(57)【要約】【課題】水素ガスを含有する高温ガスを流通させる配管において、効果的に熱ロスを低減できる配管の保温方法を提供することを課題とする。【解決手段】水素ガスを５体積％以上含む高温ガスを流す配管において、配管の周囲の少なくとも一部が断熱材で覆われている、ことにより上記課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを５体積％以上含む高温ガスを流す配管の保温方法であって、
前記配管の周囲の少なくとも一部が断熱材で覆われていることを特徴とする配管の保温方法。
【請求項２】
前記高温ガスが、硫化水素ガスを１×１０-7体積％以上含み、
さらに、前記配管の内部の少なくとも一部が配管腐食防止材で覆われている請求項１に記載の配管の保温方法。
【請求項３】
前記高温ガスは３００℃以上である請求項１または２に記載の配管の保温方法。
【請求項４】
前記配管の材質がステンレスである請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管の保温方法。
【請求項５】
前記配管の周囲の全周が前記断熱材で覆われている請求項１〜４のいずれか１項に記載の配管の保温方法。
【請求項６】
互いに異なる２層以上の断熱材で前記配管の周囲が覆われている請求項１〜５のいずれか１項に記載の配管の保温方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含む高温ガスを流す配管の保温方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温ガスを、配管を介して輸送する場合、金属製のパイプの内面にレンガやキャスタブルなどで断熱層を形成して、配管からの熱ロスを防ぐ方法が一般的である。このようにパイプの内部に断熱層を設けることで、パイプの温度を低く抑えることができ、パイプが高温になって強度劣化を生じることを防止することができる。また、同時に耐熱性の低い安価な材料のパイプを使用することができるというメリットもある。
このようにパイプの内部に断熱層を設けた配管を用いて高温ガスを流通させる必要があるプロセスには様々なものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１等に開示されるフェロコークスの製造装置では、炭素含有物質と鉄含有物質からなる成型物を装入する装入工程、成型物を乾留しフェロコークスを製造する乾留工程、冷却ガス吹き込み羽口から冷却ガスを吹き込んでフェロコークスを冷却する冷却工程、炉頂部の排出口から炉内ガスを排出する炉内ガス排出工程、フェロコークス排出工程の５つの工程を有し、乾留ゾーン下部の高温ガス吹き込み羽口から８００〜９００℃の高温ガスを吹き込み、乾留ゾーンの中間部の低温ガス吹き込み羽口から４００〜７００℃の低温ガスを吹き込む構造の竪型乾留炉を用いている。
【０００４】
このようなフェロコークスの製造プロセスでは、上記の高温ガスや低温ガスとして、炉頂部の排出口から排出した炉内ガスの一部を加熱して循環することで、排出されるガス中の水素や一酸化炭素等の可燃ガスが希釈されるのを防いでいる。このため、水素を含む高い温度のガスを、配管を介して輸送する必要がある。
このような高温ガスを流通させる必要のあるプロセスでは、当然、配管輸送中のガス温度の低下を可能な限り低減させることが求められている。そのため、高温ガスを流通させる配管の熱ロスを低減することは大きな問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５７９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、高温ガスを流通させる必要のあるプロセスの一つであるフェロコークス製造設備において、配管の熱ロスを低減させる方法を検討した。熱ロスの低減方法としては、パイプの内面に形成する断熱層の層厚を厚くすることが考えられるが、高温ガスの流通路の径を保ちながら、内面の断熱層を厚くするためには、パイプの径を大きくする必要がある。そのため、より大径のパイプに変える必要があり、大きな設備変更となってしまう。
そこで、パイプの径を変えずに熱ロスを低減するために、より熱伝導率の低い、気孔率の大きい材質に断熱層を変更して熱ロスを調べたところ、計算で想定した熱ロスよりも大きな熱ロスが生じていることがわかり、思ったほどの効果がないことがわかった。この理由を更に検討したところ、以下の事実を明らかにした。
【０００７】
図４は、断熱材として一般的に使用される断熱キャスタブル、断熱ボードおよび微細多孔断熱材の熱伝導率を、それぞれ温度を変えて測定した結果を示している。測定は、JIS_R2251-1「耐火物の熱伝導率の試験方法−第１部：熱線法（直交法）」に準じて行った。その際、大気雰囲気中での熱伝導率を測定すると共に、フェロコークス製造設備で流通させるガスを模擬するために、水素を２０体積％含むガス雰囲気での熱伝導率も測定した。
