プレート式熱交換器（PHE）は、硫化水素（H₂S）を多く含む流体を取り扱う産業プロセス、特に酸性ガス処理および脱硫ユニット技術的利点エネルギー効率と運転の信頼性技術的利点1 はじめに硫化水素は、石油・ガス処理、化学製造、製油所操業において最も
の一つです。この非常に有毒で腐食性の化合物は、プロセス機器、特に脱硫システムにおける熱管理に不可欠な熱交換器に大きな課題をもたらします。プレート式熱交換器は、そのコンパクトな設置面積、優れた熱伝達効率、および4.3 全溶接型プレート式熱交換器、および脆弱なコンポーネントの最適な技術に焦点を当てています。圧力降下と温度アプローチの定期的な監視は、ファウリングまたは性能低下の早期の兆候を提供します。ガスケット型およびセミ溶接型ユニットの場合、運用履歴に基づいて計画的なガスケット交換プログラムを確立することで、予期しない故障を防ぎます。を発揮し、製品品質の向上と大幅な省エネに貢献しています。硫黄回収ユニットにおける特殊な用途は、PHE技術の統合された反応熱交換機能への2 H₂Sに関する基本概念と運用上の課題
プロセス流体中の硫化水素の取り扱いは、熱交換器の選択と設計に直接影響する複数の技術的課題を提示します。水溶液に溶解したH₂Sは、炭素鋼に
を引き起こし、硫化物応力割れを通じて感受性の高い合金を攻撃する弱酸を形成します。さらに、水分が存在すると、H₂Sは、熱交換装置でよく見られる問題である、堆積物の下や停滞領域で特に局所的なピッティングに寄与する可能性があります。H₂Sの存在は、産業プロセスで単独で発生することはほとんどなく、通常は二酸化炭素（CO₂）、アンモニア（NH₃）、塩化物、およびさまざまな炭化水素種を伴います。この複雑な化学反応は、材料劣化を加速させる相乗的な腐食効果
を生み出します。たとえば、アミンベースの脱硫システムでは、溶媒（MEA、DEA、またはMDEAなど）が酸性ガスからH₂Sを吸収して「リッチアミン」を形成し、熱交換器で発生する高温下で特に腐食性が高くなります。アミン溶媒の分解は、腐食とファウリングの問題をさらに悪化させる劣化生成物を形成する可能性があります。H₂Sを含むプロセス流体が熱交換器で加熱されると、さらなる合併症が発生します。ガスの発生
: 溶解した酸性ガス（H₂SおよびCO₂）は、リッチアミンが加熱されると核形成し、気泡を形成し、
二相流を生成し、流れの不均一分布、振動、および熱伝達面の損傷を引き起こします。ファウリング感受性: 固体（硫化鉄腐食生成物など）で汚染された流体は、熱伝達面に堆積する傾向があり、効率を低下させ、堆積物下の腐食部位を生成します。
温度制限: 特定の温度を超えると、特にアミン溶液の場合、腐食速度が劇的に増加するため、慎重な熱設計が必要になります。
これらの課題には、優れた耐食性、清浄性、および信頼性を備えた熱交換装置が必要です。これらは、最新のプレート式熱交換器が独自に提供できる属性です。3 脱硫システムにおける具体的な用途
3.1 天然ガス甘味化ユニット
として機能します。このサービスは、リッチアミンにH₂SとCO₂だけでなく、従来の熱交換装置を攻撃する可能性のあるさまざまな炭化水素と分解生成物が含まれているため、特に要求が厳しいです。この役割におけるPHEの実装は、重要な運用上の利点を示しています。重慶天然ガス精製プラントのケーススタディでは、既存のシェルアンドチューブユニットと並行してプレート式熱交換器を設置した後、従来の熱交換器でファウリングが発生した場合でも、システムは継続的な運転を維持しました。この冗長構成
