シェルサイド&チューブサイドクリーニング:方法、機器&ベストプラクティス

熱交換器のシェル側とチューブ側を掃除する方法: メンテナンス フィールド ガイド

半年前に最大の熱伝達効率で動作したシェルアンドチューブ熱交換器は、現在、過剰なエネルギー費用で数千ドルの施設のコストを発生させている可能性があります ――そして、その原因は、当時の99%を超えるファウリングTMです チューブ側とシェル側の両方に堆積物が蓄積しますが、各蓄積ゾーンには異なる洗浄課題があります この記事では、両側の実証済みの洗浄手順を分離し、それらの違いを評価し、製油所、化学プラント、および発電所のメンテナンスオペレーターが現場で適用するトレードオフと選択基準を示しています。.

チューブ内の炭酸カルシウムの堆積物を洗浄する場合でも、シェル側バッフル プレートの周囲に蓄積する炭化水素を洗浄する場合でも、使用する洗浄の種類は、回復する熱伝達量と、熱交換器が動作状態に戻る速度に影響します。.

シェル側とチューブ側の汚れが 10 億ドルの問題である理由

シェルアンドチューブ熱交換器の洗浄は後付けではありません - プラントの所有コストの一部です。熱交換器のチューブやシェル側のバッフルに堆積物が蓄積すると、熱伝達抵抗が上昇し、圧力降下が増加し、ユニットがディレーティングモードに向かって劣化します。.

米国エネルギー省のデータはオークリッジ国立研究所でまとめられました 米国の産業だけで発生するファウリングは、燃料消費、着座していないメンテナンスイベント、スループットの損失、生産量の減少などで年間数百ドルと推定されています。 Muller-Steinhagenは、先進国のGDPのおよそ0.25%、またはそれ以上で影響を推定しています 1TP44億4400万 米国、英国、ドイツ、日本の集合的な市場。.

損傷のコストは 2 つのカテゴリに分類されます。鉱物のスケーリング、生物学的成長、およびチューブ内の混入堆積物 - チューブ側の汚れ - スループットが制限され、熱伝達面が絶縁されます。バッフルプレート間の炭化水素コークス化、腐食堆積物、または混入堆積物 - シェル側の汚れ - はそれほど明白ではなく、シェル側が開くのがより困難な装置であるため、より多くの損傷を引き起こす傾向があります。.

シェル側とチューブ側 ――それぞれのクリーニング課題を異なるものにするもの

洗浄技術を選択する前に、オペレータは、シェル側とシェルアンドチューブ熱交換器のチューブ側が根本的にどのように異なるかを認識する必要があります。チューブ側の加熱チャネルと冷却チャネルはチューブ構造によって十分に分離されており、適切に洗浄されると介在する堆積物の蓄積を避けます。対照的に、シェル側はチューブの外側を丸くし、流れを加速する曲率とバッフルギャップを蛇行させ、アクセスを妨げ、洗浄強度を制限します。.

構成の選択 = 固定チューブシート、フローティングヘッド、または U チューブ = は、利用可能な洗浄方法に影響します。剥ぎ取られたバンドル設計により、オペレーターはチューブバンドルを取り外して両側を外部に清掃できます。固定チューブはシェル側の内部を維持します。 = チームは、化学循環または特殊なロボット キットのみに依存して、分解せずに汚れを付着させることができます。.

チューブサイドの洗浄方法 ―― 化学的、機械的、自動化された

熱交換器の管のクリーニングは一般に3 つのカテゴリーの1 つに、それぞれ適した別の沈殿物のタイプ、管の材料、および回転のスケジュールに分類されます。 、正しい選択をするために、あなたの管の内部を汚す何であるか、沈殿物がいかに粘り強いか、およびどの位速くあなたの単位をサービスに戻すために必要とするか理解して下さい。.

化学クリーニング

化学洗浄サーキュレートとは、酸溶液、アルカリ溶液、または溶媒をチューブ側にポンプで送り込み、物理的接触なしに堆積物を除去することです。よく知られている化学物質には、鉱物スケーリング用の塩酸 (HCl)、有機汚れ用の水酸化ナトリウム (NaOH)、ステンレス鋼熱交換器チューブ上の軽水スケール用のクエン酸などがあります。必要な堆積作用と使用する化学物質の量に応じて、洗浄には 4 ～ 24 時間かかります。.

