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JP7772015B2 - Ferrule for heat transfer tube of heat exchanger and method for assembling the same - Google Patents

Ferrule for heat transfer tube of heat exchanger and method for assembling the same

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JP7772015B2
JP7772015B2 JP2023048549A JP2023048549A JP7772015B2 JP 7772015 B2 JP7772015 B2 JP 7772015B2 JP 2023048549 A JP2023048549 A JP 2023048549A JP 2023048549 A JP2023048549 A JP 2023048549A JP 7772015 B2 JP7772015 B2 JP 7772015B2
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ferrule
transfer tube
heat exchanger
tube
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俊晴 野中
光弘 岡城
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は、熱交換器の伝熱管の流体入口部に組付けられる伝熱管用フェルールおよびそのフェルールの組付け方法に関するものである。 The present invention relates to a ferrule for a heat transfer tube that is assembled to the fluid inlet of a heat exchanger heat transfer tube, and a method for assembling the ferrule.

ボイラーなどの設備、装置に用いられる熱交換器としては、その内部に、流体の入口部近傍および出口部近傍が管板(チューブ・プレート)に固定、支持された複数本の伝熱管を備え、それらの伝熱管の内外で熱交換を行うシェルアンドチューブ型などの熱交換器が広く知られている。 Shell-and-tube heat exchangers are widely known as heat exchangers used in boilers and other equipment. They have multiple heat transfer tubes fixed and supported by a tube plate near the fluid inlet and outlet, and exchange heat between the inside and outside of these heat transfer tubes.

伝熱管の入口部は、伝熱管に流体が流入する際に発生する乱流などが原因となり損傷を受けやすく、その部位には伝熱管を保護するためのフェルール(短管)が設けられることが多い。 The inlet of a heat transfer tube is susceptible to damage due to turbulence that occurs when fluid flows into the tube, so a ferrule (short tube) is often installed in this area to protect the tube.

この点に関する先行技術として、例えば、特許文献1には、端部の外周にフランジが突設され、内径が伝熱管の本体部分の内径と略等しくなる保護筒を設けたものが開示されている。 As prior art in this regard, for example, Patent Document 1 discloses a protective tube with a flange protruding from the outer periphery of the end and an inner diameter approximately equal to the inner diameter of the main body of the heat transfer tube.

また、特許文献2には、ガス入口側のチューブ・プレートを被覆するセラミック層を、互いに隣接して配置され、外縁に沿って互いに当接する複数の四角柱状のソケットからなるものとし、各ソケットにチューブ部分に向かって先細りに延在する円錐状の開口を設けるとともに、該チューブ部分を熱交換器の管束の各チューブに差し込んだ構造からなるものが開示されている。 Patent Document 2 also discloses a structure in which the ceramic layer covering the tube plate on the gas inlet side is made up of multiple rectangular prism-shaped sockets arranged adjacent to each other and abutting each other along their outer edges, with each socket having a conical opening that tapers toward the tube portion, and the tube portion being inserted into each tube in the tube bundle of the heat exchanger.

ところで、熱交換器の伝熱管では、流体が流入する際に発生する乱流などを原因とする損傷の他に、伝熱管を流通する流体中の固体分や流体中の成分の化学反応によって生成する固体分が伝熱管の内面に付着して伝熱管の流路を閉塞させてしまい、熱交換器において差圧が上昇し安定的した運転が困難となる不具合がある。 In addition to damage caused by turbulence that occurs when fluid flows into the heat exchanger tubes, solids in the fluid flowing through the tubes, or solids produced by chemical reactions between components in the fluid, can adhere to the inner surface of the tubes and block the flow path of the tubes, causing an increase in the differential pressure in the heat exchanger and making stable operation difficult.

この場合、上記特許文献1、特許文献2に開示されたような技術では対応できないため、差圧上昇が観測された時点で設備の運転を停止し、閉塞物を除去するか、差圧上昇を回避するために、差圧上昇前に定期的に閉塞物の除去を行っている。 In this case, the technologies disclosed in Patent Documents 1 and 2 above cannot be used to deal with the problem, so the equipment operation must be stopped as soon as a rise in differential pressure is observed and the blockage removed, or the blockage must be removed periodically before the differential pressure rises in order to avoid a rise in differential pressure.

