열교환기의 이해
1. 개 요
석유화학장치산업에서 제품의 생산원가를 절감하기 위해서는 열에너지를 효율적으로 사용해야 한다.
이것은 효율적인 연소뿐만 아니라 열에너지의 효율적인 전달도 포함한다.
Heater 에서 불을 땔 때에 유분으로 전달되는 열이 많으면 많을수록 전체 연료비는 적어지고,
특히 뜨거운 제품의 유체의 열을 찬흐름으로 효율적으로 전달해 주어야 제조원가를 낮출 수 있는 것이다.
근래에 들어 에너지의 효율적인 관리에 대한 요구가 극대화 되면서 열에너지의 중요성이 대두 되었다.
1) 열의 종류
(1) 현열 : 물질의 온도를 변화하게 하는 열
(2) 잠열 : 물질의 상을 변화하게 하는 열
(3) 기화열 : 액상에서 기상으로 변화 시키는데 필요한 (현/잠)열
(4) 응축열 : 기상에서 액상으로 변화시키는데 필요한 (잠/현)열
2) 열전달의 개념
온도가 다른 두물체를 접촉시키면 온도가 높은 물체로부터 온도가 낮은 쪽으
로 열은 이동한다.
마침내 두물체의 온도는 같아지게 되며, 결국 열적 평형상태에 도달하게 된
다.
열의 흐름에 의한 열전달 기구는 세가지로서 전도, 대류, 복사등이 있다.
(1) 전도
전도는 물체내의 온도구배가 존재할 때 물체내의 분자의 운동이 뜨거운
곳으로부터 낮은 곳으로 옮겨져 나갈 때에 일어난다.
(2) 대류
대류에 의한 열흐름은 유체의 이동에 의한 것이다.
가) 강제대류
외부의 힘으로 유체가 흐르고 이 유체의 벽과의 사이에서 전열이 되는 것
이며, 이것을 강제대류에 의한 전열이라고 한다
나) 자연대류
온도차에 의해, 즉 유체의 밀도차에 의해 유체의 흐름이 생겨서 벽과의
사이에서 전열이 되는 것이며, 이것을 자연대류에 의한 전열이라고 한다.
(3) 복사
열에너지는 전도에 있어서와 같이 물질내에서 전달될 수도 있고 또 대류
에서 처럼 이동하는 물질에 따라 운반될 수도 있다.
열에너지는 또한 물질이 없을 때에도 전달될 수 있으며, 이것이 바로 복
사열이다. 즉, 복사는 전자파에 의하여 에너지가 공간을 통하여 전달되는
현상이다. 예를 들면 태양열이 지구에 미치는 열을 말할 수 있다.
2. 열교환기의 정의
열교환기란 공정의 Flow 를 구성하는 고정장치물의 일종으로서, 기· 액상의
원재료, 반제품, 제품인 유체가 포함하고 있는 열을 Tube 또는 Plate 의 형
태를 지닌 전열면을 통해 Cooling Water, Air, 원재료, 반제품, 제품유체 상호
간에 열전달을 일으켜 Heating, Cooling, Condensing 등의 기능을 수행하는
설비이다.
3. 열교환기의 종류 및 특성
1) 사용목적에 따른 분류
(1) Heater :
유체를 가열하여 필요한 온도까지 유체온도를 상승시키는 목적으로 사용
(2) Pre-Heater :
유체에 미리 열을 줌으로써 다음단계의 효율을 양호하게 할 목적으로 사용
(3) Super-Heater :
유체를 재차 가열하여 과열상태로 하기 위함.
(4) Vaporizer :
액체를 가열하여 증발시켜서 발생한 증기를 사용하고자 할 때 사용
(5) Reboiler :
장치중에서 응축된 액체를 재차 가열, 증발시킬 목적으로 사용
(6) Cooler :
유체를 냉각하여 필요한 온도까지 낮출 목적으로 사용
(7) Chiller :
빙점이하인 저온으로 냉각시킬 목적으로 사용
(8) Condenser :
응축성 기체를 냉각하여 액화시키는 목적에 사용. 특히 Steam 을 응축시켜 물로 만드는 열교환기를 복수기라 한다.
