タンクの加熱

前述の通り、コンテナターミナルでは貯蔵タンクの加熱が義務付けられています。ほとんどの炭化水素、アスファルト、ビチューメンおよび重油を適切に取り扱うには、室温以上の温度が必要です。これらの製品は常温で非常に粘度が高いため、ターミナル内での内部輸送作業や外部配送では、これらの条件下での取り扱いは不可能です。

通常、これらのタンク内で採用されている加熱システムは、油が循環する網またはコイルです。これが最もシンプルなシステムです。このコイルを異なる高さに配置することで、より均一に加熱することができます。

コイルの大きさは、熱媒ボイラの全出力をタンクに適切に伝えるために、適切に選択する必要があります。そのため、適切な工学計算を行い、十分な加熱表面積、チューブの直径と長さを決定する必要があります。この幾何形状には独自の圧力損失（ΔP）があり、これは熱媒体油ポンプと全体的な油圧回路の寸法を適切に設計する上で極めて重要です。

加熱する質量と必要な温度上昇を、加熱コイルの適切なサイズ設定とボイラ出力を決定するために、事前に把握しておく必要があります。

この種の用途では、大量の製品がタンク内で固まらないようにすることが不可欠であり、加熱システムの信頼性を確保することが重要です。そのため、各施設には、ボイラ2台とポンプ3台を設置するのが一般的です。この方式により、常に予備のボイラ1台と予備のポンプ2台が用意されます。

一部の施設のタンクには、加熱コイルに加えて、吸引部の粘度を低下させるための吸引式ヒーターが設置されています。これは、熱媒体油チューブが輸送される流体と直接接触する開口式熱交換器です。

このシステムは、両方のボイラの同時運転または交互運転ができるように設計可能です。以下の図に示すように、3つのポンプのいずれも、手動弁システムを使用することで、任意のボイラとも組み合わせて使用できます。

加熱の種類

直接加熱

直接加熱は、貯蔵タンク内に投入されたプラグヒーターを使用して行われます。一般的には、3～4つの抵抗器を使用し、タンクの部の異なる位置に配置します。

これは、熱源（ヒーター）と加熱対象物との間で熱損失がないため、効率的なヒーティングシステムです。

抵抗器に問題が発生した場合は、新しいものと交換することで迅速に解決できます。タンクが空であれば、非常に迅速に行うことができます。

ただし、このシステムはタンク周辺に高い電力供給が必要であり、非常に高いエネルギー消費を伴います。設置された抵抗器は、分類区域用に適したものでなければなりません。

直接加熱システムのエネルギー消費量が高いため、ほとんどの場合、このソリューションは経済的に現実的ではありません。このようなシステムは、容量の少ないタンクや、間接加熱システムの設置が過度に複雑な地域にタンクが設置されている場合に適しています。

間接加熱

前述の通り、間接加熱は熱を運ぶ流体が熱源（ヒーター）から熱消費機器（タンク）へ流れ、コイルや熱交換器を介して熱が伝達され、その後ヒーターに戻る熱伝達回路によって行われます。このプロセスでは、システムの境界壁間で熱の追加や除去は行われません。ただし、環境への熱損失は、チューブネットワークの効率的な断熱により最小限に抑えられます。

熱輸送流体は、その熱輸送の機能を効率的にかつ妥当なコストで実行するために、特定の特性を持つ必要があります。

必要な機能には、以下のようなものがあります：

• 優れた熱伝導性
• 機能的に安定した状態で長期間使用できる優れた熱安定性
• 作業範囲全体における低粘度、特に起動時の高エネルギー消費を低減
• 長時間安全に作業を停止できる低い凝固温度
• システム構成部品に対する低腐食性
• 特定のプロセス要件を処理する技術的対応
• 環境に無害な低毒性で、使用後の廃棄が容易
• 合理的な購入コストとメンテナンスコスト
• 人的・機械的リスクが低く、安全性を確保し、漏洩発生時のコスト高を回避

最も一般的に使用される伝熱流体は、蒸気といわゆる熱流体です。

ただし、いずれの熱伝達流体も上記の条件をすべて完全に満たすことはできませんが、油や熱伝導流体は蒸気などの他の熱伝達流体よりも効率的です。

熱流体は、コンテナターミナルのタンク加熱において、高い技術的性能、高温・低圧環境での動作能力、最終製品温度を決定づける精度の高さ、および汎用性と柔軟性という特徴から、最も優れた熱伝達媒体です。

伝達媒体として熱流体を使用する設備の主要な利点の一つは、蒸気と対照的に、ヒーターと設備の両方で腐食が発生しないため、漏れが発生しない点です。これにより、連続的な生産、安定した稼働、および簡単なメンテナンスが可能になります。

熱流体による加熱

最も単純で一般的な加熱システムは、オイルを循環させるタンク内のグリルまたはコイルで構成されています(図1)。まれに、特に高層タンクの場合、このコイルを複数の段に配置することで、製品の自然対流効果を最小限に抑えることができます。これにより、温度層に変動が生じる可能性があります。

図1.