なお、上記特許文献2には、ガス入口側を高温腐食と浸食から保護することが課題として掲げられており、ソケット内部の形状が伝熱管の入部に向かって狭くなっていることから流体(ガス)が加速され、固体粒子がソケットの流体流入部に堆積することを防止することができるとされている。しかしながら、ソケットがあってもなくても、伝熱管内の流体の流速は同じであるため、伝熱管内で閉塞が発生する条件では、その閉塞をソケットの設置による流速向上では抑制することはできない。 Patent Document 2, cited above, lists the issue of protecting the gas inlet side from high-temperature corrosion and erosion, and claims that the shape of the socket interior narrows toward the entrance of the heat transfer tube, accelerating the fluid (gas) and preventing solid particles from accumulating at the fluid inlet section of the socket. However, because the fluid flow rate within the heat transfer tube is the same whether or not a socket is present, under conditions where blockages occur within the heat transfer tube, increasing the flow rate by installing a socket cannot prevent such blockages.

特開平9-292195号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-292195 特開平5-306893号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-306893

本発明の目的は、伝熱管への固体粒子の付着とそれに伴う伝熱管の閉塞を効果的に抑制し、設備の停止間隔を延長することができる熱交換器の伝熱管用フェルールおよびその組付け方法を提案するところにある。 The object of the present invention is to propose a ferrule for heat exchanger heat transfer tubes and an assembly method therefor that can effectively suppress the adhesion of solid particles to the heat transfer tubes and the resulting blockage of the heat transfer tubes, thereby extending the interval between equipment shutdowns.

発明者らは、伝熱管が閉塞する原因について詳細に調査を行った。その結果、一般にフェルールとして用いられる耐熱性磁器は多孔質構造であったり表面に凹凸を有することから、ガス中に含まれる微粒子状の固体物質がその内部や凹凸に入り込み付着しやすく、それが伝熱管の内面への付着、成長につながることが主原因であることを見出した。 The inventors conducted a detailed investigation into the causes of heat transfer tube clogging. As a result, they discovered that the main cause is that the heat-resistant porcelain generally used for ferrules has a porous structure and an uneven surface, making it easy for fine particulate solid matter contained in the gas to penetrate into and adhere to the interior or uneven surface, leading to adhesion and growth on the inner surface of the heat transfer tube.

そこで、フェルールに釉薬を塗布して焼成し、その表面に緻密なガラス質の被膜を形成することにより、固体物質の付着を抑制する可能性を検討した。その結果、伝熱管内に挿入されないフランジ部と、伝熱管内に挿入される短管部を有するフェルールにおいて、短管部の入側部の内面に釉薬を塗布してガラス層を形成することにより、固体物質の付着と伝熱管の閉塞を効果的に抑制することができることを見出して本発明を完成するに至った。 We therefore investigated the possibility of suppressing the adhesion of solid substances by applying a glaze to the ferrule and firing it to form a dense glassy coating on its surface. As a result, we discovered that for a ferrule with a flange portion that is not inserted into the heat transfer tube and a short tube portion that is inserted into the heat transfer tube, applying a glaze to the inner surface of the entry side of the short tube portion to form a glass layer can effectively suppress the adhesion of solid substances and blockage of the heat transfer tube, leading to the completion of this invention.

すなわち、本発明は、流体を流通させる伝熱管を備えた熱交換器につき、該熱交換器の該伝熱管の流体入口部に組付けられるフェルールであって、前記フェルールは、前記伝熱管の内部に挿入される短管部と、該短管部の端部に設けられたフランジ部とを有し、前記短管部は、少なくとも入側部の内面に、ガラス化された釉薬層を有することを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルールである。 That is, the present invention relates to a ferrule for a heat exchanger heat transfer tube that is fitted to the fluid inlet of a heat transfer tube for circulating a fluid. The ferrule has a short tube portion that is inserted into the heat transfer tube and a flange portion provided at the end of the short tube portion, and the short tube portion has a vitrified glaze layer on at least the inner surface of the inlet side.