(9) Heat Exchanger :
협의의 열교환기이며 유체간의 열교환을 시켜서 동시에 한쪽을 가열, 다른 쪽을 냉각시키는 목적에 사용하는 열교환기를 말함.
2) 구조상의 분류
(1) Shell & Tube Type 열교환기
가) Floating Type Heat Exchanger
Tube Bundle 의 Rear End Head Type 에 따라 분류되는 것으로서 대형 중·
저압유체를 Service 하기에 적합한 열교환기로서 비교적 유지보수가 용이하
다. Stationary Head, Shell, Rear End Head 의 조합에 따라 다양한 형식의 열
교환기가 있다. Tube 의 열팽창을 Floating Head 가 늘어남으로서 흡수한다.
온도차가 큰 열교환에 주로 사용한다.
[그림 1] Floating Type Heat Exchanger
나. Fixed Type Heat Exchanger
Tube Bundle 의 Floating Head 부위가 없이 Tube Sheet 가 Shell 에 완전히
고정 설치된 열교환기로 부식성이 적은 고압의 유체를 Service 하는데 적합
하고, 청소와 같은 일반 정비작업은 용이하나 Shell Side 의 청소, Tube 의
부분교체 및 Retubing 이 매우 어렵다
[그림 2] Fixed Type Heat Exchanger
다. U-Tube Type Heat Exchanger
Tube Bundle 의 Rear End 부위가 U-Bending 되어 있어 Tube Side 의 유체
가 Stationary Tube Front End 에서 In,Out Service 되는 것이 특징으로 중·
고압의 유체를 Service 하는데 적합하나 분리, 조립이 어렵고 Outer Tube
Layer 를 제외한 Tube 의 부분교체가 불가능하며 Tube Bundle Rear End
의 Bending 때문에 운전시 진동이 유발될 수 있다.
[그림 3] U-Tube Type Heat Exchanger
아래의 글은 부산에 위치한 두성건드릴(DOOSUNG GUNDRIL)의 김두성사장의 글을 실은것이니 참고 바랍니다
자세한 문의 사항은 055-345-9116으로 문의 바랍니다.
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설계 및 제작에 최소 요구사항을 규정한 규격으로 TEMA & HEI standard가 있는데 TEMA standard는 전 산업에 널리 사용되고 있으며 HEI는 주로 발전 소용 열교환기에만 적용되고있다.
다음은 TEMA에 의한 열교환기의 분류표이다.
TEMA(Tubular Exchanger Manufacturer Association)는 원통 다관식 열교환 기 (Shell & Tube Heat Exchanger)제작자들이 결성한 모임으로 1968년부터 자 신들의 표준규격 (TEMA Standard)을 발표하고 있다.
이 규격은 원통다관식 열교환기의 구조, 설계에서부터 제작, 설치에 이르기 까지 거의 모든 범위를 언급하고 있으며 플랜트 설계시 열교환기의 표준으로 이용되고 있다.
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1.유동두형 열교환기 (Floating Head Type)
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| 2.고정관판형 열교환기 (Fixed Tube Sheet Type) |
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관판을 동체의 양측에 용접 등의 방법으로 고정시킨 구조의 열교환기이다. 동체측유체와 관측유체의 온도에 의해 전열관과 동체는 열팽창차가 생기고 그 때문에 열응력이 큰 경우에는 동체에 신축이음을 설치하여 열팽창을 흡수 하는 구조가 필요하다. 이 형식은 동체측의 청소, 점검 및 보수가 곤란하므로 부식성과 오염이 적고 침전물이 생기지 않는 유체에 적당하다.
고정관판형의 특징은 다음과 같다. |
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 동체의 오염이적고 유체에의한 동체 및 전열관의 온도차가 작을 때 또는 열팽창 차가 작을 때에는 최적의 구조이다.
 종형의 관식반응기로서 용도가 넓다. | |
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| 3.U-자 관형 열교환기 (U-Tube Type) |
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U자관형의 Tube를 사용한 형식의 것이며 Tube는 동체와는 관계없이 유체의 온도에 따른 신축이 자유로우며, 또 Bundle을 그대로 빼내서 청소 및 점검할 수 있는 구조로서 유동두형의 경우와 같다. 그러나 유동두형의 경우 직관이 기 때문에 청소가 쉬우나 U자형의 경우는 관내의 청소가 곤란하다. U자관 형의 특징은 다음과 같다.
