６号として既に提案されてい
る。これは溶融塩によって、圧延後の高温鋼材を冷却す
る直接熱処理設備において、高温鋼材によって、持ち込
まれる非常に大きな熱量により生じる溶融塩の温度上昇
を防止するために、該溶融塩を水などと熱交換すること
によって冷却するものである。

第１図は、上述した高温鋼材の直接熱処理設備を示すも
のである。第１図において、ｌは熱間圧延後の約８００
℃の高温鋼材であり、冷却槽２中に浸漬され、冷却槽に
貯留した溶融塩３によって、所定の温度、例えば約５０
０℃まで冷却される。

一方溶融塩３は、鋼材１によって加熱されるので、ポン
プ４によって冷却槽２と熱交換器５間を循環させ、熱交
換器５において、水６と熱交換させて冷却している。

さてここで適用した熱交換器は、溶融塩の温度降下を図
る冷却器であるが、一方、水側からは蒸発器ととらえる
ことができ、自動ボイラと同様に熱交換器の異常状態に
応じて非常停止を行う安全保護装置を装備しなければな
らない。ボイラ技術講座（日本ボイラ協会編）によると
、自動ボイラの異常状態としてはバーナ失火、水位低下
、蒸気圧」−昇などが掲げられるが、本熱交換器におい
ては、排出蒸気配管系統によっては、溶融塩に水がはい
ると爆発の危険性があるため、水位上昇も異常状態であ
り、更に熱交換器内漏洩検出並びに熱交換効率維持から
は、蒸気圧低下も異常状態であるといってよい。

こうした異常状態の安全保護装置としては、各プロセス
状態を監視する検出端と、検出端から得られた信号によ
って、判断処置を行う非常停止回路と、プロセスの停止
を行う操作端とから成る装置を適用する。゛このうち、
自動ボイラのバーナ失火は、本然交換器では溶融塩循環
圧力低下におきかえられ、これを信号として検出して、
非常停止回路によって判断処置して、給水弁遮断ポンプ
停止をはじめとするプロセスの非常停止を行うことは、
従来技術を適用して、容易に実現できる。また蒸気圧上
昇、水位上昇も、第１図の蒸気圧圧力計７、水位計８に
よって、蒸気圧非常」１限、水位非常」−眼を信号とし
て検出し、非常停止回路１１によって、ポンプ４を停止
し、給水弁操作器１０へ指令をかけて、給水弁９を遮断
することも、従来技術の適用により容易に実現可能であ
る。

しかるに水位低下、蒸気圧低下は、水位非常下限、蒸気
圧非常下限信号を検出して、蒸気圧上昇、水位上昇のと
きのように、直接プロセス停止を実施することができな
い。すなわち熱交換器の起動及び停止時には必ず水位低
下、蒸気圧低下の状態に陥るので、熱交換器の運転が定
常状態となるまでは、非常停止回路を生かすことができ
ないのである。

通常自動ボイラの起動停止においては、水位低下異常の
ときは、直ちに給水を実施して正常化を　３− 図ることができるし、圧力低下については、一般には安
全保護は考慮しなくてもよかったのである。

しかしながら、本然交換器のように溶融塩を高温流体と
する場合は、熱交換器伝熱管の暖気のため、起動直後は
給水負荷なしで溶融塩循環を実施し、暖気完了後に給水
を開始するので、起動時は必ず水位低下、蒸気圧低下の
状態のままで、熱交換器を運転しなければならない。

更に溶融塩は、その融点が通常２００〜３００℃なので
、常温では凝固してしまうため、熱交換器停止時には給
水を停止して、熱交換器内から水を排出した後に、ポン
プ４を停止するべきであるので、停止時も必ず水位低下
、蒸気圧低下の状態に陥るのである。しかも、停止時に
溶融塩凝固防止のため、給水弁９を遮断しなければなら
ないのは、非常停止の場合でも同様であり、したがって
水位低下の異常状態でも、給水弁９は遮断されるし、ポ
ンプ４は停止される。

こうした起動時、停止時の水位低下、蒸気圧低下の状態
を解除するため、熱交換器が定常状態で　４　− あることを運転員が判断し、この安全保護機能をスイッ
チにて、０Ｎ１０ＦＦ　することが考えられるが、スイ
ッチの操作ミスを想起すると、極めて危険な処置である
ことは言うまでもない。