また、本発明は、流体を流通させる伝熱管を備えた熱交換器につき、該熱交換器の該伝熱管の流体入口部に組付けられるフェルールであって、前記フェルールは、前記伝熱管の内部に挿入される短管部と、該短管部の端部に設けられたフランジ部とを有し、前記短管部は、少なくとも入側部の内面に、加熱によりガラス化可能な釉薬の塗布層を有することを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルールである。 The present invention also relates to a ferrule for a heat exchanger tube that is fitted to the fluid inlet of a heat transfer tube for circulating a fluid. The ferrule has a short tube portion that is inserted into the heat transfer tube and a flange portion provided at the end of the short tube portion, and the short tube portion has a coating layer of glaze that can be vitrified by heating on at least the inner surface of the inlet side.

上記の熱交換器は、硫黄分を含む物質を燃焼させて生成された燃焼排ガスを流体として前記伝熱管に流通させる熱交換器であることが好ましい。 The above-mentioned heat exchanger is preferably a heat exchanger in which combustion exhaust gas produced by burning a substance containing sulfur flows as a fluid through the heat transfer tube.

また、本発明は、フェルールを熱交換器の伝熱管の流体入口部に組付けるに当たり、短管部の少なくとも入側部の内面に釉薬の塗布層を形成したのち、該フェルールを伝熱管の流体入口部に組付け、次いで、該フェルールを加熱することにより該塗布層をガラス化された釉薬層とすること、さらに、前記フェルールの短管部を伝熱管の流体入口部に組付けたのち、該短管部の少なくとも入側部の内面に釉薬の塗布層を形成し、次いで、該フェルールを加熱することにより該塗布層をガラス化された釉薬層とすることを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルールの組付け方法である。 The present invention also relates to a method for assembling a ferrule for a heat transfer tube of a heat exchanger, which comprises forming a glaze coating layer on at least the inner surface of the inlet side of the short tube section when assembling the ferrule to the fluid inlet section of the heat transfer tube, then assembling the ferrule to the fluid inlet section of the heat transfer tube, and then heating the ferrule to convert the coating layer into a vitrified glaze layer; and further, after assembling the short tube section of the ferrule to the fluid inlet section of the heat transfer tube, forming a glaze coating layer on at least the inner surface of the inlet side of the short tube section, and then heating the ferrule to convert the coating layer into a vitrified glaze layer.

本発明によれば、伝熱管に挿入される短管部の少なくとも入側部の内面がガラス化された釉薬層で覆われているため、固体物質の付着を抑制することが可能で、設備の長期にわたる運転を行うことができる。また、フェルール自体の長寿命化も達成できる。 According to the present invention, at least the inner surface of the entry side of the short tube section inserted into the heat transfer tube is covered with a vitrified glaze layer, which makes it possible to suppress the adhesion of solid substances and enable the equipment to operate for long periods of time. It also achieves a longer life for the ferrule itself.

燃焼炉が組み合わされた熱交換器を模式的に示した図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a heat exchanger combined with a combustion furnace. 図1のA-A端面を示した図である。FIG. 2 is a view showing the AA end face of FIG. 図2のB-B断面を一部について示した図である。FIG. 3 is a view showing a part of the cross section taken along the line BB in FIG. 2. 熱交換器の運転日数と差圧の関係を示したグラフである。1 is a graph showing the relationship between the number of operating days of a heat exchanger and the differential pressure.

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図1は、燃焼炉が組み合わされた熱交換器を模式的に示した図である。また、図2は、図1のA-A端面を示した図(図中一点鎖線は、伝熱管を省略して表示したもの)であり、図3は、図2のB-B断面を示した図である。
The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 is a schematic diagram of a heat exchanger combined with a combustion furnace, Fig. 2 is a diagram showing the A-A end face of Fig. 1 (the dashed line in the figure shows the heat transfer tubes omitted), and Fig. 3 is a diagram showing the B-B cross section of Fig. 2.