により、プラントはファウリングしたユニットのメンテナンスを行いながら運転を継続でき、システムの全体的な信頼性が大幅に向上しました。この用途におけるPHEの効率は、プラントのエネルギー消費に直接影響します。アミン再生は非常にエネルギー集約的であるため、リーン/リッチ交換の熱効率
は、再生カラムの再沸騰器の負荷に直接影響します。ある研究では、リーンアミンから熱を回収するプレート式熱交換器の効率により、従来のシェルアンドチューブ設計と比較して、アミン再生に必要なエネルギーが約10〜15％削減されたことが示されました。コンパクトな設置面積製油所の加水脱硫ユニットでは、プレート式熱交換器が、ますます厳格化する製品仕様を満たしながら、エネルギー回収を改善するために正常に実装されています。文書化されたケースでは、ディーゼルの硫黄含有量を50ppmに削減するように設計されたHDSユニットにPHEを設置した後、製油所は
を達成し、同時にディーゼルの色を改善しました。報告書では、プレート熱交換器の熱伝達効率が従来のシェルアンドチューブ熱交換器の約3倍であり、年間約2億通貨単位のエネルギー節約につながったと具体的に述べられています。この用途では、PHEはH₂S（反応生成物として）と水素を含む高温反応器流出物を処理し、冷たい供給物と熱交換します。PHEのコンパクトな設計と高効率により、スペースの制約とエネルギー効率が重要な検討事項となる改造プロジェクトに特に適しています。3.3 硫黄回収およびテールガス処理ユニット
プレート式熱交換器は、硫黄回収ユニット（SRU）および関連するテールガス処理プロセスで特殊な用途を見つけます。これらのサービスでは、PHEは、ガス予熱、蒸気発生、および触媒反応器の温度制御などの
に使用されます。ユニークな「冷プレート熱交換反応器」は、熱交換面が硫黄環境で正確な温度制御のために触媒床内に直接統合された革新的な用途を表しています。この統合設計は、触媒床層と垂直に配置された熱交換プレートを備えており、反応熱を効果的に除去し、触媒床全体で最適な温度プロファイルを維持します。この構成により、コンパクトな設計
、高い熱伝達係数、および脆弱なコンポーネントの4 さまざまなPHEタイプに関する技術的考慮事項H₂Sサービスの厳しい条件は、特殊なプレート式熱交換器構成の開発を促進してきました。各設計は、脱硫プロセスで遭遇する特定の動作環境に対して明確な利点を提供します。
PHEタイプ
圧力制限
| 温度制限 | 利点 | 制限事項 | 一般的なH₂S用途 | ガスケット型 | ≤2.5 MPa |
|---|---|---|---|---|---|
| 40〜180℃ | 完全に清掃可能、拡張可能、低コスト | ガスケット材料による制限 | 冷却水、リーンアミン冷却 | セミ溶接型 | ≤5.0 MPa |
| 150〜200℃ | 腐食性媒体を処理、漏洩リスクの低減 | 部分的な清掃性 | リーン/リッチアミン交換、溶媒の加熱/冷却 | 全溶接型 | ≤10 MPa |
| 最大400℃ | ガスケットなし、高い信頼性 | 清掃不可、固定設計 | 高圧 | 4.1 ガスケット型プレート式熱交換器 | 従来のガスケット型PHEは、 |
、完全な清掃性、および脆弱なコンポーネントの現場での柔軟性に焦点を当てています。圧力降下と温度アプローチの定期的な監視は、ファウリングまたは性能低下の早期の兆候を提供します。ガスケット型およびセミ溶接型ユニットの場合、運用履歴に基づいて計画的なガスケット交換プログラムを確立することで、予期しない故障を防ぎます。15年を超える耐用年数を提供できます。4.2 セミ溶接型プレート式熱交換器ガスケットで分離されたレーザー溶接プレートペアで構成されたセミ溶接型PHEは、多くのH₂S用途にとって