図４に示すように、測定の結果、断熱キャスタブル、断熱ボードおよび微細多孔断熱材のいずれにおいても、水素を２０体積％含むガス雰囲気での熱伝導率は同じ温度での大気雰囲気中での熱伝導率よりも有意に高いことが判る。しかも、温度が高いほど、両者の差が大きくなっている。この理由について、詳細には判明していないが、本発明者らは以下のように考えた。
【０００８】
一般に、断熱材には気孔が多く存在しており、この気孔中の空気の熱伝導率が断熱材の基質の熱伝導率よりも低いため、気孔の多い断熱材の方が断熱効果が大きい。ところが、水素ガスの熱伝導率は大気の熱伝導率よりも高いため、雰囲気中に水素が多くなり、気孔中のガスの水素濃度が高くなると、断熱材としての熱伝導率が大きくなってしまうと考えられる。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、水素ガスを含有する高温ガスを流通させる配管において、効果的に熱ロスを低減できる配管の保温方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討した結果、水素ガスを５体積％以上含む高温ガスを流す配管において、配管の周囲の少なくとも一部が断熱材で覆われていることにより、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
【００１１】
（１）  水素ガスを５体積％以上含む高温ガスを流す配管の保温方法であって、
配管の周囲の少なくとも一部が断熱材で覆われている配管の保温方法。
（２）  高温ガスが、硫化水素ガスを１×１０-7体積％以上含み、
さらに、配管の内部の少なくとも一部が配管腐食防止材で覆われている（１）に記載の配管の保温方法。
（３）  高温ガスは３００℃以上である（１）または（２）に記載の配管の保温方法。
（４）  配管の材質がステンレスである（１）〜（３）のいずれかに記載の配管の保温方法。
（５）  配管の周囲の全周が断熱材で覆われている（１）〜（４）のいずれかに記載の配管の保温方法。
（６）  互いに異なる２層以上の断熱材で配管の周囲が覆われている（１）〜（５）のいずれかに記載の配管の保温方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水素ガスを５体積％以上含有する高温ガスを流通させる配管において、断熱材を水素ガス雰囲気に曝すことなく配管の保温ができるので、パイプの径を大きくすることなく、効果的に熱ロスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の配管の保温方法を好適に適用できるコークス炉の一例を概念的に示す図である。
【図２】本発明の配管の保温方法を実施した配管ユニットの一例を概念的に示す断面図である。
【図３】本発明の配管の保温方法を実施した配管ユニットの他の一例を概念的に示す断面図である。
【図４】本発明の配管の保温方法の効果を説明するための、温度と断熱材の熱伝導率との関係を表すグラフである。
【図５】従来の配管の保温方法を実施した配管ユニットの一例を概念的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１５】
本発明の配管の保温方法は、水素ガスを５体積％以上含む高温ガスを流す配管の保温方法であって、配管の周囲の少なくとも一部が断熱材で覆われている配管の保温方法である。
このような本発明の配管の保温方法は、例えば、フェロコークスの製造装置、コークス製造設備等に好適に適用可能である。
【００１６】
まず、本発明の配管の保温方法を適用したフェロコークスの製造装置について説明する。
図１は、本発明の配管の保温方法を好適に適用できるコークス炉の一例を概念的に示す図である。
図１に示すコークス炉３０は、竪型のコークス炉（乾留炉）であり、水素ガスを５体積％以上含む高温ガスを流す配管の周囲を断熱材で覆って保温した以外は、基本的に、従来公知の竪型のコークス炉と同様の構成を有する。
【００１７】
コークス炉３０は、成型物装入装置３２と、竪型乾留炉本体３４と、循環ガス冷却装置３６と、低温ガス加熱装置３８と、空気加熱器４０と、高温ガス加熱装置４２とを有する。
成型物装入装置３２は、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を竪型乾留炉本体３４の炉頂部から装入するものである。
【００１８】
竪型乾留炉本体３４は、成型物装入装置３２により、炉頂部から装入された成型物を連続的に乾留し、コークス中に金属鉄を生成させたフェロコークスを製造するものである。竪型乾留炉本体３４は、上部の乾留ゾーンで成型物の乾留を、下部の冷却ゾーンでフェロコークスの冷却を行なうものであり、竪型乾留炉本体３４の側方であって乾留ゾーンの中間部に相当する位置に低温ガス吹き込み羽口３４ａおよび３４ｂを、竪型乾留炉本体３４の側方であって乾留ゾーンの下部に相当する位置に高温ガス吹き込み羽口３４ｃを有し、竪型乾留炉本体３４の側方であって冷却ゾーンの下部に相当する位置に冷却ガス吹き込み羽口３４ｄを有し、竪型乾留炉本体３４の炉頂部に成型物の装入口と炉内ガスの排出口とを有し、竪型乾留炉本体３４の下部にフェロコークスの排出口を有している。
【００１９】
循環ガス冷却装置３６は、竪型乾留炉本体３４の炉頂部から排出された循環ガスを冷却するものである。
