热交换器的运转方法 【技术领域】
本发明涉及使用蒸汽、加热在各种工艺中流通的流体(以下称为工艺流体)等被加热流体的热交换器的运转方法。背景技术
在蒸馏塔的再沸器和各种装置的预热器等中，一般使用通过蒸汽等加热介质加热像工艺流体那样的被加热流体的热交换器。
这样的热交换器，通常是被加热流体和加热该被加热流体的蒸汽经过传热壁进行热交换，但是随着继续运转，附着物附着在被加热流体侧地传热壁面上，热交换器的总传热系数降低，由蒸汽向被加热流体的传热速度降低。这里作为附着物，例如，有被加热流体中含有的杂质析出的，和由于杂质发生某些反应而生成的化合物，还有由于一部分被加热流体的主成分发生某些反应而生成的化合物等。
如果随着这样的附着物的增加传热速度降低，则产生不能够充分加热被加热流体的不利状况。因此，为了将被加热流体稳定并且充分地加热至规定的温度，可以进行如下方法：通过根据附着物的量使得热交换器内的蒸汽的绝对压力上升、提高蒸汽的温度，使得由蒸汽向被加热流体的传热速度维持大约恒定。
然后，一般在例如工厂的定修时间等时候洗涤该热交换器，除去传热壁面上附着的附着物。发明内容
然而，在例如热交换器是管壳式热交换器、被加热流体在管侧处流动的情况下，如果在上述被加热流体侧的传热壁面即管子的侧壁面上附着物过度附着、蓄积，存在所谓最终管子会由于附着物而阻塞的问题。而且，在被加热流体是含有易聚合性物质的液体时，如果管子产生这样的阻塞，易聚合性物质将滞留在被加热的管子内，容易生成聚合物，管子的阻塞状态进一步恶化。
这样一来，如果管子阻塞、生成聚合物，即使使用合适的洗涤液洗涤，充分除去这些聚合物也很困难。因此，最终必须分解热交换器，使用高压水喷射洗涤或根据情况需要使用钻头等机械地除去管子内的聚合物，但这样的操作需要长时间，在经济上也是不利的。
另外，为了防止附着物过度附着、蓄积，也可以考虑提高管子内的洗涤频率。但是，由于在洗涤时必须停止热交换器的正常运转，如果洗涤频率提高，会产生所谓具备该热交换器的工艺的生产率降低的问题。
本发明鉴于上述事实，目的在于提供在被加热流体侧的传热壁面上附着物过于附着、蓄积前的适当时期，通过从传热壁面上除去附着物，可以容易并且经济地除去附着物的热交换器的运转方法。
本发明者们着眼于热交换器内蒸汽供给压力的变化，发现通过根据其压力决定从被加热流体侧的传热壁面上除去附着物的时期，可以解决上述课题，从而实现本发明。
本发明的热交换器的运转方法是在被加热流体和加热该被加热流体的蒸汽，经过传热壁进行热交换的热交换器的运转方法，其特征在于，根据上述被加热流体侧的传热壁面上附着物的量使上述蒸汽在上述热交换器内的绝对压力上升，在维持由上述蒸汽向上述被加热流体的传热速度大约恒定的同时，在上述附着物附着前的上述热交换器内的蒸汽绝对压力P1和上述附着物附着后的上述热交换器内的蒸汽绝对压力Pn满足下式(I)时，进行除去上述附着物的工序。
1.01＜Pn/P1＜1.8…(I)
上述运转方法，在上述绝对压力P1满足下式(II)时特别有效。
10kPa＜P1＜500kPa…(II)
另外，上述运转方法在上述热交换器为管壳式热交换器、被加热流体在管子侧流动、蒸汽在壳侧流动时，和上述被加热流体为含有易聚合性物质的液体时特别有效。
如上所述，按照本发明的热交换器的运转方法，由于在附着物附着前的热交换器内的蒸汽绝对压力P1和附着物附着后的热交换器内的蒸汽压力Pn的比达到特定的范围时，进行除去附着物的工序，因此，可以在被加热流体侧的流路阻塞之前除去附着物，即使被加热流体为含有易聚合性物质的液体，也几乎不会生成伴随阻塞的聚合物，可以容易并且充分地在短时间内经济地除去在被加热流体侧的传热壁面上附着、蓄积的附着物。附图说明
图1表示一例本发明中使用的热交换器的概略结构图。
符号的说明10 管壳式热交换器11 壳12 管子具体实施方式
以下详细地描述本发明。
本发明的热交换器运转方法，是涉及使用蒸汽作为加热介质、加热各种工艺流体等被加热流体方式的热交换器的运转，在该热交换器中，被加热流体和蒸汽经过传热壁进行热交换。以下，作为这种热交换器的一例，列举图1中管壳式热交换器进行说明。
图1中的管壳式热交换器10，也称为多管式热交换器，是在壳11的内部配置多个管子12，在管子12内流通的液体和在壳11的内侧、管子12的外侧部分(以下称为壳内)流通的液体，经过管子12的侧壁，即传热壁进行热交换的热交换器。
