(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチームと被加熱流体とを隔壁を介して熱交換する隔壁型熱交換器のスチーム流通空間に生成する凝縮水を排出する排水手段と、排出された凝縮水を貯留すると共に該凝縮水を前記スチーム流通空間に供給する給水手段とを有し、
前記排水手段並びに前記給水手段を用いて前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減して加熱量を調整するものとし、
前記給水手段は、密閉容器と、該密閉容器の気相圧力を増減する加圧手段並びに減圧手段と、前記密閉容器の内部及び前記スチーム流通空間を連通する連絡管とで構成され、
前記加圧手段並びに前記減圧手段を用いて前記密閉容器の気相圧力を増減することによって、前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減することを特徴とするスチームヒータの加熱量の調整装置。
【請求項２】
前記加圧手段がスチームを前記密閉容器内に導入する管路並びに調節弁からなり、前記減圧手段が前記密閉容器内気相部のスチームを大気中に排出する管路並びに調節弁からなることを特徴とする請求項１に記載のスチームヒータの加熱量の調整装置。
【請求項３】
前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水並びに前記密閉容器内の凝縮水の各水位をそれぞれ検出する水位検出手段と、該水位検出手段からの水位信号に基づいて算出された凝縮水の水量に応じて前記排水手段に動作信号を出力する制御回路とを有し、
前記スチーム流通空間内の凝縮水及び前記密閉容器内の凝縮水の合計水量を一定に保持するように調整することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のスチームヒータの加熱量の調整装置。
【請求項４】
被加熱流体を水の沸点より低い温度まで加熱するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスチームヒータの加熱量の調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スチーム発生手段からのスチームを隔壁型熱交換器に導入して被加熱流体を加熱するスチームヒータの加熱量の調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロセス流体を所定温度に加熱するヒータや、蒸留塔の塔底に蒸気を供給するリボイラーなどには、スチーム発生手段からの高温のスチームの熱を隔壁を介して伝達することで被加熱流体を加熱する、いわゆる隔壁型熱交換器からなるスチームヒータが多用されている。この隔壁で仕切られたスチーム流通空間に導入されたスチームは、凝縮潜熱を放出することで被加熱流体を加熱する一方で、自らは凝縮して熱交換器外へ排出された後、凝縮水回収系統を経てスチーム発生手段の供給水として循環再利用される。
【０００３】
このようにしてなるスチームヒータにおいては、スチーム流通空間内にスチームを導入するための入口に調節弁を設け、その開度を調整することでスチーム流通空間のスチーム圧力を変化させ、被加熱流体に供給する熱量を調整する制御方式が最も多く採用されている。例えば、被加熱流体の出口温度を所定値に保持したい場合には、通常、制御対象である出口温度を直接測定して、この出口温度が一定となるように入口調節弁を操作している。また、リボイラーや蒸発器のように、蒸気発生量を所定値に保持したい場合には、制御対象をスチームまたは発生蒸気の流量、蒸発器内液位若しくは蒸発器内圧力として、これらの検出値が一定となるように入口調節弁を操作する方式が使い分けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなスチームヒータの加熱量調整に多用されている入口調節弁の開度調整によるスチーム圧力制御方式では、所望の加熱量が満足されるようにスチーム圧力が変動し、その圧力に対応してスチームの凝縮温度が変動することが避けられない。特に、次に示すような運転条件ではスチーム圧力・温度が大きく変動する。