循環ガス冷却装置３６で冷却された循環ガスの一部は、低温ガス加熱装置３８に供給され、残りの循環ガスは、冷却ガス吹き込み羽口３４ｄから、竪型乾留炉本体３４内に吹き込まれる。
【００２０】
低温ガス加熱装置３８は、循環ガス冷却装置３６から供給された循環ガスを加熱するものである。低温ガス加熱装置３８により加熱された循環ガスは、一部が、低温ガス吹き込み羽口３４ａ、３４ｂから竪型乾留炉本体３４内に吹き込まれる。また、残りのガスは、高温ガス加熱装置４２に供給されて、さらに加熱される。
高温ガス加熱装置４２は、低温ガス加熱装置３８から供給された循環ガスをさらに加熱するものである。高温ガス加熱装置４２により加熱された循環ガスは、高温ガス吹き込み羽口３４ｃから竪型乾留炉本体３４内に吹き込まれる。
【００２１】
ここで、低温ガス加熱装置３８から低温ガス吹き込み羽口３４ａ、３４ｂ、および、高温ガス加熱装置４２に循環ガスを流す配管ユニット１０ａ、１０ｂ、ならびに、高温ガス加熱装置４２から高温ガス吹き込み羽口３４ｃに循環ガスを流す配管ユニット１０ｃは、本発明の配管の保温方法が適用される配管である。
この点は後に詳述する。
【００２２】
図示例において、低温ガス加熱装置３８および高温ガス加熱装置４２は、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas 液化天然ガス）と空気とを燃焼させて、循環ガスを加熱するものである。
また、図示例においては、コークス炉３０は、高温ガス加熱装置４２での燃焼に用いる空気を加熱するための空気加熱器４０を有する。空気加熱器４０は、ＬＮＧと空気とを燃焼させて、高温ガス加熱装置４２に供給する空気を加熱する。
なお、高温ガス加熱装置４２に供給される空気に、低温ガス加熱装置３８で燃焼させたガスおよび空気加熱器４０で燃焼させたガスを混合してもよい。
【００２３】
また、図示例においては、低温ガス吹き込み羽口を２つ有する構成としたが、これに限定はされず、１つでも３つ以上有してもよい。同様に、図示例においては、高温ガス吹き込み羽口を１つ有する構成としたが、２つ以上有してもよい。
【００２４】
このような構成を有するコークス炉３０の作用を説明する。
成型物装入装置３２が、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を、竪型乾留炉本体３４の炉頂部から装入し、乾留ゾーンで乾留後に冷却ゾーンで冷却して下部からフェロコークスを排出する。その際、炉頂部から排出された炉内ガス（循環ガス）は、循環ガス冷却装置３６、低温ガス加熱装置３８、あるいは、高温ガス加熱装置４２を通過して竪型乾留炉本体３４内に吹き込まれる。
【００２５】
乾留ゾーンでは、低温ガス加熱装置３８で加熱された循環ガスが、低温ガス吹き込み羽口３４ａ、３４ｂから吹き込まれ、高温ガス加熱装置４２で加熱された循環ガスが、高温ガス吹き込み羽口３４ｃから吹き込まれて成型物を乾留する。
冷却ゾーンでは、循環ガス冷却装置３６で冷却された循環ガスが、冷却ガス吹き込み羽口３４ｄから吹き込まれてフェロコークスを冷却する。
これらの吹き込まれた循環ガスは、炉頂部の炉内ガスの排出口から排出されて、再び、循環ガス冷却装置３６、低温ガス加熱装置３８、あるいは、高温ガス加熱装置４２に供給される。
【００２６】
このように、コークス炉３０は、竪型乾留炉本体３４が高さの異なる位置に設置された３段羽口を有し、乾留ゾーンの中間部に設置された羽口から低温ガスを、乾留ゾーンの下部に設置された羽口から高温ガスを、冷却ゾーンの下部に設置された羽口から冷却ガスを吹き込むことで、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を連続的に乾留してフェロコークスを製造する。このようにしてフェロコークスを製造することで、フェロコークス製造に必要な熱量を低位にすることができる。
【００２７】
ここで、低温ガス吹き込み羽口３４ａ、３４ｂから吹き込む低温ガスは炉頂ガス温度および乾留炉内の固体の昇温速度調整のために吹き込むガスであり、４００℃〜７００℃程度とすることが好ましい。また、高温ガス吹き込み羽口３４ｃから吹き込む高温ガスは、固体の最高温度への昇温のために吹き込むガスであり、８００℃〜１０００℃程度とすることが好ましい。また、冷却ガス吹き込み羽口３４ｄから吹き込む冷却ガスは、炉内での乾留により製造されたフェロコークスを冷却するために吹き込むガスであり、２５℃〜８０℃程度とすることが好ましい。
【００２８】
また、前述のとおり、炉内に吹き込まれるガスとして、炉頂部から排出される炉内ガスを循環させている。そのため、循環ガス中には、多量の水素を含んでいる。
従って、低温ガス加熱装置３８で加熱された後、および、高温ガス加熱装置４２で加熱された後の循環ガスは、水素を５体積％以上含む高温ガスであり、この高温ガスを流す配管ユニット１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、本発明の配管の保温方法により保温（断熱）される。
