專利名稱：熱交換器的運轉方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用蒸汽、加熱在各種工藝中流通的流體(以下稱為工藝流體)等被加熱流體的熱交換器的運轉方法。
這樣的熱交換器，通常是被加熱流體和加熱該被加熱流體的蒸汽經(jīng)過傳熱壁進行熱交換，但是隨著繼續(xù)運轉，附著物附著在被加熱流體側的傳熱壁面上，熱交換器的總傳熱系數(shù)降低，由蒸汽向被加熱流體的傳熱速度降低。這里作為附著物，例如，有被加熱流體中含有的雜質析出的，和由于雜質發(fā)生某些反應而生成的化合物，還有由于一部分被加熱流體的主成分發(fā)生某些反應而生成的化合物等。
如果隨著這樣的附著物的增加傳熱速度降低，則產(chǎn)生不能夠充分加熱被加熱流體的不利狀況。因此，為了將被加熱流體穩(wěn)定并且充分地加熱至規(guī)定的溫度，可以進行如下方法通過根據(jù)附著物的量使得熱交換器內的蒸汽的絕對壓力上升、提高蒸汽的溫度，使得由蒸汽向被加熱流體的傳熱速度維持大約恒定。
然后，一般在例如工廠的定修時間等時候洗滌該熱交換器，除去傳熱壁面上附著的附著物。
這樣一來，如果管子阻塞、生成聚合物，即使使用合適的洗滌液洗滌，充分除去這些聚合物也很困難。因此，最終必須分解熱交換器，使用高壓水噴射洗滌或根據(jù)情況需要使用鉆頭等機械地除去管子內的聚合物，但這樣的操作需要長時間，在經(jīng)濟上也是不利的。
另外，為了防止附著物過度附著、蓄積，也可以考慮提高管子內的洗滌頻率。但是，由于在洗滌時必須停止熱交換器的正常運轉，如果洗滌頻率提高，會產(chǎn)生所謂具備該熱交換器的工藝的生產(chǎn)率降低的問題。
本發(fā)明鑒于上述事實，目的在于提供在被加熱流體側的傳熱壁面上附著物過于附著、蓄積前的適當時期，通過從傳熱壁面上除去附著物，可以容易并且經(jīng)濟地除去附著物的熱交換器的運轉方法。
本發(fā)明者們著眼于熱交換器內蒸汽供給壓力的變化，發(fā)現(xiàn)通過根據(jù)其壓力決定從被加熱流體側的傳熱壁面上除去附著物的時期，可以解決上述課題，從而實現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明的熱交換器的運轉方法是在被加熱流體和加熱該被加熱流體的蒸汽，經(jīng)過傳熱壁進行熱交換的熱交換器的運轉方法，其特征在于，根據(jù)上述被加熱流體側的傳熱壁面上附著物的量使上述蒸汽在上述熱交換器內的絕對壓力上升，在維持由上述蒸汽向上述被加熱流體的傳熱速度大約恒定的同時，在上述附著物附著前的上述熱交換器內的蒸汽絕對壓力P1和上述附著物附著后的上述熱交換器內的蒸汽絕對壓力Pn滿足下式(I)時，進行除去上述附著物的工序。
1.01＜Pn/P1＜1.8…(I)上述運轉方法，在上述絕對壓力P1滿足下式(II)時特別有效。
10kPa＜P1＜500kPa…(II)另外，上述運轉方法在上述熱交換器為管殼式熱交換器、被加熱流體在管子側流動、蒸汽在殼側流動時，和上述被加熱流體為含有易聚合性物質的液體時特別有效。
如上所述，按照本發(fā)明的熱交換器的運轉方法，由于在附著物附著前的熱交換器內的蒸汽絕對壓力P1和附著物附著后的熱交換器內的蒸汽壓力Pn的比達到特定的范圍時，進行除去附著物的工序，因此，可以在被加熱流體側的流路阻塞之前除去附著物，即使被加熱流體為含有易聚合性物質的液體，也幾乎不會生成伴隨阻塞的聚合物，可以容易并且充分地在短時間內經(jīng)濟地除去在被加熱流體側的傳熱壁面上附著、蓄積的附著物。