本発明にしたがうフェルールは、上掲図1に示したような熱交換器の伝熱管の流体入口部に取り付けられるものである。 The ferrule according to the present invention is attached to the fluid inlet of a heat transfer tube of a heat exchanger such as that shown in Figure 1 above.

図1~3における符号1は、燃焼炉、2は燃焼炉1につながる熱交換器、3は、熱交換器2に設けられた管板、4は、管板3の表面に設けられた耐火物、5は、伝熱管である。伝熱管5は、流体入口部、流体出口部が管板3に固定支持されている。また、図1~3における符号6は、伝熱管5の流体入口部に組付けられたフェルールである。熱交換器2としては、硫黄分を含む物質を燃焼させて生成された燃焼排ガスを流体として伝熱管5に流通させる熱交換器を用いることができるが、流体は、硫黄分を含む物質を燃焼させて生成された燃焼排ガスに限定されることはない。 In Figures 1 to 3, reference numeral 1 denotes a combustion furnace, 2 denotes a heat exchanger connected to the combustion furnace 1, 3 denotes a tube plate attached to the heat exchanger 2, 4 denotes refractory material attached to the surface of the tube plate 3, and 5 denotes a heat transfer tube. The heat transfer tube 5 has a fluid inlet and a fluid outlet fixedly supported by the tube plate 3. Reference numeral 6 in Figures 1 to 3 denotes a ferrule attached to the fluid inlet of the heat transfer tube 5. The heat exchanger 2 may be a heat exchanger that circulates flue gas produced by burning a sulfur-containing substance as a fluid through the heat transfer tube 5, but the fluid is not limited to flue gas produced by burning a sulfur-containing substance.

フェルール6は、アルミナを主成分とするセラミックスからなるものを適用することができ、伝熱管5の内部に挿入される短管部6aと、短管部6aの端部に設けられ、該短管部6aを管板3等固定する際に使用されるフランジ部6bから構成されている。また、7は、短管部6aの内面の少なくとも入側部に設けられた、ガラス化された釉薬層である。 The ferrule 6 can be made of ceramics primarily composed of alumina, and is composed of a short tube section 6a that is inserted into the heat transfer tube 5, and a flange section 6b that is attached to the end of the short tube section 6a and used to secure the short tube section 6a to the tube sheet 3 or the like. 7 is a vitrified glaze layer that is attached to at least the entry side of the inner surface of the short tube section 6a.

上記の構成からなる熱交換器2は、例えば、水等の二次流体を流通させる経路8が設けられており、燃焼炉1から供給される高温の流体(ガス)が伝熱管5を通過するとき、該流体のもつ熱を伝熱管5を介して二次流体に付与することにより熱交換を行うものである。 The heat exchanger 2 configured as described above is provided with a path 8 for circulating a secondary fluid, such as water, and when the high-temperature fluid (gas) supplied from the combustion furnace 1 passes through the heat transfer tubes 5, the heat of the fluid is transferred to the secondary fluid via the heat transfer tubes 5, thereby performing heat exchange.

ガラス化された釉薬層7は、釉薬の塗布層を、焼成することによってガラス質に変化させることができる、例えば、ホウケイ酸ナトリウムを含む材料が使用される。また、釉薬は、直接または固体を水に懸濁させた液体の状態でセラミックスや金属に塗布できるものを用いるのが好ましい。 The vitrified glaze layer 7 can be made by firing the applied glaze layer to turn it into a glassy substance; for example, a material containing sodium borosilicate is used. It is also preferable to use a glaze that can be applied to ceramics or metals directly or in liquid form, with the solid suspended in water.

本発明にしたがうフェルール6は、素焼きされたセラミックスを基体としてその表面に釉薬を塗布して塗布層を形成しその塗布層を焼成してガラス化された釉薬層7を形成した後、熱交換器2の伝熱管5の流体入口部に組付けるものである。 The ferrule 6 according to the present invention is made by applying a glaze to the surface of a bisque-fired ceramic substrate to form a coating layer, which is then fired to form a vitrified glaze layer 7, and then assembling it into the fluid inlet of the heat transfer tube 5 of the heat exchanger 2.

