用語集

熱媒

樹脂製造プロセス、繊維製造プロセス、一般化学工業プロセスなどの、200～350℃レベルでの伝熱メディアとして、広く使用されている。
熱媒には、石油留分および化学的に合成された有機系熱媒と溶融塩などの無機系熱媒がある。有機系熱媒のうち合成系熱媒は、劣化しても再生処理して使用できるので経済的である。
化学的には、ジフェニールエーテルとビフェニールの共融混合物、アルキルナフタリン系、アルキルビフェニール系、ジベンジルトルエン系、アルキルベンゼン系、シリコーン系、フッ素系などがある。
耐熱性があるが、炭化水素の一種であり、可燃物で消防法上の危険物に指定されており、保有量によっては設置場所の制限を受ける。また公害発生の面から、劣化した熱媒をそのまま廃棄することは禁止されている。

熱媒加熱システム

熱媒体を高温に加熱し、ボイラーとユーザー間を循環させ、加熱または冷却操作を行うシステムのこと。

液相加熱、液相加熱システム

熱媒体を液相の状態で循環加熱するシステムのこと。熱媒ボイラーの他循環ポンプと、膨張槽から成るきわめて簡単なシステムで、設備費が安いく運転が容易である。

気相加熱、気相加熱システム

熱媒体を気相で供給し加熱するシステムのこと。潜熱を利用し加熱するため、プロセスの均一温度加熱に適している。しかし、液相循環システムと比較すると設備費がかさみ、システム設計に適切さを欠くと、運転が困難になることもある。

加熱冷却システム

被加熱体を加熱し、加熱後冷却が必要となる場合に使用されるシステム。系は加熱系と冷却系に分かれ、おのおの熱媒・冷媒系と区別され、一般的には熱媒体は熱媒ボイラーで加熱循環され、冷媒は冷却水で冷やされ、被加熱体へと循環される。

溶融塩加熱システム

一般的な有機熱媒では使用できない350℃を超え、600℃の高温の熱媒が必要な場合に使用されるシステム。溶融塩は、常温では固体なので、融点以上に加熱溶融して使用する。運転停止時には系内から溶融槽に抜き出しておくことが必要となる。

熱媒体の劣化

主に分解および重合反応により熱媒体中に低分子物質と高分子物質が生成して、熱媒体の特性が変化すること。要因としては、熱、空気中の酸素、プロセスからの化学物質の混入などがある。

ⅰ）熱による劣化

熱媒体は長時間高温に加熱されると原子間、分子間などの連鎖が切れて分解物が生成する。分解物には、ガス、低分子物質、ラジカル分子などがある。このラジカル分子は他の分子に付加して重合反応の要因になる。この重合反応は連鎖的であり、時間とともに重合物の生成量や分子量が増す。しかし、粘度などの熱媒体の物性の変化は徐々に現れてくるので、定期検査による追跡が必要である。外観は、黄色から茶褐色へ、さらに黒色に変わっていく。

ⅱ）酸化による劣化

熱媒体は高温で空気中の酸素と接触すると、酸化により有機酸が生成する。この有機酸が熱媒体の重合反応を促進する。この反応は、温度が高いときだけではなく、100℃前後の温度でも起き、反応速度が熱による重合よりも早いので注意が必要である。粘度が増すほか、外観は、黄色から茶褐色へ、さらに黒色に変わっていく。また、発生した有機酸は水が存在すると設備の腐食につながる。

ⅲ）異物混入による劣化

熱媒反応設備などから被加熱物が混入すると、
a）混入した物質が触媒となって熱媒体の分解・重合反応を促進することがある。
b）混入した物質と熱媒体が反応して、熱媒体が分解・重合することがある。
c）混入した物質が熱媒体に溶けない場合にも、そのまま熱媒体中で分解・重合することがある。
d）劣化が起きない場合でも、熱媒体の特性が変化して熱媒システムの運転ができなくなることがある。
e）膨張槽、熱媒配管などから鉄錆が混入すると、熱媒体の分解・重合反応を促進することがある。