を表しています。この設計では、腐食性のH₂Sを多く含む流体は通常、溶接チャネルに閉じ込められ、腐食性の低い媒体（冷却水またはリーンアミンなど）はガスケット側を流れます。この構成により、腐食性媒体がガスケットに接触するリスクが排除され、部分的にガスケットが取り付けられたユニットの保守性の利点が保持されます。セミ溶接設計は、アミンサービスで特に成功を収めており、全ガスケットユニットの漏洩問題を排除し、全溶接設計の清掃性の制限を回避しています。さらに、これらのユニットは、プレート型熱交換器の熱効率
とコンパクトな設置面積技術的利点4.3 全溶接型プレート式熱交換器高温、高圧、または腐食性の高い化学環境を伴う最も過酷なサービスの場合、全溶接型PHEは、
と堅牢な構造技術的利点全溶接ユニットの主な制限事項（機械的清掃のために分解できないこと）は、高度な設計機能によって対処されています。これらには、ファウリングに抵抗する広いギャップの自由流
通路、統合された清掃システム、および化学的清掃の特殊なプロトコルが含まれます。さらに、一部の設計には、重要なH₂Sサービスの状態を評価するための貴重な機能である、内部目視検査用の検査ポートが組み込まれています。5 材料の選択とメンテナンス戦略5.1 耐食性材料
: 塩化物誘起応力腐食割れおよびピッティングに対する優れた耐性、塩水環境に適しています。
チタン: 酸性H₂S流体に対する優れた耐性、特に塩化物の存在下。
ハステロイ/C-276: 強酸（硫酸、塩酸）および過酷な腐食条件下での優れた性能。
ニッケル合金: 高温、高濃度の苛性環境に適しています。
ガスケット材料の選択には、同様の検討が必要です。標準的なニトリルゴムは、リーンアミンおよび非腐食性サービスには十分かもしれませんが、複雑な炭化水素を含むリッチアミンには、パラミン耐性配合物などの特殊な化合物が通常必要です。高温用途では、フッ素系エラストマーが化学的耐性を向上させ、PTFEベースの材料が最も幅広い化学的適合性を提供します。5.2 メンテナンスと運用上の考慮事項
H₂SサービスにおけるPHEの効果的なメンテナンス戦略は、
、腐食の監視、および脆弱なコンポーネントの予防的な交換に焦点を当てています。圧力降下と温度アプローチの定期的な監視は、ファウリングまたは性能低下の早期の兆候を提供します。ガスケット型およびセミ溶接型ユニットの場合、運用履歴に基づいて計画的なガスケット交換プログラムを確立することで、予期しない故障を防ぎます。化学的清掃は、特にファウリング流体を処理するユニットにとって、重要なメンテナンス活動を表しています。効果的な手順には、次のものが含まれます。適切な溶剤（無機堆積物には硝酸溶液、有機/アミンポリマーファウリングには特殊な溶剤）による
定期的な清掃
。取り外し可能なプレートパックの
高圧水ジェット。
再組み立て中のガスケット付きプレートの機械的ブラッシング
。
6 結論プレート式熱交換器は、硫化水素を扱うシステムでその価値を証明しており、ガス処理、精製、化学製造における多くの用途で、技術的利点と経済的利益
を提供しています。ガスケット型からセミ溶接型、全溶接型構成へのPHE設計の進化は、腐食、ファウリング、運用上の信頼性に関する懸念など、H₂Sを含む流体によってもたらされる特有の課題に対処してきました。天然ガス甘味化では、PHEは、腐食性の高いリッチアミン溶液に耐えながら、熱回収を強化し、リーン/リッチアミン交換で優れた性能を発揮します。製油所用途では、加水脱硫ユニットで卓越した効率を発揮し、製品品質の向上と大幅な省エネに貢献しています。硫黄回収ユニットにおける特殊な用途は、PHE技術の統合された反応熱交換機能への適応性
を強調しています。