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열팽창에 대해 자유롭다.
Bundle을 빼낼수 가 있으므로 Tube외면의 청소도 쉽게 할 수 있다.
 고압유체에 적합하다. 고압유체를 관내에 흘리면 내압부분이 적어도 되 므로 중량을 경감시킬 수가 있다.
 구조가 간단하여 관판이나 동체측플랜지가 적어도 되므로 제작이 비교적 간단하다.
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| 4.케틀형 열교환기 (Kettle Type) |
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동체의 상부측은 증발이 잘되도록 빈공간의 증기실이 있다. 액면의 높이는 최상부관보다 적어도 50mm높게 하는 것이 보통이다.
특징은 다음과 같다.
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폐열보일로는 가장 구조가 간단하다.
따라서 손쉽게 값싼 증기를 얻는데 널리 사용된다.
관속은 유동두식, U자관식으로 할 수가 있으므로 오염되기 쉬운 유체, 압력이 높은 유체에도 적용할 수 있다.
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문 제 점 |
대 책 |
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관내의 유속은 일정속도 이하여야 한다. |
관내 유속은 1.2m/s 이하로 선정. |
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판형 열교환기의 2차측 공급관 압력이 펌프 가동시 정수두 압력보다 낮아 순환불량 |
판형 열교환기내 이물질 부착에 의한 압력상승으로 청소 후 시스템 운전. |
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지역난방 이용 열교환기의 온도 설계시 t10℃로
선정. |
지역난방 이용 열교환기 선정시 상용지역은 t20℃ 선정,아파트는 t10℃ 선정. |
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열교환기 설치시 여유공간 |
Header Box 앞에는 Tube 인출 Space(폭은 Flange 최대 지름 이상,길이는 동체 Flange로부터 측정하여 500mm 이상)를 반드시 줘야 한다.
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열교환기 상호간격은 Flange 사이에서 0.3m 이상으로 한다. |
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압력용기의 천장과의 거리는 압력용기 본체 상부로부터 1m 이상이 되어야 한다. |
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압력용기의 본체와 벽과의 거리는 0.3m 이상 이격시켜야 한다. |
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압력용기 본체는 바닥보다 100m/m 이상 높이 설치되어야 한다. |
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열 교환기 설치시 유의사항
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압력용기와 접속된 배관은 팽창과 수축의 장애가 없어야 한다 |
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압력계는 최대 지시범위가 최고 사용압력의 1.5 ~ 3배의 압력을 지시할 수 있는 것을 압력용기 본체에 부착한다. |
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안전밸브는 내부의 압력이 최고 사용압력에 최고 사용압력의 10%를 가한 압력에서 작동하도록 한다. |
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안전밸브는 용이하게 검사할 수 있는 위치에 용기 본체 또는 이에 부설된 관에 부착하고,또한 밸브측은 수직되게 한다. |
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제1종 압력용기에서 2개 이상의 고양정 안전밸브가 있을 때에는 그 가운데 1개를 Spring Type Pilot 안전밸브로 할 수 있으며,당해 용기 안전밸브 용량의 1/2 이상은 Spring Type 안전밸브에서 배출할 수 있어야 한다. |
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안전밸브는 작용하는 온 압력이 600Kg을 초과할 때는 지렛대식 안전밸브는 사용할 수 없다. |
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대관청 인,허가 사항은 필하였는가? |
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열매가 Steam을 사용할 때에는 열팽창을 고려하여 Steam Header Support는 한곳에만 고정하고 나머지는 자유롭게 이동되도록 한다. |
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차압조정밸브 설치 |
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부하측에 3방 밸브를 설치할 때 유량은 일정하나 2방 밸브일 때는 유량이 감소되는 것을 방지하기 위하여 그림과 같이 차압조정밸브를 설치한다. |
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차압조정밸브에는 By-Pass 배관을 설치하고 차압조정밸브 전에는 Strainer를 반드시 설치하여야 한다. |
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차압조정밸브의 용량은 정상 최소 유량의 20%로 한다. |
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펌프 2대가 정상운전 : 펌프 2대의 전체유량 x 20% (1대가 200GPM일 경우 200 x 2 x 0.2=80GPM) |
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펌프 2대가 부하변동에 의해 최대 2대,최소 1대가 운전되는 경우 : 펌프 2대의 전체유량 x 20%
(1대가 200GPM일 경우 200 x 1 x 0.2 = 40GPM ) |