【０００５】
スチーム圧力・温度の変動が大きい場合の第１は、低負荷運転条件である。スチームヒータが低負荷運転状態にあると、その負荷低下分だけ必要加熱量が減少し、これに応じて熱交換器の伝熱能力が過剰となる。このため、スチーム圧力制御方式が作用して必要熱量が満足されるようにスチーム圧力・温度が大きく低下する。
【０００６】
スチーム圧力・温度の変動が大きい場合の第２は初期クリーン条件である。熱交換器においては、一般的に、長期間の運転によって伝熱面の表面に固形物が沈着または析出する。このようにして蓄積したスケールは、伝熱に対して抵抗を形成して加熱能力低下の原因となるため、毎年１回程度は装置を休止して除去作業を実施している。一方、熱交換器の設計の際には、このような定期的除去作業直前のスケール最大蓄積条件においても所定の伝熱能力が確保されるように、スケール蓄積量から予想される伝熱抵抗、いわゆる汚れ計数を考慮して、伝熱面積を算定するのが一般的である。このため、熱交換器を製作後初めて使用する場合や、スケール除去作業直後の、いわゆる初期クリーン条件においては、スケールの付着がないことから、汚れ係数相当分だけ伝熱能力が過剰の状態となる。それゆえ、この場合もスチーム圧力制御方式が作用してスチーム圧力・温度が低下して運転される。特に、被加熱流体を蒸発させるための蒸発器やリボイラーでは、溶解塩類の析出によるスケール付着が多いことが知られており、初期クリーン条件ではこの汚れ係数相当分の伝熱能力の過剰が非常に大きく、スチーム圧力・温度の低下が著しい。
【０００７】
したがって、スチーム圧力・温度の変動が望ましくない場合、例えば被加熱流体の加熱温度を一定に保持する必要がある場合とか、スチームの凝縮によって生成した凝縮水の排出並びに回収系統への送液を安定して操作するために一定のスチーム圧力で運転したい場合等には、このようなスチーム圧力制御方式は不適切である。
【０００８】
スチーム圧力・温度を好ましい一定値に維持できるような加熱量調整の制御方式としては、公知の伝熱面積による制御方式を用いることが考えられる。この伝熱面積制御方式は、スチームの凝縮によって生成する凝縮水を熱交換器内に意図的に滞留させ、凝縮水の水面以下の水没した伝熱面において伝熱が実質的に無効になる現象を利用するものであり、凝縮水の水位を増減することで有効伝熱面積を変化させて加熱量を調整する。このため、スチーム圧力を一定にしたまま加熱量の調整が可能となる。ただし、この制御方式によると、加熱量を増大させるには、凝縮水を抜き出して水位を下げればよいので早い応答が期待できるものの、これとは逆に加熱量を低減させるには、凝縮水が必要量だけ貯留されるのに長時間を要することから応答が遅く、この応答性の低さが実用化する上での大きな障害となっている。
【０００９】
また、特に、被加熱流体の出口温度が水の沸点（１００℃）より低い条件のスチームヒータに対して、スチーム圧力制御方式を採用すると、加熱量制御の調節弁開度調整によりスチーム圧力が大気圧と同程度ないし大気圧以下の真空になり、凝縮水の排水並びに回収系統への送液が不可能となる。さらに、このスチームヒータが前述の低負荷運転条件や初期クリーン条件で運転される場合には、必要な加熱量に対して熱交換器の伝熱能力が相対的に過大となることから、スチーム圧力制御方式の作用によりスチーム圧力がより一層低下して真空の程度が大きくなる。このため、凝縮水排水用の配管内に逆流が生じると共に、これに伴って空気が熱交換器内に侵入して、加熱能力を著しく低下させることも起きる。
【００１０】
このようなスチーム圧力低下による凝縮水排出不可能の問題に対する解決策としては、まず第１に、凝縮水を真空条件の低圧力から昇圧して送液する手段を設けることが考えられる。この方策の一例が凝縮水送液ポンプの追加設置であり、他の例が特殊な構造のバキュームトラップの設置であるが、ポンプの場合には予備ポンプ設置によるコストの増大並びに運転・保守作業の繁雑化が問題であり、バキュームトラップの場合は可動部分の磨耗によるトラブルが多く信頼性に問題があり、いずれも現状では満足できる解決策になり得ない。
