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プレート式熱交換器のよくある故障とその対処法 プレート式熱交換器は、伝熱係数が高く、圧力損失が少なく、構造がコンパクトで軽量、占有スペースが小さいこと、面積や流路の組み合わせが容易であり、部品の互換性が高く、使用可能な材料の選択肢も多いこと、さらに大量生産が容易であるといった特徴を持っています。そのため、食品、機械、冶金、石油化学、船舶などの分野で広く利用されており、都市の集中暖房システムにおいても主要な熱交換装置として用いられています。 プレート式熱交換器の正常な運転を確保し、プレートやゴムパッキンといった重要部品の使用寿命を延ばすためには、プレート式熱交換器で発生する故障やその原因、および対処法を理解しておくことが特に重要です。 1 プレート式熱交換器のよくある故障 1 外漏れ 主な症状は漏れ（量は少なく、水滴が断続的）と流出（量が多く、水滴が連続的）です。外部からの漏れが発生しやすい主な部位は、プレート同士のシール部分、プレートの二重シール部の漏れ溝部分、および端部のプレートと圧縮板の内側です。 1．シリング 主な特徴は、圧力が高い側の媒体が圧力が低い側の媒体に混入し、システム内で圧力と温度に異常が生じることです。 媒体が腐食性を持っている場合、配管内の他の機器の腐食を引き起こす可能性もあります。 シリングは通常、ガイドエリアまたは第二のシールエリアで発生します。 1．圧力損失が大きい 媒体の入口および出口での圧力損失が設計値を超え、場合によっては設計値の数倍にも達し、システムが求める流量や温度の条件に深刻な影響を与える。 暖房システムにおいて、熱供給側の圧損が過大になると、一次側の流量が著しく不足し、つまり熱源が不十分となって、二次側の出口温度が要求を満たせなくなる。 1.4 加熱温度が要求を満たせない。主な特徴は、出口温度が低く、設計要求に達していないことである。 2 原因分析及び対処方法 2.1 外漏れ 2.1.1 発生原因 ①クランプのサイズが適切でなく、各部のサイズにばらつきがある（各部のサイズ偏差は3mmを超えてはならない）か、またはクランプボルトが緩んでいる。② 一部のシールパッドがシール溝から外れており、シールパッドの主要なシール面に汚れがあり、シールパッドが損傷しているか、ガスケットが劣化している。③ 板が変形し、組み立てのずれがランニングマットを引き起こす。④プレートのシール溝部分または二重シール領域にひび割れがあります。例：北京、青海省、新疆ウイグル自治区などの複数の熱供給施設では、一次側の熱源として飽和蒸気が使用されている。蒸気の温度が高いため、装置の運転初期にシステムが不安定な状態にあると、ゴム製のシールパッドが高温で機能を失い、蒸気が漏れ出すことがある。 2.1.2 処理方法① 非加圧状態で、製造元が指定するクランプサイズに従って装置を再クランプする。サイズは均一でなければならず、クランプ力の偏差は±0.2N(mm)を超えてはならない。（N。板片の総数に対して、2つの圧縮板間の平行度は2mm以内に保つべきである。② 漏れている部分に印をつけ、その後エンジンの熱交換器を分解して一つずつ点検し問題を解決し、ガスケットや板金を再組み立てるか交換する。③ 熱交換器を分解し、板の変形した部分を修理するか、板を交換します。板金部品がない場合は、変形した部分の板金を一時的に取り外してから、再び組み立てて使用できます。④分解した板材を再組み立てる際は、板材の表面を清掃し、ガスケットのシール面に汚れが付着するのを防がなければなりません。 2．シリング 2．発生原因 ① 板材の選定ミスにより、板が腐食して亀裂や穴が生じる。②操作条件が設計要件を満たしていません。③ 板材の冷間プレス成形後の残留応力と、組立時のクランプ寸法が小さすぎることが応力腐食を引き起こす。 ④プレートの漏れ溝部分からわずかに漏れがあり、媒体中の有害物質（例えばC1）が濃縮されてプレートを腐食させ、液の混入が生じている。事例：あるアルミニウム製品会社の硫酸処理システムにある、板材が254 SMo製のBR03型板式熱交換器が、運転開始から5ヶ月後に冷却水側の炭素鋼製接続部が腐食して漏れ、酸液が冷却水側に漏出した。点検の結果、板状酸液の入口部および誘導領域に深刻な腐食と亀裂が見られた。