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[ AFTER COOLER ]
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[ AFTER COOLER ]
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[ U-TUBE 형 ]
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[ STEAM AIR HEATER ]
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[ 온수 가열기 ]
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[ F.O SUCTION HEATER ]
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[ 2ST형 열교환기 ]
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[ COOLING TEST 설비 ]
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[ CONDENSER ]
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[ STEAM HEATER ]
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[ 생산라인용 OIL COOLER ]
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[ 액체저항기용 냉각기 ]
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[ U-TUBE형 STEAM HEATER ]
열교환기 각부명칭
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| 1. Stationary Head-Channel |
21. Floating Head Cover-External |
| 2. Stationary Head-Bonnet |
22. Floating Tube sheet Skirt |
3. Stationary Head-Flange-Channel or
3. Bonnet |
23. Packimg Box |
| 4. Channel Cover |
23. Packimg |
| 5. Stationary Head Nozzle |
25. Packimg Gland |
| 6. Stationary Tube Sheet |
26. Lantern Ring |
| 7. Tubes |
27. Tierods and Spacers |
| 8. Shell |
28. Transvers Baffles or Support Plates |
| 9. Shell Cover |
29. Impingement Plate |
| 10. Shell Flange-Stationary Head End |
30. Longitudinal Baffle |
| 11. Shell Flange-Rear Head End |
31. Pass Partition |
| 12. Shell Nozzle |
32. Vent Connection |
| 13. Shell Cover Flange |
33. Drain Connecton |
| 14. Expansion Joint |
34. Instument Connection |
| 15. Floating Tube Sheet |
35. Support Saddle |
| 16. Floating Head Cover |
36. Lifting Lug |
| 17. Floating Head Cover Flange |
37. Support Bracket |
| 18. Floating Head Backing Device |
38. Weir |
| 19. Split Shear RIng |
39. Liquid Level Connection |
| 20. Slip-on Backing Flange |
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열교환기 시방서
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1. Engineering Specification for Heat Exchanger
1.1 GENERAL
◐Two pass shell의 경우 Longitudinal baffle는 반드시 Welding할 것.
◐J or X type shell은 Condenser나 Reboiler의 경우만 Acceptable함.
◐Packed floating head or floating tube sheet joints(TEMA P or W)는 Not acceptable
◐Tube length : 6100 mm , 다른 tube length의 경우 Deviation작성 요
▣Gasket : 18-8 spiraI wound ( non-asbestos gasket)
▣Temperature :
◐18℃이상 운전되는 H/E : Design metal temperature는 Max. anticipated fluid temp +28 또는 149℃ 중 큰 것으로 한다.
◐18℃이하 운전되는 H/E : 149℃ 및 Min anticipated fluid temp. -5℃가 되어야 한다.
▣Pressure : 다음 중 큰 것으로 한다.
◐Max. Operating Pressure + 10%
◐Max. Operating Pressure + 1.8 kg/cm2
◐Pump shut-off Pressure + 5%(exchanger outlet가 blocked될 수 있을 경우)
▣Vacuum service의 H/E
◐Internal pressure 1.8 kg/cm2 minimum
◐external pressure I.O5 kg/cm2
▣Corrosion allowance (Tube제외)
◐Carbon steel, low alloy pressure part : 3.O mm
◐High alloy pressure part : 1.5 mm
1.2 Steam surface condensers
◐Cleanliness factor는 85%
◐Multi stage ejector는 각기 Surface condenser설치할 것
◐각 ejector는 Full venting load로 설계할 것
◐Hydrazine으로 BFW를 처리할 경우 Surface condenser의 Air cooling region에 있는 Tube는 ASME이어야한다.