プレート式熱交換器（PHE）は、硫化水素（H₂S）を多く含む流体を取り扱う産業プロセス、特に酸性ガス処理および脱硫ユニット技術的利点エネルギー効率と運転の信頼性技術的利点1 はじめに硫化水素は、石油・ガス処理、化学製造、製油所操業において最も
の一つです。この非常に有毒で腐食性の化合物は、プロセス機器、特に脱硫システムにおける熱管理に不可欠な熱交換器に大きな課題をもたらします。プレート式熱交換器は、そのコンパクトな設置面積、優れた熱伝達効率、および4.3 全溶接型プレート式熱交換器、および脆弱なコンポーネントの最適な技術に焦点を当てています。圧力降下と温度アプローチの定期的な監視は、ファウリングまたは性能低下の早期の兆候を提供します。ガスケット型およびセミ溶接型ユニットの場合、運用履歴に基づいて計画的なガスケット交換プログラムを確立することで、予期しない故障を防ぎます。を発揮し、製品品質の向上と大幅な省エネに貢献しています。硫黄回収ユニットにおける特殊な用途は、PHE技術の統合された反応熱交換機能への2 H₂Sに関する基本概念と運用上の課題
プロセス流体中の硫化水素の取り扱いは、熱交換器の選択と設計に直接影響する複数の技術的課題を提示します。水溶液に溶解したH₂Sは、炭素鋼に
を引き起こし、硫化物応力割れを通じて感受性の高い合金を攻撃する弱酸を形成します。さらに、水分が存在すると、H₂Sは、熱交換装置でよく見られる問題である、堆積物の下や停滞領域で特に局所的なピッティングに寄与する可能性があります。H₂Sの存在は、産業プロセスで単独で発生することはほとんどなく、通常は二酸化炭素（CO₂）、アンモニア（NH₃）、塩化物、およびさまざまな炭化水素種を伴います。この複雑な化学反応は、材料劣化を加速させる相乗的な腐食効果
を生み出します。たとえば、アミンベースの脱硫システムでは、溶媒（MEA、DEA、またはMDEAなど）が酸性ガスからH₂Sを吸収して「リッチアミン」を形成し、熱交換器で発生する高温下で特に腐食性が高くなります。アミン溶媒の分解は、腐食とファウリングの問題をさらに悪化させる劣化生成物を形成する可能性があります。H₂Sを含むプロセス流体が熱交換器で加熱されると、さらなる合併症が発生します。ガスの発生
: 溶解した酸性ガス（H₂SおよびCO₂）は、リッチアミンが加熱されると核形成し、気泡を形成し、
二相流を生成し、流れの不均一分布、振動、および熱伝達面の損傷を引き起こします。ファウリング感受性: 固体（硫化鉄腐食生成物など）で汚染された流体は、熱伝達面に堆積する傾向があり、効率を低下させ、堆積物下の腐食部位を生成します。
温度制限: 特定の温度を超えると、特にアミン溶液の場合、腐食速度が劇的に増加するため、慎重な熱設計が必要になります。
これらの課題には、優れた耐食性、清浄性、および信頼性を備えた熱交換装置が必要です。これらは、最新のプレート式熱交換器が独自に提供できる属性です。3 脱硫システムにおける具体的な用途
3.1 天然ガス甘味化ユニット
として機能します。このサービスは、リッチアミンにH₂SとCO₂だけでなく、従来の熱交換装置を攻撃する可能性のあるさまざまな炭化水素と分解生成物が含まれているため、特に要求が厳しいです。この役割におけるPHEの実装は、重要な運用上の利点を示しています。重慶天然ガス精製プラントのケーススタディでは、既存のシェルアンドチューブユニットと並行してプレート式熱交換器を設置した後、従来の熱交換器でファウリングが発生した場合でも、システムは継続的な運転を維持しました。この冗長構成