符號的說明10 管殼式熱交換器11 殼12 管子本發(fā)明的熱交換器運轉方法，是涉及使用蒸汽作為加熱介質、加熱各種工藝流體等被加熱流體方式的熱交換器的運轉，在該熱交換器中，被加熱流體和蒸汽經(jīng)過傳熱壁進行熱交換。以下，作為這種熱交換器的一例，列舉

圖1中管殼式熱交換器進行說明。
圖1中的管殼式熱交換器10，也稱為多管式熱交換器，是在殼11的內部配置多個管子12，在管子12內流通的液體和在殼11的內側、管子12的外側部分(以下稱為殼內)流通的液體，經(jīng)過管子12的側壁，即傳熱壁進行熱交換的熱交換器。
在這樣的管殼式熱交換器10中，被加熱流體在管子12內或殼11內的任何一方流動，蒸汽可以在另一方流動，但是如圖式例的管殼式熱交換器10那樣，被加熱流體在管子12內流動、蒸汽在殼11內流動的情況下，伴隨附著物的附著、蓄積容易發(fā)生管內阻塞等問題，如后述那樣，由蒸汽的絕對壓力判定除去被加熱流體側的傳熱壁面的附著物的時期，變得非常容易且有效。圖1中，實線表示蒸汽的流動，虛線表示被加熱流體的流動。
作為被加熱流體沒有特別的限制，只要是需要被加熱的一種流體就沒有限制，但是特別是在被加熱流體是含有易聚合性物質的液體的情況下，該易聚合性物質的至少一部分物質聚合，附著在管子12的側壁面。這樣一來，如果生成的聚合物過度附著，采用洗滌等方式除去這些很困難，最終必須分解管殼式熱交換器10，使用高壓水噴射洗滌或根據(jù)情況需要使用鉆頭等機械地除去，花費時間和勞力。因此，如后述那樣，由蒸汽的絕對壓力判斷除去被加熱流體側的傳熱壁面的附著物的時期，變得非常有效。
作為含有這樣的易聚合性物質的液體，可列舉例如，作為易聚合性物質含有丙烯酸、甲基丙烯酸等具有乙烯鍵的化合物的、化學合成工藝的液體原料等。另外，作為附著物，可列舉的是被加熱流體中含有的雜質直接析出的，和由于雜質發(fā)生某些反應而生成的化合物，還有由于一部分被加熱流體主成分發(fā)生某些反應而生成的化合物等。例如，在被加熱流體是甲基丙烯酸的情況下，可列舉的是其中含有的高沸點雜質即對苯二甲酸，和由于一部分甲基丙烯酸聚合而生成的聚甲基丙烯酸等。
在圖1中的管殼式熱交換器10開始運轉時，調整符號13的蒸汽用的調壓閥，向殼11內供給蒸汽，使得管殼式10的殼11內的蒸汽絕對壓力變?yōu)镻1。P1可以通過在供給蒸汽的配管中設置的壓力計14測定。供給的蒸汽在傳熱壁上被冷凝，經(jīng)過汽阱15作為冷凝物被回收。
另一方面，在多個管子12的內側，使被蒸汽加熱的被加熱流體流通。
這時，在管殼式熱交換器10的管子12的側壁面，即被加熱流體的傳熱壁面上，附著物實質上處于未附著的狀態(tài)。這里的壓力P1即附著物附著前的管殼式熱交換器10內的蒸汽絕對壓力P1，沒有特別地限制，可以根據(jù)加熱對象即被加熱流體加熱前的溫度、目標加熱溫度、管殼式熱交換器10的尺寸等適當?shù)卦O定，但是優(yōu)選在滿足下式(II)的范圍內。
10kPa＜P1＜500kPa…(II)蒸汽絕對壓力P1在這樣范圍內的情況下，一般來說被加熱流體側的傳熱壁面的溫度成為附著物容易附著、蓄積的溫度，另外，在該被加熱流體為含有易聚合性物質的液體的情況下，成為容易聚合的溫度。