1.3 Shell, Channel, and Heads
◐Dished head는 2:1 ellipsoidal
◐Cladding,lining, or overlay의 Minimum thickness는 3 mm after machining
◐Liner는 Vent설치할 것 (Vacuum service 제외)
◐모든 fixed tube sheet exchanger에는 ShelI expansion을 설치한다.(severest조건으로 design)
◐Expansion joint는 Bellows type이며 full design movement에서 1500 cycle로 Rating
1.4 Tubes, tube bundles, and tubesheet
▣Fouling factor는 TEMA recommendation을 따른다.
▣단 Cooling water는 0.0004 M2.Hr.℃/kcal로 한다.
▣Liquid velocity는 0.9 m/s 이상이어야하나 Admiralty tube에서는 2.3 m/s를 초과해서는 안된다.
▣High alloy, non-ferrous(seamless or welded)의 Minimum tube size 및 gage는 19mm OD x 16 BWG임. 단 발주처가 Agree할 경우 16mm OD x 16 BWG 사용가능
▣Admiralty(seamless)의 Minimum tube size 및 gage는 19mm OD x 16 BWG임. 단 발주처가 Agree할경우 16mm OD x16 BWG 사용가능
▣Carbon steel (seamless or welded)
◐Fixed tubesheet : 19 mm OD x 14 BWG
◐Removable bundle : 25 mm OD x 14 BWG
▣Process fluid 와 섞여서는 안되거나 Process fluid에 의해 Tube collapse가 야기될 가능성이 있는 경우 Welded tube to tubesheet joint로 할 것.
▣모든 Shell and Tube Exchanger에는 tube impingement protection을 설치할 것.
◐Increaser type nozzle은 unacceptable.
◐Perforated plate는 발주처의 approval 필요
▣Floating tubesheet와 Baffle 간격이 450 mm 이상일 경우 Support plate설치할 것
▣Complete drainage 설비를 갖출 것
◐Notch는 10 mm를 초과할 수 없다.
◐Pass partition은 6 mm hole을 만든다.
◐Steam이나 water가 shell에 Service될 경우 Vertical cut baffle을 사용할 것.
▣Carbon steel tubesheet는 특별한 규정이 없는 한 Admiralty tube와 함께 사용.
▣Austenitic stainless steel를 함유한 Molibdenum tube는 autogeneous longitudinal weld seam으로 사용불가
▣Baffle및 Support plate의 minimum thickness는 1O mm 임.
▣Cooling water side의 nozzle은 flat faced flange 사용
▣Blind flange는 NPS 3 이하 (for alloy or nonferrous )
▣Lining, cladding의 경우 NPS 4 이상 사용가능 (Metal temp.가 허용된다면)
▣2.0 kg/cm2.G 이하 Steam 또는 C.W service의 경우 NPS 3/4 class 6000 half coupling을 Vent,dtain용으로 설치할 것. 기타의 Vent, drain 은 NPS 1, flanged일 것
▣Cooler와 condenser의 water side에는 2개의 NPS 1-1/2 chemical clean-out connection을 설치할 것
▣Steam surface condenser에는 Admiralty tube를 사용할 것 (Admiralty B,C,D)
◐이 때의 Tube sheet는 Naval brass, SB-171, Copper alloy UNS C46400
◐Admiralty tube의 Max. temp.는 232℃임.
▣Bellows type expansion joint는 Inconel 600이며 Shell에 water service의 경우 Monel(Horizontal exch. only)사용
▣Process hydrocarbon에는 Copper나 Silver가 함유된 재질 사용 불가
▣Exchanger data sheet에 명기되어 있지 않을 경우 Baffle과 tie rod의 재질은 SS316 이어야 함.
▣Hydrostatic test pressure : UG-99(b) of the code
▣Hydrostatic test
◐300계열의 Stainless steel에는 Chlorine content가 30 PPM이하의 물을 사용할 것.
◐불가할 경우 물을 sodium nitrat로 inhibited시킬 것.
◐이때 Inhibitor 주입량은 Chloride량과 PH에 의하여 정할 것(0.1% sodium nitrate로 400ppm chloride, 8 PH cover)
2.CLARIFICATION ITEM / CHECK LIST FOR HEAT EXCHANGER
2.1 CODE
◈PRESSURE VESSEL SHALL BE DESIGNED IN ACCORDANCE WITH "ASME
Sec.Ⅷ Div.1 1995 ED.+ 1996 ADD.",LATEST EDITION.