（発明の目的） 本発明の目的は、熱交換器の起動時、停止時には水位低
下非常下限、蒸気圧低下非常下限による熱交換器非常停
止回路を切り離すことによって、水位低下異常と蒸気圧
低下異常を、自動的に検出する熱交換器の安全保護方法
を提供することにある。

（発明の構成、作用） 本発明は、冷媒を高温流体とし、水を低温流体とする熱
交換器の水位低下と、蒸気圧低下に関する安全保護方法
において、水位低下に関する非常下限と、常用下限及び
蒸気圧低下に関する非常下限と常用下限を検出して、水
位低下常用下限と蒸気圧低下常用下限及び給水停止指令
を用いて、熱交換器起動時並びに停止時に、水位低下非
常下限と蒸気圧低下非常下限による熱交換器非常停止回
路を切り離すことによって、水位低下異常と蒸気圧低下
異常を自動的に判断することを特徴とする。

一般に熱交換器の水位低下、蒸気圧低下に限らず、プロ
セス量の」−下限を異常と判断して、非常停止を行うと
きには、非常下限を異常点とし、常用下限を運転状態の
下限として警報点とし、一旦警報点に到達すると警報ラ
ンプ点灯、警報ブザー鳴動によって運転員に換起を促す
ことが多い。更に危険状態が進行すると、ついに非常下
限の異常点に達して、非常停止に陥るのであるが、起動
時には、逆に最初に異常点を通過して、次に警報点を通
過して、それから運転状態に到達することはいうまでも
ない。

したがって起動時においては、水位低下非常下限による
非常停止回路を、水位が低下警報点を通過するまで切り
離しておくとよい。しかし単純に水位低下異常判断を、
水位低下常用下限によって、０Ｎ１０ＦＦ　してしまう
と、水位低下非常下限状態のときは、必ず水位低下常用
下限状態であるから、起動が完了して熱交換器が定常状
態に入ってからも、水位低下異常を判断することができ
なくなる。

これを解決するために、水位低下常用下限と、蒸気圧低
下常用下限を組み合わせて、水位低下異常判断並びに蒸
気圧低下異常判断を、０Ｎ１０ＦＦ　するのが本発明の
骨子であるが、以下第１〜４図に基づいて、詳しく説明
する。

前述したように、本熱交換器では、起動直後は給水負荷
なしで溶融塩３を循環して、熱交換器内の伝熱管を暖気
し、暖気完了後給水を開始するので、そのときの水位低
下、蒸気圧低下の非常下限、常用下限の復帰タイミング
は、第２図に示す通りである。

すなわち、蒸気圧は、給水後直ちに運転状態となるので
、給水直後に蒸気圧低下の異常点を通過して、非常下限
がＯＦＦとなり、更に警報点も通過して、常用下限もＯ
ＦＦとなる。水位については、蒸気を発生しながら水が
熱交換器内に滞留するので、給水後しばらくして水位低
下の異常点を通過。

して、非常下限がＯＦＦとなり、更に給水を継続するう
ちに、警報点を通過して常用下限もＯＦＦとなる。これ
以降は運転状態が継続されるので、起動後の水位低下異
常、蒸気圧低下異常の判断は、このときから開始すれば
よい。なお、運転状態到達直後に、水位低下非常下限が
不安定なときには、検出開始をタイマにより遅れをかけ
るとよい。第２図、第３因中ＰＬ：常用下限の警報点、
ＰＬＬ：非常下限の異常点、ＬＬ：水位信号の常用下限
の警報点、ＬＬＬ　：同非常下限の異常点を示す。

また本熱交換器の停止直前については、前述のように、
給水を停止して熱交換器５内から水を排出した後にポン
プ４を停止する。そのときの水位低下、蒸気圧低下の非
常下限の発生タイミングを第３図に示す。

すなわち給水を停止すると、直ちに蒸気圧低下常用下限
から、更に蒸気圧低下非常下限に陥り、その次に熱交換
器内の水を排出するので、水位低下常用下限から更に水
位低下非常下限に陥り、しばらく溶融塩循環を継続して
、伝熱管を暖気し、暖気完了後にポンプ４を停止する。