熱媒体の分析・試験

つぎの4項目の判定のために行う分析・試験のこと。
a）熱媒体の劣化の状況の程度
b）熱媒体の使用設備に与える影響の推定
c）熱媒体の今後の耐用年数、または再生・交換の時期の推定
d）熱媒体の再生収率の推定
分析・試験は使用している熱媒体の種類や劣化状況に応じて、分析・試験項目を選んで行う。

熱媒体の劣化度の判定

劣化度の判定とは、各種の分析・試験の結果から劣化の内容と劣化の程度を推定することをいう。したがって、劣化度の判定には、主成分の変化量および重質物の発生量を正確に求めることが重要である。

熱媒体の再生

熱媒体の再生は、再生基準を目安として適切な再生収率を確保し経済的にも有利であると判断された時期に行われる。再生収率は熱媒体の劣化度で決まる。鉱油系の熱媒体は再生ができず、新油と交換する。

パッケージ型熱媒ボイラー

工場にて労働基準局の構造検査を受け、完成品としてユーザーに納入される。1,200万kcal/h出力までがシリーズ化されている。
パッケージ型熱媒ボイラーでは、出力に対する炉体表面からの放熱損失割合が少ないこともあり、80～83％の高い熱効率を得ることも可能である。しかし、C重油などの硫黄分が含まれている燃料の場合は、排ガス中のSOxによる硫酸露点腐食が起こるので、予熱温度の設定、およびエアプレヒータの材質の選定が重要である。

炉筒煙管型熱媒ボイラー

スチームボイラーで多く使われている形式で、初期の熱媒ボイラーはこの形式のものがほとんどで、気相（蒸気）ボイラーとして使われている。ボイラー内の熱媒保有量が大きく、すなわち熱容量が大きいため、ユーザー側の大きな負荷変動への対応は良いが、昇温に多くの時間を費やす弱みがある。また、缶内の熱媒の流れが少ないため、局所過熱を起こしやすく、熱媒体の劣化を早めることがある。構造上、製作工場にて完成品とする必要があるので、輸送制限から250万kcal/h出力が最大とされている。

単一ユーザー加熱システム

いわゆるワンボイラー、ワンユーザーと呼ばれるシステムで、もっともシンプルなフローとなる。加熱された熱媒体は、循環ポンプより直接ユーザーに送られ顕熱を与えた後は、ボイラーへと循環される。

多ユーザー加熱システム

1つの熱媒ボイラーにて複数のユーザーを加熱するシステムである。各ユーザーは同一温度であったり、異なった温度であったりする。加熱システムは多ユーザーに対して1台のボイラーなので、省力化が最大のメリットである。

制御システム

熱媒ボイラーは、通常ボイラー出口の温度（蒸気ボイラーについては、蒸気の圧力）を一定に保つように燃焼量をコントロールする。燃焼制御方式として、次のような方法がある。

a）ON-OFF制御
燃料ラインの自動弁と燃焼空気用ダンパーをON-OFFさせることにより燃焼と停止を繰り返し、ボイラー出口の温度を一定に制御するもので、もっとも簡単な制御方法である。
b）3位置制御
自動弁で操作する燃料用ノズル2本と、燃焼空気用ダンパーを有し、2本とも燃焼（高燃焼）、1本燃焼（低燃焼）、2本とも停止（停止）の3動作により、ボイラー出口の温度を制御するもので、ON-OFF制御より着火動作が少なくなり出力と出口温度の変動が小さくなり、熱媒ボイラーではもっとも一般的に使用される。
c）比例制御
温度調節計のPIDコントロール信号により、燃料および燃焼空気ラインの調節弁を作動させ燃焼制御を行う方法と、1台のコントロールモータにより、リンク機構で連結した燃料ライン、および燃焼空気ラインの調節弁を駆動させ燃焼制御を行う方法がる。

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