即，如果蒸汽絕對壓力在這樣的范圍內，附著物過度蓄積在管子12的側壁面上、管子12阻塞，其結果，在被加熱流體為含有易聚合性物質的液體的情況下，有該易聚合性物質滯留在被加熱的管子12內并生成聚合物、使得管子12的阻塞狀態(tài)進一步惡化的傾向。因而，蒸汽絕對壓力P1在這樣范圍內的情況下，如后述那樣判斷由傳熱壁面除去附著物的時期、進行適當?shù)南礈斓?，變得更有效?br> 這樣一來，如果運轉管殼式熱交換器10，隨著時間的經(jīng)過附著物附著、蓄積在傳熱壁面上，該管殼式熱交換器10的總傳熱系數(shù)降低，并且由蒸汽向被加熱流體的傳熱速度變小，其結果，被加熱流體不能加熱至希望的溫度。因此，在運轉該管殼式熱交換器10的情況下，根據(jù)被加熱流體側的傳熱壁面上附著的附著物的量，使得在管殼式熱交換器10內蒸汽絕對壓力由P1上升至Pn，由蒸汽向被加熱流體的傳熱速度維持大約恒定，被加熱流體被穩(wěn)定地加熱至規(guī)定的溫度來運轉。具體地講，測定加熱后的被加熱流體的溫度，使蒸汽絕對壓力上升的同時進行運轉以使該溫度維持恒定。
然后，在蒸汽絕對壓力Pn緩慢上升、上升直至滿足下式(I)范圍時，暫時停止向管殼式熱交換器10的蒸汽的供給和被加熱流體的供給，進行從被加熱流體側的傳熱壁面即管子12的側壁面上除去附著物。
1.01＜Pn/P1＜1.8…(I)這里的附著物的除去方法沒有特別地限制，可列舉通過使相應于附著物種類的洗滌液在管子12內流通，洗滌附著在其側壁面上的附著物的方法等。作為洗滌液，例如，在附著物為酸性物質的情況下，適合使用氫氧化鈉水溶液等堿性洗滌液。
在P1/Pn為1.0或以下的情況下，雖然附著物的量少，可以很容易地洗滌，但是即使不洗滌直接繼續(xù)運轉，也不會立刻發(fā)生管子12阻塞的問題。因而，在這個時期的洗滌只會使工藝的生產(chǎn)率降低，在經(jīng)濟上不是優(yōu)選的。如果Pn/P1變?yōu)?.8或以上，附著物的量變得過剩并且管子12變?yōu)榻咏枞臓顟B(tài)，在被加熱流體中含有易聚合性物質的情況下，也生成該易聚合性物質聚合的聚合物，即使進行洗滌也不能充分地除去這些聚合物。即，如果Pn/P1在上式(I)的范圍內，管子12不會阻塞，另外即使被加熱流體為含有易聚合性物質的液體，也幾乎未生成該易聚合性物質的聚合物，因此可以在短時間內容易并且充分地洗滌，而且也不會使得工藝的經(jīng)濟性大大地降低。
這樣一來，在除去附著物之后，管殼式熱交換器10內的蒸汽絕對壓力下降至通常的P1，再開始運轉。
按照這樣的熱交換器的運轉方法，在附著物附著前的熱交換器內的蒸汽絕對壓力P1和附著物附著后的熱交換器內的蒸汽絕對壓力Pn的比達到特定的范圍時，進行除去附著物的工序。因此，可以在被加熱流體側的流路阻塞之前除去附著物，即使被加熱流體為含有易聚合性物質的液體，也不會生成伴隨阻塞的聚合物，可以容易并且充分、經(jīng)濟地除去在被加熱流體側的傳熱壁面上附著、蓄積的附著物。
還有，在以上的說明中，列舉了管殼式熱交換器10作為熱交換器，針對被加熱流體在管子12內流動、蒸汽在殼11內流動的情況進行了說明，但是在可以適用上述運轉方法的熱交換器的種類上沒有限制，另外，可以沒有限制地適用于被加熱流體可以在管子12內、殼11內的任一方流動，附著物可附著在被加熱流體側的傳熱壁面上的某種熱交換器的運轉。
在供給再沸器的工藝液體(被加熱流體)的溫度為93℃、供給該熱交換器殼內的蒸汽的絕對壓力P1為94Kpa的狀態(tài)下開始運轉，一邊升高供給該熱交換器中蒸汽的絕對壓力以使得傳熱速度變得恒定，一邊繼續(xù)運轉。
經(jīng)過3個月后，由于供給熱交換器中的蒸汽的絕對壓力Pn上升至160Kpa，Pn/P1＝1.70，因此在此時停止運轉，從管子中抽出工藝液體之后，用氫氧化鈉水溶液洗滌管子的內部。洗滌后，通過目測管子檢查內部時，已被充分洗凈，傳熱壁面上附著的附著物全部被除去。(比較例1)針對與實施例1同樣的管殼式熱交換器，在與實施例1相同的條件下開始運轉，一邊升高蒸汽的絕對壓力、保持傳熱速度恒定，一邊繼續(xù)運轉4個月，由于供給該熱交換器中的蒸汽絕對壓力Pn上升至185Kpa，Pn/P1＝1.97，因此在此時停止運轉，從管子中抽出工藝液體之后，用氫氧化鈉水溶液洗滌管子的內部。