なお、配管ユニット１０ａ、１０ｂおよび１０ｃはそれぞれ異なる部位間の循環ガスを流す配管である以外は、基本的に同じ構成を有するので、以下の説明では、配管ユニット１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを、特に区別する必要が無い場合には、まとめて、配管ユニット１０として説明する。
【００２９】
次に、本発明の配管の保温方法について、図２を用いて説明する。
図２は、本発明に係る保温方法を実施した配管ユニット１０の一例を概念的に示す断面図である。
配管ユニット１０は、配管１２と、配管１２の外周を覆う、第１断熱材２０、第２断熱材２２および第３断熱材２４を備える断熱材ユニット１４とを有する。
【００３０】
配管１２は、所定の径を有する通常の金属製の配管である。
配管１２の材料としては特に限定はなく、鉄、ステンレス鋼等を用いることができる。配管１２は、高温ガスを流通させるものであるため、より耐熱性の高いステンレスであるのが好ましい。
配管１２を耐熱温度の高いステンレス配管とすることで、配管の強度劣化を低下させることができるので、高温ガスの圧力を高くしても安全な配管とすることができる。
また、水素を含む高温ガスの温度が３００℃〜５００℃程度の比較的低温である場合には、銅、黄銅、その他の金属製の配管を用いることができる。
【００３１】
断熱材ユニット１４は、配管１２の外周を覆って配管１２を保温するものである。
図示例においては、断熱材ユニット１４は、配管１２の外周を覆う第１断熱材２０と、第１断熱材２０の外周に積層された第２断熱材２２と、第２断熱材２２の外周に積層された第３断熱材２４とを備える。
【００３２】
第１断熱材２０、第２断熱材２２および第３断熱材２４それぞれの材料としては特に限定はなく、従来公知の断熱材が各種利用可能である。例えば、断熱材として、耐火物粉末を骨材とした断熱キャスタブル、断熱ボード、固体の中に気体の小孔を多量に持つ微細多孔断熱材、ロックウール、ガラスウール等が各種利用可能である。
各種断熱材にはそれぞれ耐用温度があるので、ガスの温度条件、周囲の雰囲気の条件等を勘案して伝熱計算をすることで、それぞれの断熱材の耐用温度内となるように厚みを適宜決定することができる。
【００３３】
前述のとおり、従来、高温ガスを、配管を介して輸送する場合、金属製のパイプの内面にレンガやキャスタブルなどで断熱層を形成して、配管からの熱ロスを防ぐ方法が行われていた。
このような高温ガスを流通させる配管の熱ロスを低減する方法としては、パイプの内面に形成する断熱層の層厚を厚くすることが考えられるが、ガスの流通路の径を保ちながら、内面の断熱層を厚くするためには、パイプの径を大きくする必要があり、大きな設備変更となってしまうという問題があった。
【００３４】
そこで、パイプの径を変えずに熱ロスを低減するために、より熱伝導率の低い、気孔率の大きい材質に断熱層を変更することが考えられる。
しかしながら、本発明者らの検討によると、図３に示すように、気孔率の大きい断熱材は、水素を多量に含むガス雰囲気では、大気雰囲気中での熱伝導率よりも高くなることがわかった。
一般に、断熱材には気孔が多く存在しており、この気孔中の空気の熱伝導率が断熱材の基質の熱伝導率よりも低いため、気孔の多い断熱材の方が断熱効果が大きい。ところが、水素ガスの熱伝導率は大気の熱伝導率よりも高いため、雰囲気中に水素が多くなると、断熱材としての熱伝導率が大きくなってしまうと考えられる。特に、水素ガスの濃度が５体積％を下回る程度のガスであれば、断熱材の厚みを調整するといった方法で対応が可能であるが、５体積％以上となる場合には、熱伝導率の上昇が顕在化してくるため、実務上は問題となる。
【００３５】
これに対して、本発明においては、配管１２の周囲の少なくとも一部を断熱材で覆うので、水素ガスを５体積％以上含有する高温ガスを流通させる配管であっても、断熱材を水素ガス雰囲気に曝すことなく配管の保温（断熱）ができる。これにより、配管ユニット１０内を流れるガスの温度の低下を低減することができ、効果的に熱ロスを低減できる。
【００３６】
特に、高温ガスが３００℃以上、あるいはさらに、４００℃以上の温度の場合、水素ガス雰囲気中と大気雰囲気中での断熱材の熱伝導率の差が大きくなるため、上記の効果をより享受することができる。
【００３７】
また、本発明は、高温ガス中の水素ガスの割合が、１５体積％以上、あるいはさらに、２０体積％以上の高温ガスを流す配管により好適に適用することができる。水素ガスの割合が高いほど、大気雰囲気中での断熱材の熱伝導率との差が大きくなるため、上記の効果をより享受することができる。
【００３８】
さらに、本発明のように、配管１２の外周に断熱材を配置することで、一旦、施工した後にも、実際の放熱状況に応じて、断熱材を更に外巻きすることで断熱性能を高めて放熱を低減することも可能となる。あるいは、例えば、断熱材が劣化した場合等でも、容易に断熱材を除去して、新たな断熱材を配置することができる。
【００３９】
また、第１断熱材２０、第２断熱材２２および第３断熱材２４それぞれの厚さには、特に限定はなく、求められる断熱性能、流通させるガス量、各断熱材の熱伝導率、設置スペース等に応じて、適宜、決定すればよい。
【００４０】
