CQ:Comtec Quest ReNewals !!


Google
WWW を検索 サイト内を検索

基本設計を開始する際の出発点がプロセス設計です。化学工学についてある程度知っており、プロセス設計を学びたい方を対象としています。「プロセス設計の実務」はプロセス設計への実務編としてもご利用下さい。

プロセスエンジニアリングの計算ルール

ガスの圧力損失計算液体の圧力損失計算水スチームのフラッシュ計算縦型円筒容器の容量計算 前のページへ
ガス放出の必要時間液体ドレンの必要時間圧縮機の軸馬力計算ポンプの軸馬力計算 次のページへ

6.3.2 熱交換器の用途とTEMA型式(No.40)(2010.01.22)
熱交換器の用途と温度交差

用途別に熱交換器を分類すると、

  1. 熱交換器:液-液熱交換器やガス-ガス熱交換器などの熱交換を主とする用途に使用される。
  2. 加熱器(ヒーター):スチームやホットオイルなどの熱媒を使って流体を加熱する用途に使用される。被加熱流体が蒸発する場合には蒸発器とも呼ばれる。
  3. 冷却器(クーラー):冷却水やブラインなどにより流体を冷却することを目的とする。より低温まで冷却する場合にはチラーとも呼ばれる。
  4. ボイラー:蒸気発生器とも呼ばれるが、スチームを蒸発発生させる用途に使用される。加熱媒体がプロセスガスなどの場合には廃熱ボイラーと特称される。
  5. エコノマイザー:石炭ボイラー設備においては節炭器とも呼ばれていた。名前の通り、燃料を節約するためにボイラー給水を飽和温度付近まで加熱するために使用される。
  6. リボイラー:蒸留塔下部付近に設置される加熱器で、再熱器とも呼ばれる。
  7. コンデンサー:凝縮器とも呼ばれ、スチームだけではなく種々の蒸気を冷却し、凝縮させるために使用される。全縮器(total condenser)と分縮器(partial condenser)がある。


この中でボイラーやリボイラーでは加熱側流体の入口および出口温度共に被加熱側流体温度(ほぼ一定値)より常に高く設定されている。逆にコンデンサーでは冷却側流体の入口および出口温度共に被冷却側流体温度(ほぼ一定値)より常に低く設定されている。このような温度関係を持つ熱交換器を非温度交差熱交換器と言うことにする。つまり、

加熱側流体の入口温度&出口温度>被加熱側流体の入口温度&出口温度
冷却側流体の入口温度&出口温度<被冷却側流体の入口温度&出口温度


この非温度交差熱交換器とは異なり、以下のような温度関係を有する熱交換器を温度交差熱交換器と言うことにする。つまり、

加熱側流体の入口温度>被加熱側流体出口温度、加熱側流体の出口温度<被加熱側流体の出口温度
冷却側流体の入口温度<被冷却側流体出口温度、冷却側流体の出口温度>被冷却側流体の出口温度

 

温度交差とTEMA型式

温度交差がない熱交換器に対しては、最も簡単な構造で価格も安いBEM(AEM)の固定管板型式またはUチューブ型式のBEU(AEU)が採用される。
この型式においてはシェル側は1パスであり、ボイラーの場合にはシェル側下部ノズルから入った水が蒸発しながらシェル上部ノズルから水蒸気となって流出する。リボイラーの場合にはシェル側に加熱流体流れる場合とチューブ側に加熱流体が流れる場合があるので、それぞれに応じて流体の入口位置を決めることになる。
また、コンデンサーは横置きがほとんどで、シェル上部ノズルから入ってきた蒸気が冷却凝縮されてシェル下部ノズルから液が流出し、凝縮しない蒸気あるいはガスが上部ノズルから排出される。

一方、温度交差熱交換器に適用されるTEMA型式はBEMもしくはBFMあるいはBFUで、各型式の構造上、その選定手順は以下のようである。

  1. チューブ側が1パスの場合にはBEMを選定
  2. チューブ側が2パスの場合にはBFMあるいはBFUを選定

価格的にはどれが安いかはプロセス条件によって異なってくるが、ある例ではBEM<BFU<BFMの順番となった。

TEMA型式の選定には漏れの程度や設計圧力と汚れ係数が関与してくるが、余程の特殊条件がなければまずBEMを選定し、シェル側およびチューブ側の圧損や流速を考慮しながら他の型式の可能性を考えて最終決定する。特にBEMでシェル側圧損が厳しい場合にはBJMを考えると良い。

TEMA R,C,B

TEMAの規格は使用環境での腐食性の割合や工業分野により、R, CおよびBに分類されています。この中で"R"は石油工業分野において腐食性の厳しい状態下で採用され、"C"は一般的なプロセスで中程度の腐食性、"B"は化学プロセスに採用されています。TEMAでは以下のように定義されています。

  • TEMA R : for the generally severe requirements of petroleum and related processing applications.
  • TEMA C : for the generally moderate requirements of commercial and general process applications.
  • TEMA B : for general process service.


これに従えば炭素鋼(チューブ除く)の腐食代はTEMA Rでは1/8" (3mm)、TEMA C & Bでは1/16"(1.5mm)です。これ以外にチューブ径の選定範囲やチューブピッチ、最小シェル径
、ガスケット材質、チューブシートの肉厚や圧力計や温度計のノズルサイズなどが違っていますので注意してください。因みにこのWebで多くの紙面を割いている水素製造プロセスやメタノール製造プロセスではTEMA Cを多く採用しています。