また、釉薬の焼成に十分な高温流体を伝熱管5に流通させる熱交換器2においては、短管部6aの内面の少なくとも入側部に予め釉薬の塗布層を形成しておき、このフェルール6を伝熱管5の流体入口部に設置した後、あるいは、フェルール6を伝熱管4の流体入口部に設置してから短管部6aの少なくとも入側部に釉薬の塗布層を形成し、熱交換器2の伝熱管5に高温流体を流通させることにより、その熱により釉薬の塗布層を焼成してガラス化された釉薬層7を形成することもできる。 In addition, in a heat exchanger 2 in which a high-temperature fluid sufficient to bake the glaze flows through the heat transfer tubes 5, a glaze coating layer can be formed in advance on at least the inlet side of the inner surface of the short tube section 6a, and after installing the ferrule 6 at the fluid inlet of the heat transfer tube 5, or after installing the ferrule 6 at the fluid inlet of the heat transfer tube 4, a glaze coating layer can be formed at least on the inlet side of the short tube section 6a. By flowing a high-temperature fluid through the heat transfer tubes 5 of the heat exchanger 2, the heat from the fluid firing the glaze coating layer can be used to form a vitrified glaze layer 7.

ガラス化された釉薬層7を上述の如き手順で形成することで、釉薬の焼成とフェルール6の組付けを同時に行うことができ、フェルール6の、熱交換器2への効率的な組付けが可能となる。 By forming the vitrified glaze layer 7 using the procedure described above, the firing of the glaze and the assembly of the ferrule 6 can be performed simultaneously, enabling the ferrule 6 to be efficiently assembled into the heat exchanger 2.

釉薬を塗布する範囲は、短管部6aの入側部から少なくとも10mmの範囲に塗布するのが有効であり、入側部から20mmの範囲ないし50mmの範囲に塗布することがより効果的である。 It is effective to apply the glaze within a range of at least 10 mm from the entry side of the short tube section 6a, and it is even more effective to apply it within a range of 20 mm to 50 mm from the entry side.

その理由は、伝熱管5に流通させる流体中に含まれる微粒子状の固体物質等の析出物はフェルール6の短管部6aの入側部で最も析出しやすく、入側部から50mmの範囲で多く析出する傾向があるためである。 The reason for this is that precipitates such as particulate solid matter contained in the fluid flowing through the heat transfer tube 5 are most likely to precipitate at the entry side of the short tube portion 6a of the ferrule 6, with the greatest amount tending to precipitate within a range of 50 mm from the entry side.

釉薬の塗布範囲をさらに延長することも可能であるが、塗布範囲がフェルール6の入側部から50mmを超えた奥側まで塗布しても伝熱管5の入口部での閉塞を抑止する効果は飽和してくるため、入側部から50mmを超えた奥までの塗布は任意である。 It is possible to extend the glaze application range further, but even if the application range extends more than 50 mm from the entry side of the ferrule 6, the effect of preventing blockage at the entry side of the heat transfer tube 5 will saturate, so application more than 50 mm from the entry side is optional.

釉薬は、フランジ部6bの表面にも塗布することができ、その場合、フランジ部6bの表面での付着物の生成を抑制できるのでより好ましいが、伝熱管5の閉塞を防止するためにはフランジ部6bの表面よりも短管部6aの入側部をガラス質で覆うことが重要であるので、フランジ部6bにおけるガラス化された釉薬層7の形成は必須ではない。 The glaze can also be applied to the surface of the flange portion 6b, which is preferable because it can prevent deposits from forming on the surface of the flange portion 6b. However, to prevent blockage of the heat transfer tube 5, it is more important to cover the inlet side of the short tube portion 6a with glass than the surface of the flange portion 6b, so the formation of a vitrified glaze layer 7 on the flange portion 6b is not essential.