また、図示例においては、断熱材ユニット１４は、３つの断熱材を備える構成としたが、これに限定はされず、１つの断熱材からなる構成であってもよく、２つの断熱材を積層した２層構成としてもよく、あるいは、４層以上の構成であってもよい。
【００４１】
また、図示例においては、配管１２の外周のみに断熱材を配置する構成としたが、さらに、配管１２の内側にも断熱材を配置する構成としてもよい。
配管１２の内側に断熱材を配置することで、配管１２が高温のガスに曝されるのを防止して、配管が高温になるのを抑制して、配管の強度劣化を防止できる。
【００４２】
また、フェロコークスの製造プロセスのおける炉内ガスは、石炭が還元性雰囲気中で高温で乾留して生成するガスであるため、石炭中の硫黄分が水素と結合して発生した硫化水素を含有している。硫化水素は腐食性が強いガスであるため、炉内ガスを循環させる配管の腐食を防ぐことも重要である。
したがって、流通させる高温ガス中に、硫化水素ガス等の配管１２の腐食の原因となるガスが含まれている場合には、配管の内側に腐食防止用キャスタブルを施工してもよい。
特に、高温ガスが硫化水素ガスを１×１０-7体積％以上含む場合には、配管の内部の少なくとも一部が配管腐食防止材で覆われているのが好ましい。
このような構成の一例を、図３に示す配管ユニット５０の断面図を用いて説明する。
図３に示す配管ユニット５０は、配管１２の内側が配管腐食防止材５２で覆われている以外は、図１に示す配管ユニット１０と同様の構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明では異なる部位を主に行う。
【００４３】
配管ユニット５０は、配管１２と、配管１２の外周を覆う、第１断熱材２０、第２断熱材２２および第３断熱材２４を備える断熱材ユニット１４と、配管１２の内周を覆う配管腐食防止材５２とを有する。
配管腐食防止材５２は、耐火骨材と水硬性セメントを混合した通常のキャスタブルからなるものであり、配管１２の内側に施工されたものである。
配管腐食防止材５２の材料としては、硫化水素ガスによる腐食を防止することができれば限定はなく、耐火キャスタブル、断熱キャスタブル等を用いることができる。配管ユニット内を流れるガスの温度は３００℃以上であるため、流れるガスの温度とキャスタブルの通気率を考慮して、使用するキャスタブルを選定することが好ましい。
また、配管腐食防止材５２の厚さ（施工厚み）には限定はなく、選定したキャスタブルの通気率等に応じて設定するのが好ましい。
【００４４】
このように配管１２の内側に配管腐食防止材５２を施工することで、流通させる高温ガス中に硫化水素等の腐食ガスが含まれている場合であっても、配管の腐食を防止できる。
【００４５】
以上、本発明の配管の保温方法について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００４７】
〔実施例１〕
実施例１として、図２に示すような配管１２の外周を３層の断熱材ユニット１４で覆って配管ユニット１０を作製し、配管ユニット１０内に５体積％以上の水素を含む高温ガスを流して熱ロスを測定した。
高温ガスは、表１に示すように、２０体積％の水素ガスを含むガスを用いて、温度は６５０℃とした。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
配管ユニット１０の内径ｄ1は１５０ｍｍとした。
配管１２の材質（鉄皮）は、一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００を用いた。配管１２の厚さは６ｍｍとした。すなわち、配管１２の外径ｄ2は１６２ｍｍである。このＳＳ４００の２７℃での熱伝導率は５１．６Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００５０】
第１断熱材２０の種類はブランケット状断熱材（イソライト工業株式会社製）とし、厚さは１５ｍｍとした。このブランケット状断熱材の大気雰囲気、１０００℃での熱伝導率は０．３０Ｗ／ｍ・Ｋである。
第２断熱材２２の種類はマイクロポーラス断熱材（マイクロサーム社製）とし、厚さは２５ｍｍとした。このマイクロポーラス断熱材の大気雰囲気、６００℃での熱伝導率は０．０４Ｗ／ｍ・Ｋである。
第３断熱材２４の種類は保温材（ニチアス株式会社製）とし、厚さは８５ｍｍとした。この保温材の大気雰囲気、７０℃での熱伝導率は０．０８Ｗ／ｍ・Ｋである。
また、鉄皮、第１断熱材２０、第２断熱材２２および第３断熱材２４の合計の熱抵抗を算出したところ、７．３（ｍ2・Ｋ／Ｗ）であった。
また、配管ユニット１０の外径は、４１２ｍｍであった。
【００５１】
＜評価＞
表１に示す成分のガスを６５０℃まで昇温させて配管ユニット１０内に吹込み、定常状態に到達した後、表面温度を測定し放散熱量を求めた。
外気温度、ガス温度およびガスの成分比から、ガスへの入熱量を算出すると１．１１×１０3Ｗ／ｍ2であった。
また、配管ユニット１０表面の温度を測定したところ、５７．７℃であった。この表面温度、外気温度から、抜熱量を算出すると、０．９２×１０2Ｗ／ｍ2であった。
従って、抜熱量／入熱量から熱ロスを算出すると、８．３％であった。