【００１１】
スチーム圧力低下による凝縮水排出困難の問題に対する解決策の第２として、前述の伝熱面積制御方式を採用すれば、被加熱流体の出口温度が低く、しかも伝熱能力が過剰の運転条件でも、スチーム圧力を好ましい値に維持できることが期待されるが、前記と同様に、加熱量を低減させる方向では凝縮水が貯留される時間だけ応答が遅いことが問題として残るため、加熱量調整の制御方式としての採用は困難であった。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その第１の目的は、プラントの生産計画に応じて運転負荷を変更する場合などの運転条件変更や、スケール蓄積の進行による伝熱能力低下などの環境条件変動に対して、スチーム圧力や凝縮温度を常時一定に保持したまま所望の加熱量に制御可能であり、その上応答が早くしかも安定した制御性が確保できるようなスチームヒータの加熱量の調整装置を提供することにある。また、その第２の目的は、熱交換器内が負圧になることなく凝縮水が常時円滑に排出されるように改善することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、本発明によれば、スチームと被加熱流体とを隔壁を介して熱交換する隔壁型熱交換器のスチーム流通空間に生成する凝縮水を排出する排水手段と、排出された凝縮水を貯留すると共に該凝縮水を前記スチーム流通空間に供給する給水手段とを有し、前記排水手段並びに前記給水手段を用いて前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減して加熱量を調整するものとし、前記給水手段は、密閉容器と、該密閉容器の気相圧力を増減する加圧手段並びに減圧手段と、前記密閉容器の内部及び前記スチーム流通空間を連通する連絡管とで構成され、前記加圧手段並びに前記減圧手段を用いて前記密閉容器の気相圧力を増減することによって、前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水の水位を増減することを特徴とするスチームヒータの加熱量の調整装置を提供することにより達成される。
【００１４】
その上、前記加圧手段がスチームを前記密閉容器内に導入する管路並びに調節弁からなり、前記減圧手段が前記密閉容器内気相部のスチームを大気中に排出する管路並びに調節弁からなるものとすると良い。
【００１５】
さらに、前記スチーム流通空間に滞留する凝縮水並びに前記密閉容器内の凝縮水の各水位をそれぞれ検出する水位検出手段と、該水位検出手段からの水位信号に基づいて算出された凝縮水の水量に応じて前記排水手段に動作信号を出力する制御回路とを有し、前記スチーム流通空間内の凝縮水及び前記密閉容器内の凝縮水の合計水量を一定に保持するように調整するものであると良い。
【００１６】
上記のような加熱量の調整装置は、被加熱流体を水の沸点より低い温度まで加熱するようなスチームヒータに対して適用すると、特に有効である。
【００１７】
【作用】
このように凝縮水の排水手段と給水手段とを熱交換器に併設すれば、これらを適宜使い分けることでスチーム流通空間内の凝縮水の水位を増減して有効伝熱面積を変化させ、スチーム流通空間の気相圧力並びにスチーム凝縮温度を好ましい一定値に維持したままで加熱量を速やかに調整することができる。すなわち、給水手段によって凝縮水をスチーム流通空間内に送り込むことにより、凝縮水が漸増するのを待つことなく、凝縮水水位を所望の位置まで短時間で上昇させることができ、所望の加熱量調整を迅速に達成できる。凝縮水水位を上昇させるのに外部からボイラ供給水を送入することも可能であるが、スチーム加熱により生成した凝縮水を一旦貯留させておいて、必要時に送入できるようにするのが簡便である。
【００１８】
特に、給水手段として、凝縮水貯留用の密閉容器を設置すると共にスチーム流通空間と密閉容器内部とを連絡管によって連通させておくと、両者間の気相部の圧力差に連動して両者の滞留水の水位が変動するようになり、さらにこの密閉容器に加圧手段及び減圧手段を設けて、密閉容器の気相圧力を増減するようにすると、この気相圧力の変化に応じてスチーム流通空間内の凝縮水水位を迅速に増減させることができる。