洗滌后，通過目測檢查內部時，確認48根管子阻塞。至于其中約2/3的管子，可以通過使用高壓水噴射洗滌除去附著物質，但是剩余的管子不能完全地除去附著物，必須使用鉆頭機械地除去。(實施例2)使用設置有365根外徑25.4mm、厚度2.0mm、長度5.0mm的管子并且在其外側配置有殼的管殼式熱交換器作為蒸餾塔的再沸器，進行甲基丙烯酸的精制。供給再沸器的液體的組成是80wt％甲基丙烯酸、5wt％甲基丙烯酸甲酯、4wt％醋酸、3wt％丙烯酸、8wt％其他雜質，該雜質中的對苯二甲酸成為附著物，在繼續(xù)運轉的同時在管子的側壁面(傳熱壁面)上析出·附著。
在供給再沸器的工藝液體(被加熱流體)的溫度為95℃、供給該熱交換器殼內的蒸汽的絕對壓力P1為101KPa的狀態(tài)下開始運轉，一邊升高供給熱交換器中蒸汽的絕對壓力以使得傳熱速度變得恒定，一邊繼續(xù)運轉。
經(jīng)過3個月后，由于供給熱交換器中的蒸汽的絕對壓力Pn上升至158Kpa，Pn/P1＝1.56，因此在此時停止運轉，從管子中抽出工藝液體之后，用氫氧化鈉水溶液洗滌管子的內部。洗滌后，通過目測管子檢查內部時，發(fā)現(xiàn)被充分洗滌，傳熱壁面上附著的附著物全部被除去。(比較例2)
針對與實施例2同樣的管殼式熱交換器，在與實施例1相同的條件下開始運轉，一邊升高蒸汽的絕對壓力、保持傳熱速度恒定，一邊繼續(xù)運轉4個月，供給該熱交換器中的蒸汽的絕對壓力Pn上升至187Kpa，Pn/P1＝1.85。
在此時停止運轉，從管子中抽出工藝液體之后用氫氧化鈉水溶液洗滌管子的內部。洗滌后，通過目測檢查內部時，確認32根管子阻塞，需要通過使用高壓水噴射洗滌除去附著物。
權利要求
1.一種在被加熱流體和加熱該被加熱流體的蒸汽經(jīng)過傳熱壁進行熱交換的熱交換器的運轉方法，其特征在于，根據(jù)上述被加熱流體側的傳熱壁面上附著的附著物的量使上述蒸汽在上述熱交換器內的絕對壓力上升，在維持由上述蒸汽向上述被加熱流體的傳熱速度大約恒定的同時，在上述附著物附著前的上述熱交換器內的蒸汽絕對壓力P1和上述附著物附著后的上述熱交換器內的蒸汽絕對壓力Pn滿足下式(I)時，進行除去上述附著物的工序。1.01＜Pn/P1＜1.8…(I)
2.權利要求1中記載的熱交換器的運轉方法，其特征在于，上述蒸汽絕對壓力P1滿足下式(II)。10kPa＜P1＜500kPa…(II)
3.權利要求1或2中記載的熱交換器的運轉方法，其特征在于，上述熱交換器為管殼式熱交換器，被加熱流體在管側流動，蒸汽在殼側流動。
4.權利要求1～3任一項中記載的熱交換器的運轉方法，其特征在于，上述被加熱流體為含有易聚合性物質的液體。
全文摘要
本發(fā)明提供在被加熱流體側的傳熱壁面上附著物過度附著、蓄積前的適當時期，通過洗滌傳熱壁面，可以容易并且經(jīng)濟地除去附著物的熱交換器的運轉方法。在被加熱流體和加熱該被加熱流體的蒸汽經(jīng)過傳熱壁進行熱交換的熱交換器的運轉方法中，根據(jù)上述被加熱流體側的傳熱壁面上附著的附著物的量，使上述蒸汽在上述熱交換器內的絕對壓力上升，在維持由上述蒸汽向上述被加熱流體的傳熱速度大約恒定的同時，在上述附著物附著前的上述熱交換器內的蒸汽絕對壓力P
文檔編號F28D7/00GK1447090SQ0312118
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月27日 優(yōu)先權日2002年3月27日
發(fā)明者安藤佳正, 加峯靖弘, 山近肇 申請人:三菱麗陽株式會社