在这样的管壳式热交换器10中，被加热流体在管子12内或壳11内的任何一方流动，蒸汽可以在另一方流动，但是如图式例的管壳式热交换器10那样，被加热流体在管子12内流动、蒸汽在壳11内流动的情况下，伴随附着物的附着、蓄积容易发生管内阻塞等问题，如后述那样，由蒸汽的绝对压力判定除去被加热流体侧的传热壁面的附着物的时期，变得非常容易且有效。图1中，实线表示蒸汽的流动，虚线表示被加热流体的流动。
作为被加热流体没有特别的限制，只要是需要被加热的一种流体就没有限制，但是特别是在被加热流体是含有易聚合性物质的液体的情况下，该易聚合性物质的至少一部分物质聚合，附着在管子12的侧壁面。这样一来，如果生成的聚合物过度附着，采用洗涤等方式除去这些很困难，最终必须分解管壳式热交换器10，使用高压水喷射洗涤或根据情况需要使用钻头等机械地除去，花费时间和劳力。因此，如后述那样，由蒸汽的绝对压力判断除去被加热流体侧的传热壁面的附着物的时期，变得非常有效。
作为含有这样的易聚合性物质的液体，可列举例如，作为易聚合性物质含有丙烯酸、甲基丙烯酸等具有乙烯键的化合物的、化学合成工艺的液体原料等。另外，作为附着物，可列举的是被加热流体中含有的杂质直接析出的，和由于杂质发生某些反应而生成的化合物，还有由于一部分被加热流体主成分发生某些反应而生成的化合物等。例如，在被加热流体是甲基丙烯酸的情况下，可列举的是其中含有的高沸点杂质即对苯二甲酸，和由于一部分甲基丙烯酸聚合而生成的聚甲基丙烯酸等。
在图1中的管壳式热交换器10开始运转时，调整符号13的蒸汽用的调压阀，向壳11内供给蒸汽，使得管壳式10的壳11内的蒸汽绝对压力变为P1。P1可以通过在供给蒸汽的配管中设置的压力计14测定。供给的蒸汽在传热壁上被冷凝，经过汽阱15作为冷凝物被回收。
另一方面，在多个管子12的内侧，使被蒸汽加热的被加热流体流通。
这时，在管壳式热交换器10的管子12的侧壁面，即被加热流体的传热壁面上，附着物实质上处于未附着的状态。这里的压力P1即附着物附着前的管壳式热交换器10内的蒸汽绝对压力P1，没有特别地限制，可以根据加热对象即被加热流体加热前的温度、目标加热温度、管壳式热交换器10的尺寸等适当地设定，但是优选在满足下式(II)的范围内。
10kPa＜P1＜500kPa…(II)
蒸汽绝对压力P1在这样范围内的情况下，一般来说被加热流体侧的传热壁面的温度成为附着物容易附着、蓄积的温度，另外，在该被加热流体为含有易聚合性物质的液体的情况下，成为容易聚合的温度。
即，如果蒸汽绝对压力在这样的范围内，附着物过度蓄积在管子12的侧壁面上、管子12阻塞，其结果，在被加热流体为含有易聚合性物质的液体的情况下，有该易聚合性物质滞留在被加热的管子12内并生成聚合物、使得管子12的阻塞状态进一步恶化的倾向。因而，蒸汽绝对压力P1在这样范围内的情况下，如后述那样判断由传热壁面除去附着物的时期、进行适当的洗涤等，变得更有效。
这样一来，如果运转管壳式热交换器10，随着时间的经过附着物附着、蓄积在传热壁面上，该管壳式热交换器10的总传热系数降低，并且由蒸汽向被加热流体的传热速度变小，其结果，被加热流体不能加热至希望的温度。因此，在运转该管壳式热交换器10的情况下，根据被加热流体侧的传热壁面上附着的附着物的量，使得在管壳式热交换器10内蒸汽绝对压力由P1上升至Pn，由蒸汽向被加热流体的传热速度维持大约恒定，被加热流体被稳定地加热至规定的温度来运转。具体地讲，测定加热后的被加热流体的温度，使蒸汽绝对压力上升的同时进行运转以使该温度维持恒定。
然后，在蒸汽绝对压力Pn缓慢上升、上升直至满足下式(I)范围时，暂时停止向管壳式热交换器10的蒸汽的供给和被加热流体的供给，进行从被加热流体侧的传热壁面即管子12的侧壁面上除去附着物。
1.01＜Pn/P1＜1.8…(I)
这里的附着物的除去方法没有特别地限制，可列举通过使相应于附着物种类的洗涤液在管子12内流通，洗涤附着在其侧壁面上的附着物的方法等。作为洗涤液，例如，在附着物为酸性物质的情况下，适合使用氢氧化钠水溶液等碱性洗涤液。