【００１９】
その上、密閉容器の気相部の加圧手段として、熱交換器に供給されているスチームの一部を送入するための管路と調節弁を設置すると共に、減圧手段として、密閉容器の気相部の気体を大気中へ排出するための管路と調節弁を設置することにより、容易に気相部の圧力調節できる。すなわち、加圧手段並びに減圧手段の各々の調節弁を操作して、加圧時にはスチームを導入し、減圧時には大気へ排出すれば、大気圧から供給スチーム圧力までの任意の値に密閉容器の気相圧力を調整することができる。密閉容器の気相部を加圧する気体としては、窒素ガスや圧縮空気などプラント内で利用される高圧気体が適用可能であるが、スチームヒータの加熱源のスチームを利用するのが最も簡便である。
【００２０】
さらに、スチーム流通空間内並びに密閉容器内の凝縮水の水位を測定し、スチーム流通空間内の凝縮水を所望の最高水位まで調整するのに適当な範囲内の所定値に、両者の保有凝縮水の合計水量が保持されるように調整すると、水位調節に必要な凝縮水の不足分が貯留されるまでの待ち時間、及び凝縮水の過剰分が排出されるまでの待ち時間が不要となり、凝縮水水位の調節が滞留凝縮水の移動だけで達成されるようになるため、迅速かつ安定した熱量調整が可能となる。このスチーム流通空間及び密閉容器の合計凝縮水量の調整は制御回路において行われ、両者の各水位の測定値から算出された合計凝縮水量を目標値からの偏差がゼロになるように調整する。凝縮水水位から凝縮水量を算出するあたっては、熱交換器や密閉容器が堅型であるか、横型であるかといった設置状態や、スチーム流通空間が管側にあるか、胴側にあるかといった熱交換器の構成等に対応して、それぞれの幾何学的形状から凝縮水の水位と水量との相関関係を予め求めておき、これに基づいて水位を水量に換算する。
【００２１】
このような加熱量の調整装置を、被加熱流体の出口温度が水の沸点より低い温度である場合に適用すると特に有効である。すなわち、このような運転条件においても、スチーム流通空間の気相圧力が常に設計値に保持され、安定な運転条件が確保される。このため、スチーム流通空間の気相圧力が大気圧と同程度乃至大気圧以下の真空状態になることが原因で凝縮水の排出に支障を来すといった不都合がなくなる。特に、前述の低負荷運転条件や初期クリーン条件において一層効果的である。
【００２２】
【実施例】
以下に添付の図面に示された具体的な実施例に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に基づき構成されたスチームヒータの加熱量の調整装置を示している。この加熱量の調整装置は、スチーム発生器１からのスチームとプロセス流体とが熱交換する熱交換器２の内部の滞留水の水位を調整するものであり、密閉容器である緩衝槽３と、その内部と熱交換器２のスチーム流通空間とを連通する連絡管Ｐ２と、緩衝槽３内の滞留水を排出する排出手段としての排水管Ｐ５と、緩衝槽３の気相圧力を増減する加圧・減圧手段としてのバルブＶ３・Ｖ４並びに配管Ｐ６・Ｐ７とを有している。
【００２４】
熱交換器２は、多管円筒型（シェルアンドチューブ型）の熱交換器であり、縦置きされている。円筒形の胴体２ａ（例えば、内径６ｍ）の内部に、伝熱管２ｂ（例えば、外径１９．０５ｍｍ、長さ２．４ｍ）が複数（例えば、１４０本）配設されている。
【００２５】
スチーム発生器１から例えば３．５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力で送られてくるスチームは、流入管Ｐ１を経て側壁の上部から胴体２ａの内部に導入される。この流入管Ｐ１には、圧力調整用のバルブＶ１が設けられており、その下流の圧力検出器４からの信号に基づいて、所定の圧力（例えば、３．０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）まで減圧するようになっている。これは、加熱スチームの凝縮温度を望ましい一定値に保持するためである。