【００５２】
〔実施例２〜４〕
実施例２〜４として、配管１２の材質（鉄皮）をそれぞれ表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして熱ロスを求めた。
各実施例の熱ロスは表２に示す。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
〔比較例１〕
比較例１として、図５に示すように、配管１０２の内側に３層からなる断熱材ユニット１０４を形成して保温した配管ユニット１００を用いた。
断熱材ユニット１０４としては、配管１０２側から順に第１断熱材１１０、第２断熱材１１２、第３断熱材１１４が積層されている。
すなわち、配管ユニット１００は、最内側が第３断熱材１１４である。
【００５５】
配管ユニット１００の内径ｄ1は１５０ｍｍとした。
配管１０２の材質（鉄皮）は、一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００を用いた。配管１０２の厚さは６ｍｍとし、外径ｄ2は４９４ｍｍとした。このＳＳ４００の２７℃での熱伝導率は５１．６Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００５６】
第１断熱材１１０の種類は保温材（ニチアス株式会社製）とし、厚さは６ｍｍとした。この保温材の大気雰囲気、５００℃での熱伝導率は０．１２Ｗ／ｍ・Ｋである。
第２断熱材１１２の種類は断熱ボード（ニチアス株式会社製）とし、厚さは６０ｍｍとした。この断熱ボードの大気雰囲気、４００℃での熱伝導率は０．１１Ｗ／ｍ・Ｋである。
第３断熱材１１４の種類は断熱キャスタブル（ＡＧＣプライブリコ株式会社製）とし、厚さは１００ｍｍとした。この断熱キャスタブルの大気雰囲気、８００℃での熱伝導率は０．３０Ｗ／ｍ・Ｋである。
また、鉄皮、第１断熱材１１０、第２断熱材１１２および第３断熱材１１４の合計の熱抵抗を算出したところ、３．０（ｍ2・Ｋ／Ｗ）であった。
【００５７】
＜評価＞
実施例１と同様にして熱ロスを求めたところ、１８．５％であった。
【００５８】
〔比較例２〜４〕
比較例２〜４として、配管１０２の材質（鉄皮）をそれぞれ表３に示すように変更した以外は、比較例１と同様にして熱ロスを求めた。
各比較例の熱ロスは表３に示す。
【００５９】
【表３】
2016070493.tif 000005
【００６０】
〔比較例５〜８〕
比較例５〜８として、それぞれ、比較例１〜４の第２断熱材の種類をマイクロポーラス断熱材（マイクロサーム社製）とし、厚さは６０ｍｍとした以外は、比較例１〜４と同様にして熱ロスを求めた。
比較例５〜８は、鉄皮、第１断熱材１１０、第２断熱材１１２および第３断熱材１１４の合計の熱抵抗が７．３（ｍ2・Ｋ／Ｗ）である。
各比較例の熱ロスは表４に示す。
【００６１】
【表４】
2016070493.tif 000006
【００６２】
表２〜表４に示すように、本発明の配管の保温方法の実施例である実施例１〜４は、断熱材を配管の内側に形成する比較例１〜８に対して、熱ロスが低減しているのがわかる。また、実施例１〜４は、配管の外側に断熱材を施工するので、施工が単純であり安価であった。また、実施例１〜４は、比較例１〜８に比して外径が小さくでき、断熱材ユニットの厚さを薄くできることがわかる。
【００６３】
〔実施例５〜８〕
次に、実施例５〜８として、図１に示すようなコークス炉３０の配管に、それぞれ実施例１〜４と同様の断熱材ユニットを形成して、コークス炉３０の操業中の配管における熱ロスを測定した。
具体的には、コークス炉３０の低温ガス加熱装置３８から低温ガス吹き込み羽口３４ａ、３４ｂ、および、高温ガス加熱装置４２に循環ガスを流す配管ユニット１０ａ、１０ｂ、ならびに、高温ガス加熱装置４２から高温ガス吹き込み羽口３４ｃに循環ガスを流す配管ユニット１０ｃにそれぞれ実施例１〜４と同様の断熱材ユニット１４を形成した。
表１に示す成分のガスを乾留炉内に吹き込み、且つ、配管内を循環させながら下記表５に示す条件でコークス炉３０の操業を行った。
【００６４】
【表５】
2016070493.tif 000007
【００６５】
定常状態に到達した後、乾留炉内の温度、ならびに、循環ガス配管内の温度を測定した。乾留炉内の温度は、ドラムに巻かれた３．２ｍｍφのステンレス製シース熱電対をシリコンゴムのシール部を通過させ、その先端に錘を付けた後、ボールバルブを開け押棒で錘を順次、所定の穴から炉内に落とし、シース熱電対は装入物と共に約６０〜８０ｍｍ／ｍｉｎの速度で乾留炉内を降下しながら連続的に測定した。乾留炉上部の平均温度は３５０℃、中間部の平均温度は７００℃、下部の平均温度は８５０℃であった。操業中の炉頂ガス成分を調べたところ表６の通りであった。
【００６６】
【表６】
2016070493.tif 000008
【００６７】
また、配管ユニット表面の温度測定は、配管ユニット１０ａと１０ｂとの分岐位置、この分岐位置と低温ガス加熱装置との中間位置、低温ガス吹き込み羽口３４ａ付近の位置、低温ガス吹き込み羽口３４ｂ付近の位置、低温ガス吹き込み羽口３４ａおよび３４ｂ直前の分岐位置の計５か所で行い、平均値を表面温度とした。