腐食制御研究中であっても酸洗浄のプロセス ()サイエンスダイレクト)酸がチューブ材料を汚さないように抑制剤を流し続けることが重要になります。特に熱交換器チューブステンレス鋼の場合、化学物質中の塩化物の存在が応力腐食割れを引き起こす可能性があります。 ～チューブが爆発するまで見られない最終的な破損。.

機械的クリーニング

機械式熱交換器チューブの洗浄には、各チューブの穴から挿入されたワイヤー ブラシ、スクレーパー、またはドリル タイプのクリーナーを使用した物理的な汚れの除去が必要です。オペレーターが各チューブに個別にツールを押し込み、ハーダイトの汚れや、化学薬品に屈しないカルシウムや生物学的汚れに優れた結果をもたらします。.

バッチ洗浄ファウリングの場合、ハイドロブラストとも呼ばれるハイドロブラストと呼ばれる技術を使用して、ランスとノズルを通して最大 40,000 PSI の高圧で水を推進します。ジェットは、酸洗浄に必要な化学薬品を使用せずにチューブ内部からファウリングを除去します。半自動マルチランスユニットは、洗浄メーカーの機器仕様に基づいて、シングルランスユニットを使用した手動穿刺よりも 3 対 1 速く洗浄します。.

自動チューブ洗浄システム

自動熱交換器チューブ洗浄システムは、複数のランスの複数のユニットを使用 ー 1 つ、2 つ、3 つ、5 つを一度に ー 遠隔操作または有人コンソールから操作します A チューブ サイドバンドル クリーナー オペレーターを高圧水への曝露から保護し、手動シングルランス システムよりも洗浄速度を 50-75% から向上させます。.

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  管材料を保障して下さい(sanityは炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼の等級の指定表を点検します)
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  20,000 PSI を超えるハイドロブラスト処理の前に、チューブの壁の厚さ (UT ゲージング) を確認してください。.
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  チャネルヘッドへのアクセス中は、常にプロセスをブロックしてブリードしてください。.
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  動作圧力に定格された正しい装置を使用してください。ノズルの PSI 定格を超えることはありません

シェルサイド洗浄方法 ――CIP からロボットジェッティングまで

シェル側は、熱交換器の洗浄作業の中で最も困難な半分です。シェル側の形状 (6 ～ 24 インチごとにバッフル プレートが並んで詰められたチューブ) (6 ～ 24 インチごとにバッフル プレートが並んで詰まったチューブ) (ファウリングが集まり、従来の洗浄装置が到達できないデッド ゾーンを作成)。この課題には 3 つの主要なアプローチが対処しており、それぞれのアクセス要件とファウリングの除去効率は異なります。.

化学循環 (CIP)

現場洗浄 (CIP) 洗浄は、チューブの束を取り外さずに薬液をシェル側まで循環させます。ポンプは、洗浄薬 (多くの場合、苛性または酸性の溶液) をシェル入口を通ってバッフル周囲を通って排出ラインの外に駆動します。このアプローチは、光スケーリングや生物学的汚れなどの可溶性堆積物で最もよく使用されます。束を抽出できない固定チューブシート交換器の場合、シェル側の洗浄には CIP が唯一の実用的な選択肢となる可能性があります。.

CIP が失敗する場所に到達します。化学溶液は最も抵抗の少ない経路をたどります。つまり、密に配置されたバッフル間の濃厚な汚れゾーンは循環不良になる傾向があります。オペレーターは、化学物質の接触がすべての汚れ表面にあることを確認するために、流量、温度、浸漬時間を慎重に調整する必要があります。使用済みの化学物質は、地域の環境規制に従って廃棄してください。ただし、ほとんどの酸および苛性溶液は排出前に中和する必要があります。.

高圧ウォーターブラスト

チューブバンドルが取り外し可能な場合、高圧ウォーターブラスト洗浄は外側からシェル側をターゲットにします。オペレーターは、手持ち式ランスまたは固定式ノズルキャリッジを介してチューブ列間のウォータージェットを指示します。通常、動作圧力は 10,000 ～ 25,000 PSI の範囲で、流水量は毎分 10 ～ 100 ガロンです。.

従来のシェル側ウォーターブラストには重大な欠点があります: バッフルプレートと密に詰まったチューブ間のギャップにより、ウォータージェットがバンドルを貫通できる深さが制限されます。フィールドレポートによると、従来のシェル側ブラストでは、通常、内部の列から30-50%の汚れしか除去されません。 、からのデータに基づいています エネルギーフォーカス (EIC Horizon 2020 研究).