【００２６】
熱交換器２の内部に導入されたスチームは、熱交換により凝縮潜熱を放出して凝縮し、胴体２ａの内面と伝熱管２ｂの外面と間に画成されるスチーム流通空間としての空室２ｃに滞留する。この滞留水の水位を計測するため、水位伝送器５が設けられており、その出力信号は制御回路６に入力されている。また、胴体２ａの側壁下部には、他端が緩衝槽３に接続された連絡管Ｐ２の一端が接続されており、空室２ｃと緩衝槽３との間で水が往来し得るようになっている。
【００２７】
加熱すべきプロセス流体は、流入管Ｐ３から下側の仕切室２ｄに導入された後、伝熱管２ｂの内部を上向きに流通しながら空室２ｃに充満したスチームから熱を供与されて昇温する。昇温したプロセス流体は、上側の仕切室２ｅに達した後、流出管Ｐ４から回収される。この流出管Ｐ４には、プロセス流体の出口温度を計測する温度検出器７が設けられており、その出力信号は水位差コントローラ８に入力している。
【００２８】
この熱交換器２においては、水面より上の伝熱面ではスチームの凝縮により単位伝熱面積当たり伝熱量が大きいことから効果的な伝熱が行われるのに対し、水面下の伝熱面では凝縮水の自然対流により極く僅かの伝熱しか起きないので、水面下の伝熱面積は実質的に無効となり、後述するように空室２Ｃの滞留水の水位を増減することで有効伝熱面積を増減して所望の加熱量に調整される。
【００２９】
熱交換器２と略同一高さ位置にこれと並列して、円筒形状の側壁を有する密閉容器である緩衝槽３が縦置きで配置されている。この緩衝槽３の高さは熱交換器２と略同一（例えば、高さ３．６ｍ）であり、その内径は、熱交換器２の空室２ｃの水平断面積と等しくなるように設定（例えば、内径０．４８ｍ）されている。なお、負荷の変動が小さく、水位の調整幅が小さければ、これに応じて緩衝槽３の高さを小さくし得る。また、緩衝槽３の水平断面を大きく採れば、熱交換器２の側の水位の変化量が相対的に大きくなるため、小さい圧力差で所望の水位に調整でき、気相圧力の制御域を小さくし得る。
【００３０】
緩衝槽３には、内部の水位を把握するため水位伝送器９が設けられており、その出力信号が制御回路６に入力されている。緩衝槽３の底壁には排水管Ｐ５が接続されており、これに設けられたバルブＶ２を操作することで、熱交換器２での凝縮による水量の増加分を排出し、空室２Ｃ及び緩衝槽３の内部の滞留水の全量が一定に保持される。
【００３１】
一方、緩衝槽３の頂部に接続された配管Ｐ６は２方向に分かれ、そのうちの一方は、バルブＶ３を介してスチームの流入管Ｐ１から分岐した導入管Ｐ７に接続されており、他方はバルブＶ４を介して大気中に開放されている。この２台のバルブＶ３・Ｖ４は、スプリットレンジで作動し、これらを開閉操作することで緩衝槽３の気相圧力が増減し、熱交換器２の空室２Ｃ及び緩衝槽３の水位を調整し得る。例えば、バルブＶ３を開けてバルブＶ４を閉じると、スチーム発生器からのスチームが導入管Ｐ７を経て緩衝槽３の内部に導入される。すると、一定に減圧されている空室２Ｃの気相圧力に対して緩衝槽３の気相部分の圧力が上昇するため、緩衝槽３の滞留水が連絡管Ｐ２を経て空室２Ｃに流入し、空室２Ｃの水位が上昇する。これと反対にバルブＶ３を閉じてバルブＶ４を開けると、緩衝槽３の気相圧力は低下し、空室２Ｃの水位が下降する。
【００３２】
以上のように構成された熱交換器２及び緩衝槽３には、スチームヒータを稼働させるにあたり、スタートアップにおいて生成した凝縮水を所定の水位まで予め貯留しておくか、或いはスチーム発生器１への供給水等を外部から導入しておく。この水量は、熱交換器２の加熱量の制御域に応じて設定される。例えば、滞留水が全くなく伝熱管の全表面で熱交換する最大加熱時から、全く加熱されない満水状態に至るまで制御しようとすると、空室２Ｃの容積以上の水量を貯留しておく必要がある。本実施例のように、空室２Ｃと緩衝槽３との容積を等しくした場合は、これらと同一容積の水を貯留しておけばよい。
【００３３】
このように所望の必要加熱量を得るべく空室２Ｃ及び緩衝槽３の水位を増減させるバルブＶ２・Ｖ３・Ｖ４の動作は、温度検出器７及び両水位伝送器５・９からの各入力信号に基づいて水位差コントローラ８及び制御回路６によって制御される。以下に、この制御方法について説明する。