により、プラントはファウリングしたユニットのメンテナンスを行いながら運転を継続でき、システムの全体的な信頼性が大幅に向上しました。この用途におけるPHEの効率は、プラントのエネルギー消費に直接影響します。アミン再生は非常にエネルギー集約的であるため、リーン/リッチ交換の熱効率
は、再生カラムの再沸騰器の負荷に直接影響します。ある研究では、リーンアミンから熱を回収するプレート式熱交換器の効率により、従来のシェルアンドチューブ設計と比較して、アミン再生に必要なエネルギーが約10〜15％削減されたことが示されました。コンパクトな設置面積製油所の加水脱硫ユニットでは、プレート式熱交換器が、ますます厳格化する製品仕様を満たしながら、エネルギー回収を改善するために正常に実装されています。文書化されたケースでは、ディーゼルの硫黄含有量を50ppmに削減するように設計されたHDSユニットにPHEを設置した後、製油所は
を達成し、同時にディーゼルの色を改善しました。報告書では、プレート熱交換器の熱伝達効率が従来のシェルアンドチューブ熱交換器の約3倍であり、年間約2億通貨単位のエネルギー節約につながったと具体的に述べられています。この用途では、PHEはH₂S（反応生成物として）と水素を含む高温反応器流出物を処理し、冷たい供給物と熱交換します。PHEのコンパクトな設計と高効率により、スペースの制約とエネルギー効率が重要な検討事項となる改造プロジェクトに特に適しています。3.3 硫黄回収およびテールガス処理ユニット
プレート式熱交換器は、硫黄回収ユニット（SRU）および関連するテールガス処理プロセスで特殊な用途を見つけます。これらのサービスでは、PHEは、ガス予熱、蒸気発生、および触媒反応器の温度制御などの
に使用されます。ユニークな「冷プレート熱交換反応器」は、熱交換面が硫黄環境で正確な温度制御のために触媒床内に直接統合された革新的な用途を表しています。この統合設計は、触媒床層と垂直に配置された熱交換プレートを備えており、反応熱を効果的に除去し、触媒床全体で最適な温度プロファイルを維持します。この構成により、コンパクトな設計
、高い熱伝達係数、および脆弱なコンポーネントの4 さまざまなPHEタイプに関する技術的考慮事項H₂Sサービスの厳しい条件は、特殊なプレート式熱交換器構成の開発を促進してきました。各設計は、脱硫プロセスで遭遇する特定の動作環境に対して明確な利点を提供します。
PHEタイプ
圧力制限
| 温度制限 | 利点 | 制限事項 | 一般的なH₂S用途 | ガスケット型 | ≤2.5 MPa |
|---|---|---|---|---|---|
| 40〜180℃ | 完全に清掃可能、拡張可能、低コスト | ガスケット材料による制限 | 冷却水、リーンアミン冷却 | セミ溶接型 | ≤5.0 MPa |
| 150〜200℃ | 腐食性媒体を処理、漏洩リスクの低減 | 部分的な清掃性 | リーン/リッチアミン交換、溶媒の加熱/冷却 | 全溶接型 | ≤10 MPa |
| 最大400℃ | ガスケットなし、高い信頼性 | 清掃不可、固定設計 | 高圧 | 4.1 ガスケット型プレート式熱交換器 | 従来のガスケット型PHEは、 |
、完全な清掃性、および脆弱なコンポーネントの現場での柔軟性に焦点を当てています。圧力降下と温度アプローチの定期的な監視は、ファウリングまたは性能低下の早期の兆候を提供します。ガスケット型およびセミ溶接型ユニットの場合、運用履歴に基づいて計画的なガスケット交換プログラムを確立することで、予期しない故障を防ぎます。15年を超える耐用年数を提供できます。4.2 セミ溶接型プレート式熱交換器ガスケットで分離されたレーザー溶接プレートペアで構成されたセミ溶接型PHEは、多くのH₂S用途にとって