測定した表面温度、配管内のガス温度、外気温度から、入熱量、抜熱量を求めて熱ロスを算出した。
結果を表７に示す。
【００６８】
【表７】
2016070493.tif 000009
【００６９】
〔比較例９〜１２〕
比較例９〜１２として、それぞれ、第２断熱材の厚さを５０ｍｍとした以外は比較例１〜４と同様の構成の配管ユニットを用いて、実施例５と同様にして、コークス炉の操業中の配管における熱ロスを測定した。
結果を表８に示す。
【００７０】
【表８】
2016070493.tif 000010
【００７１】
〔比較例１３〜１６〕
比較例１３〜１６として、それぞれ、第２断熱材の厚さを５０ｍｍとした以外は比較例５〜８と同様の構成の配管ユニットを用いて、実施例５と同様にして、コークス炉の操業中の配管における熱ロスを測定した。
結果を表９に示す。
【００７２】
【表９】
2016070493.tif 000011
【００７３】
表７〜表９に示すように、実際のコークス炉の操業においても、本発明の配管の保温方法の実施例である実施例５〜８は、断熱材を配管の内側に形成する比較例９〜１６に対して、熱ロスが低減しているのがわかる。また、循環ガスの配管の断熱材の厚みと放散熱量を低減できたことで、熱効率に優れた操業を長期的に安定して行うことが可能となった。
【００７４】
［実施例９］
実施例９として、図３に示すような配管１２の内側に配管腐食防止材５２を施工し、配管１２の外周を３層からなる断熱材ユニット１４で覆って配管ユニット５０を作製し、配管ユニット５０内に、５体積％以上の水素、および、１×１０-7体積％以上の硫化水素ガスを含む高温ガスを流して熱ロスおよび腐食の有無を評価した。
高温ガスは、表１０に示す成分比率の混合ガスを用いて、温度は６５０℃とした。
【００７５】
【表１０】
2016070493.tif 000012
【００７６】
配管ユニット１０の内径ｄ1は１５０ｍｍとした。
配管腐食防止材５２は耐火キャスタブルとし、厚さは３０ｍｍとした。この耐火キャスタブルの大気雰囲気、８００℃での熱伝導率は０．８０Ｗ／ｍ・Ｋである。
配管１２の材質（鉄皮）は、一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００を用いた。配管１２の厚さは６ｍｍとした。すなわち、配管１２の外径ｄ2は２２２ｍｍである。このＳＳ４００の２７℃での熱伝導率は５１．６Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００７７】
第１断熱材２０の種類はブランケット状断熱材（イソライト工業株式会社製）とし、厚さは１４ｍｍとした。このブランケット状断熱材の大気雰囲気、１０００℃での熱伝導率は０．３０Ｗ／ｍ・Ｋである。
第２断熱材２２の種類はマイクロポーラス断熱材（マイクロサーム社製）とし、厚さは２５ｍｍとした。このマイクロポーラス断熱材の大気雰囲気、６００℃での熱伝導率は０．０３８Ｗ／ｍ・Ｋである。
第３断熱材２４の種類は保温材（ニチアス株式会社製）とし、厚さは１００ｍｍとした。この保温材の大気雰囲気、７０℃での熱伝導率は０．０７５Ｗ／ｍ・Ｋである。
また、鉄皮、第１断熱材２０、第２断熱材２２および第３断熱材２４の合計の熱抵抗を算出したところ、７．３（ｍ2・Ｋ／Ｗ）であった。
また、配管ユニット１０の外径は、５４７ｍｍであった。
【００７８】
＜評価＞
実施例９、ならびに、先の実施例１および比較例５の配管ユニットについて、表１０に示すガスＡ、ガスＢおよびガスＣの３種類のガスそれぞれを用いて、熱ロスの測定および配管の腐食の有無の確認を行った。
実施例９の配管ユニットにガスＡを流した場合を実施例９−Ａとし、ガスＢを流した場合を実施例９−Ｂとし、ガスＣを流した場合を実施例９−Ｃとした。同様に、実施例１の配管ユニットにガスＡを流した場合を実施例１−Ａとし、ガスＢを流した場合を実施例１−Ｂとし、ガスＣを流した場合を実施例１−Ｃとした。同様に、比較例５の配管ユニットにガスＡを流した場合を比較例５−Ａとし、ガスＢを流した場合を比較例５−Ｂとし、ガスＣを流した場合を比較例５−Ｃとした。
【００７９】
各実施例および比較例において、ガス温度を６５０℃まで昇温させて、配管ユニット１０内に吹込み、定常状態に到達した後、表面温度を測定し放散熱量を求めた。外気温度、ガス温度およびガスの成分比から、ガスへの入熱量を算出すると１．１５×１０3Ｗ／ｍ2であった。
配管ユニット１０の表面の温度を測定し、この表面温度、外気温度から、抜熱量を算出して、抜熱量／入熱量から熱ロスを算出した。
また、ガスを２００時間流した後、配管１２内部の腐食の有無を確認した。
ガスＡの場合の結果を表１１に示し、ガスＢの場合の結果を表１２に示し、ガスＣの場合の結果を表１３に示す。
【００８０】
【表１１】
2016070493.tif 000013
【００８１】
【表１２】
2016070493.tif 000014
【００８２】
【表１３】
2016070493.tif 000015
【００８３】
表１１に示すとおり、配管ユニットに、水素ガスを５体積％、硫化水素ガスを１×１０-7体積％含むガスＡを流した場合には、比較例５−Ａに比べて、実施例１−Ａおよび実施例９−Ａでは熱ロスが少ないことがわかる。