【００３４】
まず、水位伝送器９から制御回路６に入力された緩衝槽３の水位信号から、緩衝槽３の滞留水の容積に比例するように換算された緩衝槽水位パラメータａ（０＜ａ＜１）が算出される。同様に、水位伝送器５から制御回路６に入力された空室２Ｃの水位信号から、空室２Ｃの滞留水の容積に比例するように換算された熱交換器水位パラメータｂ（０＜ｂ＜１）が算出される。これは、空室２Ｃ及び緩衝槽３の内部の水平断面積が高さ方向に均一でない場合に、水位信号の示す実水位が滞留水の容積と比例しないことから生じる不都合を避けるためである。
【００３５】
次いで、この両水位パラメータａ・ｂから、系内の凝縮水の全量を表す総水位パラメータｄが、ｄ＝（ａ＋ｂ）／２として算出される。この総水位パラメータｄはバルブＶ２の制御因子であり、これが一定となるようにバルブＶ２に開閉動作信号を送って、スチームの凝縮によって漸増する滞留水の増加分を排出する。また、制御回路６においては、両水量パラメータａ・ｂから水位差パラメータｃがｃ＝（ａ−ｂ＋１）／２として算出され、水位差コントローラ８に送られる。この水位差パラメータｃは、加熱量を間接的に示すもので、例えばこれが大きいと空室２ｃの水位が低く加熱量が大きいことを示している。
【００３６】
この水位差パラメータｃと共に、水位差コントローラ８には温度検出器７から温度信号が入力されており、この温度信号の示すプロセス流体の出口温度と予め設定された目標温度との温度差から必要水位差パラメータＣが決定される。この温度差並びに必要水位差パラメータＣは、共に必要加熱量と相関関係にあり、水位差コントローラ８に予め設定記憶されている両者の関係テーブルや算出式から必要水位差パラメータＣが決定される。そして、この必要水位差パラメータＣと、制御回路６から入力した水位差パラメータｃとが比較され、Ｃ＞ｃの場合、つまり加熱量が不足している場合は、バルブＶ３へ閉動作信号が、バルブＶ４へ開動作信号がそれぞれ出力される。Ｃ＜ｃの場合は、バルブＶ３へ開動作信号が、バルブＶ４へ閉動作信号がそれぞれ出力される。
【００３７】
ここで、各パラメータａ・ｂ・ｃ（Ｃ）・ｄを本実施例に即して具体的に示してみる。例えば、設計熱交換負荷（例えば、１，０２０，０００ｋｃａｌ／ｈ）の９０％で加熱しようとすると、伝熱面積を総伝熱面積の９０％とすればよい。本実施例のように、熱交換器２において胴体２ａの中に均一外径の伝熱管２ｂが均等に配設されていると、伝熱しない部分の面積と実水位とが互いに比例関係になり、最大水位の１０％になるように空室２Ｃの水位を調整すればよいことになる。このとき、空室２Ｃ及び緩衝槽３が互いに同一の容積を有し、共に高さ方向に均一な断面を有する場合、上述したようにこれらと同一容積の滞留水を予め貯留させておくと、緩衝槽３の水位は最大水位の９０％になる。さらに、滞留水の容積と実水位とは互いに比例関係にあるため、両水位パラメータａ・ｂは、最大水位に対する実水位の比率で示すことができ、熱交換器水位パラメータａは０．１、緩衝槽水位パラメータｂは０．９であり、総水位パラメータｄは０．５である。したがって、空室２Ｃと緩衝槽３との水位差は最大水深の８０％であり、このときの必要水位差パラメータＣは０．９である。
【００３８】
また、例えば、設計最大負荷の２０％で加熱する場合は、最大水位の８０％（ｂ＝０．８）になるように空室２Ｃの水位を調整する。このとき、緩衝槽３の水位は最大水位の２０％（ａ＝０．２）まで下降し、空室２Ｃと緩衝槽３との水位差は最大水深の６０％となり、必要水位差パラメータＣは０．２となる。
【００３９】