を表しています。この設計では、腐食性のH₂Sを多く含む流体は通常、溶接チャネルに閉じ込められ、腐食性の低い媒体（冷却水またはリーンアミンなど）はガスケット側を流れます。この構成により、腐食性媒体がガスケットに接触するリスクが排除され、部分的にガスケットが取り付けられたユニットの保守性の利点が保持されます。セミ溶接設計は、アミンサービスで特に成功を収めており、全ガスケットユニットの漏洩問題を排除し、全溶接設計の清掃性の制限を回避しています。さらに、これらのユニットは、プレート型熱交換器の熱効率
とコンパクトな設置面積技術的利点4.3 全溶接型プレート式熱交換器高温、高圧、または腐食性の高い化学環境を伴う最も過酷なサービスの場合、全溶接型PHEは、
と堅牢な構造技術的利点全溶接ユニットの主な制限事項（機械的清掃のために分解できないこと）は、高度な設計機能によって対処されています。これらには、ファウリングに抵抗する広いギャップの自由流
通路、統合された清掃システム、および化学的清掃の特殊なプロトコルが含まれます。さらに、一部の設計には、重要なH₂Sサービスの状態を評価するための貴重な機能である、内部目視検査用の検査ポートが組み込まれています。5 材料の選択とメンテナンス戦略5.1 耐食性材料
: 塩化物誘起応力腐食割れおよびピッティングに対する優れた耐性、塩水環境に適しています。
チタン: 酸性H₂S流体に対する優れた耐性、特に塩化物の存在下。
ハステロイ/C-276: 強酸（硫酸、塩酸）および過酷な腐食条件下での優れた性能。
ニッケル合金: 高温、高濃度の苛性環境に適しています。
ガスケット材料の選択には、同様の検討が必要です。標準的なニトリルゴムは、リーンアミンおよび非腐食性サービスには十分かもしれませんが、複雑な炭化水素を含むリッチアミンには、パラミン耐性配合物などの特殊な化合物が通常必要です。高温用途では、フッ素系エラストマーが化学的耐性を向上させ、PTFEベースの材料が最も幅広い化学的適合性を提供します。5.2 メンテナンスと運用上の考慮事項
H₂SサービスにおけるPHEの効果的なメンテナンス戦略は、
、腐食の監視、および脆弱なコンポーネントの予防的な交換に焦点を当てています。圧力降下と温度アプローチの定期的な監視は、ファウリングまたは性能低下の早期の兆候を提供します。ガスケット型およびセミ溶接型ユニットの場合、運用履歴に基づいて計画的なガスケット交換プログラムを確立することで、予期しない故障を防ぎます。化学的清掃は、特にファウリング流体を処理するユニットにとって、重要なメンテナンス活動を表しています。効果的な手順には、次のものが含まれます。適切な溶剤（無機堆積物には硝酸溶液、有機/アミンポリマーファウリングには特殊な溶剤）による
定期的な清掃
。取り外し可能なプレートパックの
高圧水ジェット。
再組み立て中のガスケット付きプレートの機械的ブラッシング
。
6 結論プレート式熱交換器は、硫化水素を扱うシステムでその価値を証明しており、ガス処理、精製、化学製造における多くの用途で、技術的利点と経済的利益
を提供しています。ガスケット型からセミ溶接型、全溶接型構成へのPHE設計の進化は、腐食、ファウリング、運用上の信頼性に関する懸念など、H₂Sを含む流体によってもたらされる特有の課題に対処してきました。天然ガス甘味化では、PHEは、腐食性の高いリッチアミン溶液に耐えながら、熱回収を強化し、リーン/リッチアミン交換で優れた性能を発揮します。製油所用途では、加水脱硫ユニットで卓越した効率を発揮し、製品品質の向上と大幅な省エネに貢献しています。硫黄回収ユニットにおける特殊な用途は、PHE技術の統合された反応熱交換機能への適応性
を強調しています。