1) 熱流体のタンク接続用フランジ。2) 吸引式ヒーター3) 内部コイル4 と 5) 熱媒体油の全体回路6) コイルを通る熱媒体油7) 吸引式ヒーターを通る熱媒体油

通常、タンク内には加熱コイルとは独立した吸引式ヒーター（図2）が設置されています。

図2. 吸引式ヒーター。

これらのヒーターは、貯蔵タンクの吸込部で製品を加熱し、その粘度を低下させて液体状態を維持し、必要に応じて適切にポンプ移送を行うために使用され、移送ポンプの過剰なエネルギー消費を回避します。

これらは、タンク内にあるシェルの端部に配置されたオープンエンドの熱交換器であり、製品の大部分が熱流体が流れるチューブ束に流れ込む構造です（図3）。

Figura 3

一次回路（チューブ束）を循環する流体は熱流体であり、タンク内に配置された製品は二次回路（シェル）を循環します。

この装置は、タンクの下部にある側面のメインフランジで接続されています。輸送される加熱された製品は、タンクの外側に設置されたシェルに設置されたフランジから排出されます。

熱流体加熱システムは、この種の用途においては連続的な加熱を確保することが重要であるため、一般に2つの熱媒ボイラで設計されますこれは、大量の製品が高粘度になったり、タンク内で固まることを常に回避するためです。このリスクは、アスファルトやビチューメンなどの製品では特に高くなります。

1台のボイラで必要な熱の100％を生成できるため、もう1台の熱流体ボイラは待機状態になります。1台のボイラの容量範囲が、必要に応じて60～70％の熱を発生するように設計されているので、場合によっては2つのボイラを同時に使用することも可能です。いずれの場合も、2つのボイラは運転を続けるので、どちらかが故障しても再起動操作は不要です。

この回路には、手動弁システムを介して2つのボイラのいずれかと連携して動作する3つの再循環ポンプが搭載されています。1台のボイラで全生産を行う場合は予備ポンプが2台、両方のボイラを使用する場合は予備ポンプが1台用意されています（図4）。

図4

当然ながら、このプロジェクトには、コイルと熱交換器のサイズを正確に測定し、その熱交換面積を算出するための各種熱計算と水力計算が含まれます。また、各タンクに輸送される熱エネルギーが適切に流れることを保証するための熱流体のチューブネットワークも極めて重要です。

主加熱は、タンクの外側に設置された熱交換器を介して行われる場合もあり、直接加熱抵抗器と同様の機能を果たします。この場合、製品は吸引式ヒーターによって吸引され、フランジでタンクに接続されているこれらの熱交換器を通って循環します。バルブシステムにより、最後の熱交換器は、製品が適切な状態にある場合、直接輸送用に供給するか、またはその熱交換器を通じてタンクに送られ、設定した時間まで加熱プロセスを継続することができます。（図5）。

図5

一次回路（チューブ束）を流れる流体は熱媒体油であり、タンク内の製品は二次回路（シェル）を通って循環します。

結論

前述の通り、直接燃焼式ボイラは特殊な用途に適しているのに対し、間接燃焼式ボイラは多様な用途に幅広く対応しています。

直接燃焼式ボイラは、特定の運転向けに高度な技術を用いて設計されているため、製品または運転の仕様が大幅に変更されると、新しいプロセスに対して機器が無効になる場合があります。

一方、間接燃焼式ボイラは、熱伝達の中間流体を使用するため、はるかに柔軟性に優れています。熱がタンクの外側に配置された独立した装置から供給される点においては、加熱装置にはプロセスや設備の変化による大きな影響がないため利点になります。

加熱回路とボイラに腐食や漏れがないことは、間接加熱が非常に効率的で信頼性の高いソリューションであることを意味します。さらに、このシステムは油圧回路の圧力損失を補うために必要な最小限の圧力に限定されており、これにより優れた安全性と柔軟性が確保され、コイルまたは外部交換器の構成に関わらず、精度精度の高い温度制御を実現します。

コンテナターミナルの貯蔵タンクを熱流体システムで加熱することは、明らかな利点をもたらします。

図6.

1) 吸引式ヒーター2) 吸引式ヒーターへの熱流体3) 熱交換器への熱流体4) 熱交換器5) 吸引式ヒーターから熱交換器までのチューブ6) 製品をタンクに戻す7) 供給される製品PO1ポンプ