また、実施例１−Ａと実施例９−Ａとの対比から、配管１２の内側に配管腐食防止材５２を施工することで、高温ガス中に硫化水素ガスが含まれている場合であっても、配管の腐食を防止できることがわかる。
【００８４】
また、表１２に示すとおり、配管ユニットに、水素ガスを２０体積％、硫化水素ガスを１×１０-7体積％含むガスＢを流した場合には、比較例５−Ｂに比べて、実施例１−Ｂおよび実施例９−Ｂでは熱ロスが少ないことがわかる。ここで、ガスＢはガスＡよりも水素ガスの割合が多いので、比較例との差がより大きくなっており、水素ガスの割合が１５体積％以上、さらに、２０体積％以上の高温ガスを流す配管により好適に適用できることがわかる。
【００８５】
また、表１３に示すとおり、配管ユニットに、水素ガスを２０体積％、硫化水素ガスを０．１×１０-7体積％含むガスＣを流した場合には、比較例５−Ｃに比べて、実施例１−Ｃおよび実施例９−Ｃでは熱ロスが少ないことがわかる。
また、ガスＣは、高温ガス中の硫化水素ガスの割合が少ないので、配管１２の内側に配管腐食防止材５２を有さない実施例１−Ｃも、配管内部の腐食は、全く確認されなかった。したがって、硫化水素ガスを０．１×１０-7体積％以上含む高温ガスを流す場合に、配管１２の内側に配管腐食防止材５２を施工するのが好ましいことがわかる。
【００８６】
［実施例１０〜１２］
実施例１０〜１２として、配管１２の材質（鉄皮）をそれぞれ表１４に示すように変更した以外は、実施例９と同様の配管ユニットを作製し、ガスＢおよびガスＤをそれぞれ流して熱ロスの測定および腐食の有無の確認を行った。
先と同様に、実施例１０の配管ユニットにガスＢを流した場合を実施例１０−Ｂとし、ガスＤを流した場合を実施例１０−Ｄとした。実施例１１および実施例１２についても同様である。
ガスＢの場合の結果を表１４に示し、ガスＤの場合の結果を表１５に示す。
【００８７】
【表１４】
2016070493.tif 000016
【００８８】
【表１５】
2016070493.tif 000017
【００８９】
表１４に示すとおり、実施例９−Ｂ〜実施例１２−Ｂは、断熱材を配管の内側に形成する比較例９〜１６に対して、熱ロスが低減しているのがわかる。
また、配管１２の内側に配管腐食防止材５２を施工することで、高温ガス中に硫化水素ガスが含まれている場合であっても、配管の腐食を防止できることがわかる。
さらに、表１５に示すとおり、配管１２の内側に配管腐食防止材５２を施工することで、硫化水素ガスを１．０×１０-5体積％含むガスＤを流した場合でも、配管の腐食を防止できることがわかる。
【００９０】
〔実施例１３〜１６〕
次に、実施例１３〜１６として、図１に示すようなコークス炉３０の配管に、それぞれ実施例９〜１２と同様の断熱材ユニットを形成して、コークス炉３０の操業中の配管における熱ロスを測定した。
具体的には、実施例５〜８と同様に、コークス炉３０の配管ユニットにそれぞれ実施例９〜１２と同様の断熱材ユニット１４および配管腐食防止材５２を形成して、同様の条件（表５に示す条件）でコークス炉３０の操業を行った。
【００９１】
定常状態に到達した後、乾留炉内の温度、ならびに、循環ガス配管内の温度を前述と同様にして測定した。乾留炉上部の平均温度は３５０℃、中間部の平均温度は７００℃、下部の平均温度は８５０℃であった。
腐食ガスを含め操業中の炉頂ガス成分を調べたところ表１６のとおりであった。
【００９２】
【表１６】
2016070493.tif 000018
【００９３】
また、前述と同様にして、配管ユニット表面の温度を測定した。
測定した表面温度、配管内のガス温度、外気温度から、入熱量、抜熱量を求めて熱ロスを算出した。
結果を表１７に示す。
【００９４】
【表１７】
2016070493.tif 000019
【００９５】
表１７に示すように、実際のコークス炉の操業においても、本発明の配管の保温方法の実施例である実施例１３〜１６は、断熱材を配管の内側に形成する比較例９〜１６に対して、熱ロスが低減しているのがわかる。また、循環ガスの配管の断熱材の厚みと放散熱量を低減できたことで、熱効率に優れた操業を長期的に安定して行うことが可能となった。
以上より本発明の効果は明らかである。
【符号の説明】
【００９６】
１０、５０、１００  配管ユニット
１２、１０２  鉄皮
１４、１０４  断熱材ユニット
２０、１１０  第１断熱材
２２、１１２  第２断熱材
２４、１１４  第３断熱材
３０  コークス炉
３２  成型物装入装置
３４  竪型乾留炉本体
３４ａ、３４ｂ  低温ガス吹き込み羽口
３４ｃ  高温ガス吹き込み羽口
３４ｄ  冷却ガス吹き込み羽口
３６  循環ガス冷却装置
３８  低温ガス加熱装置
４０  空気加熱器
４２  高温ガス加熱装置
５２  配管腐食防止材
【図１】
2016070493.tif 000020
【図２】
2016070493.tif 000021
【図３】
2016070493.tif 000022
【図４】
2016070493.tif 000023
【図５】
2016070493.tif 000024