釉薬は、ガラス化された釉薬層7の厚さが、0.1mm以上、3mm以下となるように塗布することが好ましい。ガラス化された釉薬層7の厚さが0.1mm未満では、釉薬を塗布する際にムラが発生しやすく、3mmを越えると釉薬層7の先端で流体(ガス)の流れが乱れるためである。なお、フェルール6の、例えば、短管部6aの入側部においてガラス化された釉薬層7の厚さを厚くし、その奥で薄くすることにより、流体の流れの乱れを抑制することもできる。 The glaze is preferably applied so that the thickness of the vitrified glaze layer 7 is 0.1 mm or more and 3 mm or less. If the thickness of the vitrified glaze layer 7 is less than 0.1 mm, unevenness is likely to occur when the glaze is applied, and if it exceeds 3 mm, the flow of fluid (gas) will be disturbed at the tip of the glaze layer 7. Furthermore, by making the thickness of the vitrified glaze layer 7 thicker at the entrance side of the short tube portion 6a of the ferrule 6, for example, and thinner further back, it is possible to suppress disturbances in the fluid flow.

ガラス化された釉薬層7は、フェルール6の表面の小孔や凹凸を塞いで滑らかな表面を形成するものであり、これによれば、流体中に含まれる微粒子物質を付着させ難くし、それにより伝熱管5の閉塞を抑制する効果を発揮し、熱交換器2の長期運転を可能とする。 The vitrified glaze layer 7 seals the small pores and irregularities on the surface of the ferrule 6, creating a smooth surface. This makes it difficult for particulate matter contained in the fluid to adhere, thereby preventing clogging of the heat transfer tubes 5 and enabling long-term operation of the heat exchanger 2.

コークス製造工場において発生した乾留ガスから回収された硫黄を含むスラリーを燃焼させて硫酸を製造する設備に設置される上掲図1に示すような熱交換器につき、その熱交換器の伝熱管に本発明にしたがうフェルールを組付け、燃焼炉から排出される温度約1050°Cの燃焼排ガスを伝熱管に流通させてフェルールに塗布した釉薬の塗布層を焼成するとともに、熱交換器の入側部と出側部との差圧を計測し、運転開始後の日数と差圧の関係についての調査を行った。その結果を、釉薬の塗布層を有しないフェルールを伝熱管に組付けた熱交換器を用いた場合(比較例1、比較例2)の結果とともに図4に示す。 A heat exchanger such as that shown in Figure 1 above was installed in a facility that produces sulfuric acid by burning a sulfur-containing slurry recovered from carbonization gas generated in a coke manufacturing plant. Ferrules according to the present invention were attached to the heat transfer tubes of the heat exchanger, and combustion exhaust gas at a temperature of approximately 1050°C discharged from a combustion furnace was passed through the heat transfer tube to bake the glaze coating on the ferrules. The differential pressure between the inlet and outlet of the heat exchanger was measured, and the relationship between the number of days since operation began and the differential pressure was investigated. The results are shown in Figure 4, along with those for heat exchangers in which ferrules without a glaze coating were attached to the heat transfer tubes (Comparative Examples 1 and 2).

なお、本実施例に使用した燃焼炉は、硫黄を含むスラリーとコークス炉ガス、燃焼空気、蒸気等を吹き込み、コークス炉ガスと硫黄とを燃焼させて高温のガス(一次流体)を生成するものである。 The combustion furnace used in this example is a furnace that injects sulfur-containing slurry, coke oven gas, combustion air, steam, etc., and burns the coke oven gas and sulfur to produce high-temperature gas (primary fluid).