ロボットおよび自動シェルサイドジェッティング

次世代のシェルサイド洗浄システムは、6 ミリメートルもの狭いチューブ列の間を通過するロボットランスを採用しています。これらのシステムは、事前に設定された圧力で指向性ウォータージェットを送り出し、ランスはバッフルやタイロッドの周囲を自律的にスキャンします。結果: 手動ブラストに典型的な 30-50% と比較して、90%+ の汚れ除去を確実にしました。 - 従来のブラストで消費される毎分 100 ガロンと比較して、毎分 2 ガロンも使用します。.

各洗浄旅行中に、ロボットランスは詰まり、チューブの欠陥、バッフルの位置のずれを検出できるため、ヒートマップ、前後の画像、バッフル距離測定を含む詳細な検査レポートが提供されます。この二重の目的 - 洗浄と検査 - により、個別のシェル側検査ステップの必要性がなくなります。.

熱交換器に適切な洗浄方法を選択する方法

最終的に、すべての熱交換器に適切な洗浄技術は存在しません。 4 つの要素が選択に影響します。洗浄される汚れ (スケーリング、有機蓄積、腐食生成物)、チューブ材料 (炭素鋼、ステンレス鋼、銅、チタン)、交換器の構成 (固定チューブシートまたは取り外し可能なバンドル)、およびシャットダウンの許容時間です。.

私たちのチームは、最適な洗浄プロセスを選択するために、4 段階の意思決定プロセスの必要性を提案しています:

1. 堆積物をサンプリングします。 - 洗浄剤を引っ張ったり、方法をチェックしたりする前に、チューブまたはシェルの側面を引っ張って汚れの組成を決定します。.
2. チューブの材料適合性が良好であることを確認します。チューブの材料が洗浄剤に耐えられるかどうかを確認します。阻害剤を含む HCl の場合、炭素鋼はサポートできます。CS 2 では、塩化物応力腐食割れを防ぐために、代わりにクエン酸または硫酸を使用する必要があります。.
3. 交換器の構成を正確に評価すればするほど、チューブシートは化学洗浄に限定されます チューブバンドル洗浄装置 現場レベルでは、取り外し可能なバンドルにより機械的およびハイドロブラストが可能になります。.
4. ダウンタイムとコストを比較検討します。 - 化学洗浄には時間がかかる場合がありますが、時間のかかるバンドルの牽引は回避されます。 ハイドロブラストはより高速ですが、クレーンとレイダウン領域が必要です。ダウンタイム 1 時間あたりの生産損失の価格を含めます。.

予防メンテナンス ――シェルとチューブ交換機の洗浄時間を長く保つ

シェルとチューブの熱交換器のメンテナンス プログラムは、単なる反動的なクリーンアップではありません よく確立された予防体制は、間隔を延長し、緊急停止を回避し、割り当てられた寿命の間、適切な熱交換器の性能を維持することです 汚れの防止自体よりもはるかに有利なアイデアです。.

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  月刊: 入口/出口の温度差とシェル側とチューブ側の両方の圧力降下を監視します。 - 熱性能が目に見えて低下する前に、圧力降下の上昇により汚れの蓄積が通知されます
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  四半期ごと: ガスケットとシールの漏れを検査します。 ――たとえ軽微な漏れであっても、チューブの汚れや腐食を促進する汚染物質が発生します
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  半年ごと: サンプルおよびテスト冷却水の化学 -結果に基づいて水処理プログラム (腐食防止剤、殺生物剤、アンチスケーラント、pH 制御) を調整します
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  毎年またはターンアラウンド時: 目視管側面検査のための開いたチャネル ヘッド; 貝側面の汚れの評価および周期的なクリーニングのための引きバンドル(取り外し可能な場合)
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  進行中: 微粒子が交換器に入る前に微粒子による汚れを防ぐために、チューブ側の上流に入口ストレーナーまたは濾過を設置します

水処理により、汚れが変化の両側で最小限に抑えられます。冷却水側では、正しい殺生物剤の投与により生物学的汚れが防止されます。プロセス側では、最小設計速度を超える正しい流体速度を維持することで、チューブ表面上のガンクや残留物の蓄積が除去されます。.

さらに、スケール防止化学物質を使用すると、鉱床の蓄積が大幅に減少します。.

ケーススタディ ――現実世界のシェル側とチューブ側の洗浄結果

理論は素晴らしいですが、現場の結果がすべてを証明しています。 2 つの事例履歴により、さまざまな洗浄技術の有効性、熱伝達率の向上、差圧測定値、およびバンドルターンアラウンドの削減が明らかになりました。.

よくある質問frequently Asked Questions