現場での分析により、システムの運転温度、流量、濃度といったプロセスパラメータがすべて設計条件を超えており、使用温度が材料の適用範囲をはるかに超えていることが判明した。 一次側の熱源として飽和蒸気を使用するプレート式熱交換器は、運転中にプレートが腐食しやすく、その結果製品の混入が起こります。 これは蒸気の温度が高いため、装置が稼働中にゴム製のシールパッドが高温で機能を失いやすく、その結果蒸気が漏れ出して2重シール部で急速に凝縮するからです。 外部への漏れが続くにつれて、凝縮された残留液がますます蓄積し、局所的にClの質量濃度が高くなる領域が形成され、板の表面にある不動態層を破壊する腐食条件が生じる。 同時に、この領域の板金が冷間圧延されることで生じる内部応力が大きいため、表面の不動態層が破壊されると、その内部応力によって応力腐食が発生する。 処理方法 ① ひび割れや穴がある板を交換し、現場で透光法によって板のひび割れを探す。②運転パラメータを調整し、設計条件を満たすようにする。③熱交換器の修理・組み立て時のクランプサイズは規定に適合していなければならず、小さい方が良いというわけではありません。④ 板材材料を適切にマッチングする。 2.3 圧力降が過大 2.3.1 発生原因 ①運用中のシステム配管が適切に洗浄されておらず、特に新しく設置されたシステム配管内の多くの汚れ（溶接スラグなど）がプレート式熱交換器の内部に入り込む。プレート式熱交換器の流路断面積が狭いため、内部の沈殿物や懸濁物が角部や誘導域に蓄積し、その部分の流路面積が大幅に縮小する。これにより圧力損失が主にこの部位で生じる。② プレート式熱交換器を初めて選定する際に面積が小さすぎると、プレート間の流速が過度に高くなり、圧損が大きくなってしまいます。 ③ 板式熱交換器を一定期間運転すると、板の表面にスケールが付着することで圧損が過大になる。 2.3.2 処理方法 ① 熱交換器の流路内にある汚れやフィンのスケールを除去する。新しく運用を開始したシステムの場合は、実情に応じて毎週1回洗浄する。 板金表面のスケール除去（主にCaCO₃を指す）。その際、洗浄液として0.3％のアミノスルホン酸溶液、または0.3％のウロトピン、0.2％のアニリン、0.1％のケイ酸カリウムを含む0.8％の硝酸溶液を使用し、洗浄温度は40～60℃とする。装置を分解せずに化学浸漬洗浄を行う場合は、熱交換器の冷却媒体の入口・出口を開けるか、装置を設置する際に媒体の入口・出口の接続管にDN25の洗浄用接続口を取り付け、調合した洗浄液を装置内に注入します。浸漬した後は清水で残留した酸液をきれいに洗い流し、pHを7以上にします。分解して洗浄する際は、板を洗浄液に30分間浸し、その後柔らかいブラシでスケールを軽くこすり、最後に清水できれいに洗い流します。洗浄時は、板材やゴムパッドが損傷しないように注意する必要があります。 機械的逆洗を行わない場合は、事前に媒体の入口・出口配管に接続口を設け、装置を洗浄用車両に接続し、媒体の流れとは逆方向に洗浄液を装置内に注入する。循環洗浄時間は10～15分で、媒体の流速は0.05～0.15 m/sに制御する。最後に清水で数回循環させ、清水中のClの質量濃度を25 mg/L未満に抑えます。② 二次循環水には、できれば軟化処理を施した軟水を使用するのが望ましい。一般的に、水中の懸濁物質の濃度は5 mg/L未満、不純物の直径は3 mm未満、pHは7以上であることが求められる。水温が95℃以下の場合、CaおよびMgの濃度は2 mmol/Lを超えてはならない；水温が95℃を超える場合、CaおよびMgの濃度は0.3 mmol/L以下でなければならず、溶存酸素の質量濃度は0.1 mg/L以下でなければならない。③集中暖房システムでは、一度に二次側に水を補給する方法を採用できる。 2．供熱温度が要求を満たせない 2．発生原因 ① 一次側の媒体流量が不足し、熱側の温度差が大きくなり、圧力降下が小さくなる。② 冷却側の温度が低く、また冷却端と加熱端の温度も低い。③ 並列で運転される複数のプレート式熱交換器の流量配分が均一ではない。④熱交換器の内部に深刻なスケールが発生している。 処理方法 ① 加熱源の流量を増やすか、加熱源媒体の配管直径を大きくする。② バランス良く並列運転される複数のプレート式熱交換器の流量。③板式熱交換器を分解し、板の表面に付着したスケールを洗浄する。