また、本実施例に使用した熱交換器(ボイラー)は、本体(シェル)内径:2700mm、伝熱管の本数:313本、伝熱管の長さ:6000mm程度、処理風量:23000Nm/h、伝熱管入口部ガス温度:1050℃、出口部ガス温度:440℃以下、運転圧力:ゲージ圧1kPa程度、燃焼排ガス:硫黄の燃焼によって生成されたSOの他にCO、HO、N、Oなどを含むもの、二次流体:水、とする仕様からなるものを用いた。 In addition, the heat exchanger (boiler) used in this example had the following specifications: main body (shell) inner diameter: 2700 mm, number of heat transfer tubes: 313, length of heat transfer tube: approximately 6000 mm, treated air volume: 23000 Nm 3 /h, gas temperature at the inlet of the heat transfer tube: 1050°C, gas temperature at the outlet: 440°C or less, operating pressure: gauge pressure approximately 1 kPa, combustion exhaust gas: containing CO 2 , H 2 O, N 2 , O 2, etc. in addition to SO 2 generated by the combustion of sulfur, and secondary fluid: water.

フェルールは、アルミナを主成分とするセラミックスを素焼きした、短管部の長さが160mm程度、短管部の内径が50mm程度、短管部の肉厚が4mm程度、フランジ部の直径が70~80mm程度、フランジ部の厚さが10mm程度、ホウケイ酸ナトリウムを主成分とする釉薬を、フランジ部の表面(ガスと接する表面)を含め、入側部から50mmの長さにわたって厚さ約1mmとなるように塗布して釉薬の塗布層を形成したものを用いた。 The ferrule was made of a bisque-fired ceramic primarily composed of alumina, with a short tube length of approximately 160 mm, an inner diameter of approximately 50 mm, a wall thickness of approximately 4 mm, a flange diameter of approximately 70-80 mm, and a flange thickness of approximately 10 mm. A glaze primarily composed of sodium borosilicate was applied to the flange surface (the surface in contact with the gas) over a length of 50 mm from the entry side, to a thickness of approximately 1 mm, to form a glaze coating layer.

図4より、比較例1、2では、約60日~100日の間に差圧が1kPaに達し、伝熱管の閉塞が顕著になった。これに対して本発明にしたがうフェルールを備えた熱交換器においては、差圧が1kPaに至ったのは運転開始後165日であり、フェルールにガラス化された釉薬層を設けることで伝熱管の閉塞が顕著になるまでの期間を大幅に延長できることが確認された。また、釉薬の塗布範囲をフェルールの短管部の入側部から10mmまでの範囲とした場合についての調査も併せて行ったが、この場合でも熱交換器の入側部と出側部との差圧が1kPaに達するまでの期間は140日程度であって、十分な効果が期待できるものであった。 Figure 4 shows that in Comparative Examples 1 and 2, the pressure difference reached 1 kPa between approximately 60 and 100 days, and clogging of the heat transfer tubes became noticeable. In contrast, in the heat exchanger equipped with the ferrule according to the present invention, the pressure difference reached 1 kPa 165 days after the start of operation, confirming that providing a vitrified glaze layer on the ferrule can significantly extend the period until clogging of the heat transfer tubes becomes noticeable. We also conducted a study in which the glaze application range was extended to within 10 mm from the inlet end of the short tube portion of the ferrule. Even in this case, it took approximately 140 days for the pressure difference between the inlet and outlet ends of the heat exchanger to reach 1 kPa, demonstrating that sufficient effects can be expected.

本発明によれば、伝熱管への固体粒子の付着とそれに伴う伝熱管の閉塞を効果的に抑制し、設備の停止間隔を延長し得る熱交換器の伝熱管用フェルールおよびその組付け方法を提供することができる。 The present invention provides a ferrule for heat exchanger heat transfer tubes and an assembly method thereof that effectively suppresses adhesion of solid particles to heat transfer tubes and the resulting blockage of the heat transfer tubes, thereby extending the interval between equipment shutdowns.