以上のように、水位伝送器５・９からの信号を水位差パラメータｃに換算した上でバルブＶ３・Ｖ４を制御し、プロセス流体を所定の目標温度に加熱するようになっている。ところで、このバルブＶ３・Ｖ４の制御は、熱交換器水位パラメータｂ並びに緩衝槽水位パラメータａのうちのいずれか一方のみに基づいて制御することも可能である。さらに、温度検出器７からの温度信号の示すプロセス流体の出口温度に基づいてバルブＶ３・Ｖ４を直接フィードバック制御しても良い。このとき、熱交換器２並びに緩衝槽３に設けられる水位伝送器５・９や制御回路６は不要となる。なお、蒸留塔塔底液を沸騰させるリボイラーでは温度検出器７からの温度信号が必要加熱量の目安にならないため、必要加熱量から目標スチーム流入量を算定し、スチームの流入管Ｐ１に設けた流量計で検出されるスチーム流入量を制御対象として制御回路を構成することになる。
【００４０】
なお、本実施例においては、側壁が均一内径の円筒形状である熱交換器２及び緩衝槽３を共に縦置きしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、熱交換器２を横置きとしたり、緩衝槽３を横置きとしたり、或いは熱交換器２及び緩衝槽３を共に横置きとしたりしても良い。ただし、このように横置きした場合、水平断面積が高さ方向に均一でないため、上述したように両水位パラメータａ・ｂを実際の水量に比例するよう換算した上で制御する必要がある。
【００４１】
また、伝熱管２ｂの内部をスチームが、空室２ｃをプロセス流体がそれぞれ流通するように熱交換器２を構成しても良い。このとき、伝熱管２ｂの内部の水位を検出するために、例えば、上・下の両仕切室を連絡する副管に水位検出器を設ければよい。また、連絡管Ｐ２は下側の仕切室に接続すればよい。このように構成すると、プロセス流体が粘性が高い場合に特に有効である。
【００４２】
さらに、本実施例においては、スチームの流入管Ｐ１に圧力調整用のバルブＶ１を設けて減圧する構成を採用しているので、緩衝槽３の気相圧力を熱交換器２の空室２Ｃのそれより高く設定することが可能となったが、本発明においては、このように圧力調整用のバルブＶ１を必ずしも設置する必要はない。例えば、緩衝槽３を熱交換器２より高い位置に設置すれば、両者に同一圧力のスチームが導入されても、空室２Ｃの水位を緩衝槽３の水位と同一の高さまで上昇させることができる。したがって、水位の調整幅に応じて緩衝槽３を適当な高さに設置することにより、空室２Ｃの水位を任意の高さに調整可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
このように本発明によるスチームヒータの加熱量の調整装置によれば、プラントの生産計画に応じて運転負荷を変更するなどの運転条件変更や、スケール蓄積の進行による伝熱能力低下などの環境条件変動に対して、スチーム流通空間の気相圧力並びにスチーム凝縮温度を好ましい一定値に維持したままで所望の加熱量に安定して調整することが可能となり、圧力や温度の大幅変動に伴う不都合を回避できる。
【００４４】
その上、加熱量を迅速・的確に任意の値に調整できるため、急激な条件変動に対しても対応可能であり、スチームヒータの利便性を格段に向上させ得る。特に、従来の加熱量の調整方法ではスチーム流通空間の気相部が大気圧より低い真空状態となるような運転条件でも、この圧力が好ましい一定値に維持されるため、凝縮水の安定な排出及び送液ができるようになり、凝縮水送液ポンプやバキュームトラップの設置に伴う不具合を回避し得る。
【００４５】
また、密閉容器の気相圧力の加圧手段としてスチームの圧力を利用することで、スチーム流通空間内の滞留凝縮水量の調節を簡単な構成で実現し得るため、コストの増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づき構成されたスチームヒータの加熱量の調整装置の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１  スチーム発生器
２  熱交換器
２ａ  胴体
２ｂ  伝熱管
２ｃ  空室
２ｄ・２ｅ  仕切室
３  緩衝槽
４  圧力検出器
５  水位伝送器
６  制御回路
７  温度検出器
８  水位差コントローラ
９  水位伝送器
Ｐ１  スチームの流入管
Ｐ２  連絡管
Ｐ３  プロセス流体の流入管
Ｐ４  プロセス流体の流出管
Ｐ５  排水管
Ｐ６  配管
Ｐ７  スチームの導入管
Ｖ１〜Ｖ４  バルブ
【図１】
0003593179.tif 000002