したがって、熱交換器停止時には、給水停止指令１２に
よって、−６− 水位低下異常、蒸気圧低下異常による非常停止回路１１
を切り離しておくと゛よい。図中ＴＭはインターロック
ＯＦＦ許容時間である。

しかし単純に給水停止指令１２によって、この非常停止
回路１１を０Ｎ１０ＦＦ　してしまうと、運転中に誤っ
て運転員が給水停止指令をかけても、この非常停止回路
１１が切り離されてしまうことになる。これを解決する
ために、給水停止指令後に、水位低下非常下限、蒸気圧
低下非常下限による非常停止回路１１を切り離すのは、
一定時間だけを許容し、その後も溶融塩を循環していな
がら、水位低下非常下限、蒸気圧低下非常下限が生じて
いるときは、異常状態として非常停止をかけるようにす
るとよい。

こうした安全保護方法を実現する非常停止回路の一例の
要部を、第４回に示す。

熱交換器の起動前には、水位低下非常下限、水位低下常
用下限、蒸気圧低下非常下限、蒸気圧低下常用下限とも
ＯＮ　であるので、熱交換器運転における水位及び蒸気
圧に関する定常状態並びに非定常状態を表わす運転中ス
ティタスＳ信号１５はＯＦＦで、Ｒ信号１６はＯＮ　で
あるが、熱交換器起動後は、蒸気圧低下常用下限、蒸気
圧低下非常下限、水位低下常用下限、水位低下非常下限
の順番にＯＦＦからＯＮ　となり、ついに運転中スティ
タスＳ信号１５はＯＮ　となり、Ｒ信号１６はＯＦＦと
なる。運転中スティタスＳ信号１５は、インターロック
ＯＮ　信号１４をＯＮ　とし、これ以降水位低下非常下
限または蒸気圧低下非常下限に陥ると、水位低下異常信
号１８、蒸気圧低下異常信号１９による非常停止回路］
ｌが作動する。図中Ｐは検出端から得た信号を示す。

次に熱交換器停止時には、運転中スティタスＳ信号１５
はＯＮ　であるが、給水弁操作器ｌＯからの給水停止指
令信号１２によって、いったんインターロックＯＮ　信
号１４をＯＦＦとする。そして給水停止指令信号１２と
、ポンプ稼働中信号１３が一定時間継続されると、イン
ターロックＯＦＦクリア信号１７がＯＮ　となって、そ
の時点で水位低下非常下限または蒸気圧低下非常下限に
陥っているー］］− １９による非常停止回路〕ｌが作動する。

（実施例） 本発明を実施した例を以下に述べる。

熱交換器：竪固シェル＆バヨネットチューブ式％式％ ） ） （発明の効果） 以」二連べてきたように本発明によると、鋼材直接熱処
理設備に適用するような熱交換量が大きく変動する熱交
換器について、水位低下、蒸気圧低下による異常時の熱
交換器の安全保護を、自動的に実施できるようになり、
その工業的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔａ）は鋼材直接熱処理設備の基本的構成の説明
図、第１図ｔｂ＋は鋼線材の搬送態様の平面的模式図、
第２図は、熱交換器起動時のプロセス量応答のタイミン
グチャート、第３図は停止時のタイミングチャート、第
４図は非常停止回路の一例の要部のフローチャートを示
す。 １：鋼材　２：冷却槽 ３＝溶融塩（冷媒）　４：ポンプ ５：熱交換器　６：水 ７：蒸気圧圧力計　８：水位計 ９：給水弁　ｌＯ：給水弁操作器 １１：非常停止回路　１２：給水（停止）指令１３　：
ポンプ稼働中信号　１４　：インターロック０Ｎ１５　
：運転中スティタス　信号 Ｓ信号　１６　：運転中スティタスＲ １７：インターロック　信号 ＯＦＦクリア信号 −１に−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷媒を高温流体とし、水を低温流体とする熱交換器にお
   いて、熱交換器起動時は、水位低下に関する非常下限と
   、常用下限及び蒸気圧低下に関する非常下限と常用下限
   を検出するまで、熱交換器非常停止回路を切り離してお
   き、熱交換器停止時は、給水停止指令を検出して、所定
   時間経過後、熱交換器非常停止回路を切り離しておき、
   その後冷媒を循環しながら前記水位低下に関する非常下
   限と常用下限を検出したとき、非常停止をかけることを
   特徴とする熱交換器の安全保護方法。