1 燃焼炉
2 熱交換器
3 管板
4 耐火物
5 伝熱管
6 フェルール
6a 短管部
6b フランジ部
7 ガラス化された釉薬層
8 経路
REFERENCE SIGNS LIST 1 Combustion furnace 2 Heat exchanger 3 Tube plate 4 Refractory material 5 Heat transfer tube 6 Ferrule 6a Short tube portion 6b Flange portion 7 Vitrified glaze layer 8 Path

Claims (5)

流体を流通させる伝熱管を備えた熱交換器につき、該熱交換器の該伝熱管の流体入口部に組付けられるフェルールであって、
前記フェルールは、前記伝熱管の内部に挿入される短管部と、該短管部の端部に設けられたフランジ部とを有し、
前記短管部は、少なくとも入側部の内面に、ガラス化された釉薬層を有し、
前記釉薬層は、前記短管部の入側部から10mmの範囲ないし50mmの範囲に設けられていることを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルール。
A ferrule to be assembled to a fluid inlet portion of a heat transfer tube of a heat exchanger having a heat transfer tube through which a fluid flows, comprising:
the ferrule has a short pipe portion inserted into the heat transfer tube and a flange portion provided at an end of the short pipe portion,
the short tube portion has a vitrified glaze layer on at least the inner surface of the inlet side portion,
10. A ferrule for a heat transfer tube of a heat exchanger, wherein the glaze layer is provided within a range of 10 mm to 50 mm from the inlet side of the short tube portion .
流体を流通させる伝熱管を備えた熱交換器につき、該熱交換器の該伝熱管の流体入口部に組付けられるフェルールであって、
前記フェルールは、前記伝熱管の内部に挿入される短管部と、該短管部の端部に設けられたフランジ部とを有し、
前記短管部は、少なくとも入側部の内面に、加熱によりガラス化可能な釉薬の塗布層を有し、
前記釉薬の塗布層は、前記短管部の入側部から10mmの範囲ないし50mmの範囲に設けられていることを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルール。
A ferrule to be assembled to a fluid inlet portion of a heat transfer tube of a heat exchanger having a heat transfer tube through which a fluid flows, comprising:
the ferrule has a short pipe portion inserted into the heat transfer tube and a flange portion provided at an end of the short pipe portion,
the short tube portion has a coating layer of a glaze that can be vitrified by heating on at least the inner surface of the inlet side portion,
10. A ferrule for a heat transfer tube of a heat exchanger, wherein the glaze coating layer is provided within a range of 10 mm to 50 mm from the inlet side of the short tube portion .
前記熱交換器は、硫黄分を含む物質を燃焼させて生成された燃焼排ガスを流体として前記伝熱管に流通させる熱交換器であることを特徴とする請求項1または2に記載した熱交換器の伝熱管用フェルール。 A ferrule for a heat transfer tube of a heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger is a heat exchanger in which combustion exhaust gas produced by burning a substance containing sulfur flows as a fluid through the heat transfer tube. 請求項2に記載したフェルールを熱交換器の伝熱管の流体入口部に組付けるに当たり、
短管部の少なくとも入側部の内面に釉薬の塗布層を形成したのち、該フェルールを伝熱管の流体入口部に組付け、次いで、該フェルールを加熱することにより該塗布層をガラス化された釉薬層とすることを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルールの組付け方法。
When the ferrule according to claim 2 is assembled to a fluid inlet of a heat transfer tube of a heat exchanger,
A method for assembling a ferrule for a heat transfer tube of a heat exchanger, comprising: forming a glaze coating layer on the inner surface of at least the inlet side of a short tube section; assembling the ferrule to the fluid inlet section of the heat transfer tube; and then heating the ferrule to convert the coating layer into a vitrified glaze layer.
請求項2に記載したフェルールを熱交換器の伝熱管の流体入口部に組付けるに当たり、
前記フェルールの短管部を伝熱管の流体入口部に組付けたのち、該短管の少なくとも入側部の内面に釉薬の塗布層を形成し、次いで、該フェルールを加熱することにより該塗布層をガラス化された釉薬層とすることを特徴とする熱交換器の伝熱管用フェルールの組付け方法。
When the ferrule according to claim 2 is assembled to a fluid inlet of a heat transfer tube of a heat exchanger,
a method for assembling a ferrule for a heat transfer tube of a heat exchanger, comprising: assembling the short tube portion of the ferrule to the fluid inlet portion of the heat transfer tube; forming a coating layer of glaze on at least the inner surface of the inlet portion of the short tube; and then heating the ferrule to convert the coating layer into a vitrified glaze layer.
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