在P1/Pn为1.0或以下的情况下，虽然附着物的量少，可以很容易地洗涤，但是即使不洗涤直接继续运转，也不会立刻发生管子12阻塞的问题。因而，在这个时期的洗涤只会使工艺的生产率降低，在经济上不是优选的。如果Pn/P1变为1.8或以上，附着物的量变得过剩并且管子12变为接近阻塞的状态，在被加热流体中含有易聚合性物质的情况下，也生成该易聚合性物质聚合的聚合物，即使进行洗涤也不能充分地除去这些聚合物。即，如果Pn/P1在上式(I)的范围内，管子12不会阻塞，另外即使被加热流体为含有易聚合性物质的液体，也几乎未生成该易聚合性物质的聚合物，因此可以在短时间内容易并且充分地洗涤，而且也不会使得工艺的经济性大大地降低。
这样一来，在除去附着物之后，管壳式热交换器10内的蒸汽绝对压力下降至通常的P1，再开始运转。
按照这样的热交换器的运转方法，在附着物附着前的热交换器内的蒸汽绝对压力P1和附着物附着后的热交换器内的蒸汽绝对压力Pn的比达到特定的范围时，进行除去附着物的工序。因此，可以在被加热流体侧的流路阻塞之前除去附着物，即使被加热流体为含有易聚合性物质的液体，也不会生成伴随阻塞的聚合物，可以容易并且充分、经济地除去在被加热流体侧的传热壁面上附着、蓄积的附着物。
还有，在以上的说明中，列举了管壳式热交换器10作为热交换器，针对被加热流体在管子12内流动、蒸汽在壳11内流动的情况进行了说明，但是在可以适用上述运转方法的热交换器的种类上没有限制，另外，可以没有限制地适用于被加热流体可以在管子12内、壳11内的任一方流动，附着物可附着在被加热流体侧的传热壁面上的某种热交换器的运转。实施例
以下通过实施例说明本发明。(实施例1)
使用设置有213根外径25.4mm、厚度2.0mm、长度4.0mm的管子并且在其外侧配置有壳的管壳式热交换器作为蒸馏塔的再沸器，进行甲基丙烯酸的精制。供给再沸器中的液体的组成是99wt％甲基丙烯酸、1wt％高沸点杂质，该杂质中的对苯二甲酸成为附着物，在继续运转的同时在管子的侧壁面(传热壁面)上析出·附着。
在供给再沸器的工艺液体(被加热流体)的温度为93℃、供给该热交换器壳内的蒸汽的绝对压力P1为94Kpa的状态下开始运转，一边升高供给该热交换器中蒸汽的绝对压力以使得传热速度变得恒定，一边继续运转。
经过3个月后，由于供给热交换器中的蒸汽的绝对压力Pn上升至160Kpa，Pn/P1＝1.70，因此在此时停止运转，从管子中抽出工艺液体之后，用氢氧化钠水溶液洗涤管子的内部。洗涤后，通过目测管子检查内部时，已被充分洗净，传热壁面上附着的附着物全部被除去。(比较例1)
针对与实施例1同样的管壳式热交换器，在与实施例1相同的条件下开始运转，一边升高蒸汽的绝对压力、保持传热速度恒定，一边继续运转4个月，由于供给该热交换器中的蒸汽绝对压力Pn上升至185Kpa，Pn/P1＝1.97，因此在此时停止运转，从管子中抽出工艺液体之后，用氢氧化钠水溶液洗涤管子的内部。洗涤后，通过目测检查内部时，确认48根管子阻塞。至于其中约2/3的管子，可以通过使用高压水喷射洗涤除去附着物质，但是剩余的管子不能完全地除去附着物，必须使用钻头机械地除去。(实施例2)
使用设置有365根外径25.4mm、厚度2.0mm、长度5.0mm的管子并且在其外侧配置有壳的管壳式热交换器作为蒸馏塔的再沸器，进行甲基丙烯酸的精制。供给再沸器的液体的组成是80wt％甲基丙烯酸、5wt％甲基丙烯酸甲酯、4wt％醋酸、3wt％丙烯酸、8wt％其他杂质，该杂质中的对苯二甲酸成为附着物，在继续运转的同时在管子的侧壁面(传热壁面)上析出·附着。
在供给再沸器的工艺液体(被加热流体)的温度为95℃、供给该热交换器壳内的蒸汽的绝对压力P1为101KPa的状态下开始运转，一边升高供给热交换器中蒸汽的绝对压力以使得传热速度变得恒定，一边继续运转。
经过3个月后，由于供给热交换器中的蒸汽的绝对压力Pn上升至158Kpa，Pn/P1＝1.56，因此在此时停止运转，从管子中抽出工艺液体之后，用氢氧化钠水溶液洗涤管子的内部。洗涤后，通过目测管子检查内部时，发现被充分洗涤，传热壁面上附着的附着物全部被除去。(比较例2)
针对与实施例2同样的管壳式热交换器，在与实施例1相同的条件下开始运转，一边升高蒸汽的绝对压力、保持传热速度恒定，一边继续运转4个月，供给该热交换器中的蒸汽的绝对压力Pn上升至187Kpa，Pn/P1＝1.85。
在此时停止运转，从管子中抽出工艺液体之后用氢氧化钠水溶液洗涤管子的内部。洗涤后，通过目测检查内部时，确认32根管子阻塞，需要通过使用高压水喷射洗涤除去附着物。