◈"TEMA Std,class B, 7th ED. + up to 1991 ERRATA",LATEST ED.
◈"EJMA. 1993.6th.ED.+1994 ERRATA",LATEST EDITION.
2.2 MATERIAL
◈"ASME" or "ASTM" MATERIAL SHALL BE USED.
◈IF "JIS" MATERIAL WILL BE USED FOR NON-PRESSURE PART, THE APPLIED PART AND MATERIAL COMPARISON LIST SHALL BE SUBMITTED IN ACCORDANCE WITH "MATERIAL DEVIATION SHEET".
2.3 DETAIL DESIGN
◈FOR THE DETAIL DESIGN OF H/EX THE "SPEC. SUMMARY SHEET", SHALL BE APPLIED/ SHALL BE CONFIRM!ED IN ACCORDANCE WITH "PROJECT SPECIFICATION ".
2.4 SCOPE OF SUPPLY/WORK
◈THE SCOPE OF SUPPLY/WORK SHALL BE IN ACCORDANCE WITH "REQUISITION".
◈IF ANY DEVIATION, VENDOR SHALL CLEARLY SPECIFY IN " DEVIATION LIST".
2.5 SPARE PART
◈THE SPARE PART SHALL BE SUPPLIED IN ACCORDANCE WITH "AMOUNT OF SPARE PARTS".
◈SPARE PARTS FOR 1-YEAR OPERATION SHALL BE SEPARATELY QUOTED.
2.6 WELDING PROCESS
◈FOR WELDING PROCESS, FCAW(FLUX-CORED ARC WELDING) MAY BE USED ONLY UPON THE REQUIREMENT OF "FCAW APPLICATION LIMIT".
2.7 SUB-VENDOR LIST
◈SUB-VENDOR LIST(GASKET etc.) SHAlL BE SUBMITTED FOR APPROVAL.
2.8 UNITS SYSTEM
◈ALL UNITS(SYMBOLS, DIMENSION etc.) SHALL BE IN ACCORDANCE WITH METRIC SYSTEM EXCEPT FLANGE RATING & PIPE SIZE. (COMPUTATIONS MAY BE IN THE UNITS OF CHOICE, BUT ALL INPUT DATA AND RESULT MUST BE GIVEN IN THE METRIC SYSTEM.)
2.9 SPECIAL CONSIDERATION
◈THE FOLLOWING PARTS SHALL BE SPECIALLY CONSIDERED IN VENDOR'S QUOTATION.(REFER TO QUOTATION)
2.10 SUBMIT
◈VENDOR SHALL FILL-UP "QUOTATION SUMMARY SHEET" AND SHALL SUBMIT IT WITH QUOTATION. AND BREAKDOWN LIST SHALL BE SUBMITTED.
2.11 DEVIATIONS
◈DEVIATIONS FROM THIS REQUISITION SHALL BE CLEARLY LISTED IN "DEVIATION LIST".
◈UNLESS OTHERWISE SPECIFIED IN THE DEVIATION LIST,VENDOR MUST FULLY SATISFY ALL REQUIREMENTS OF DESIGN DATA SHEET,PROJECT SPECIFICATION AND SUPPLY/WORK SCOPE SPECIFIED IN THE REQUISITION.
2.12 REQUIREMENTS
◈THE FOLLOWING PARTS SHALL BE SPECIALLY CONSIDERED IN VENDOR'S QUOTATION.(REFER TO QUOTATION)
◈VENDOR SHALL DESIGN THE DETAILED DEMENSIONS IN ACCORDANCE WITH "CODES" AND ATTACHED "SHELL & TUBE TYPE HEAT EXCHANGER DESIGN GUIDE", AND MEET THE GENERAL REQUIREMENT OF "JOB SPECIFICATIONS".
◈ALSO, VENDOR SHALL GAURANTEE THE STRENGTH OF EQUIPMENT.
3. SPEC' SUMMARY SHEET FOR SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER
*. The information given shall include but not be limited to the following.
3.1 WIND LOAD( P=cqA )
⑴WIND VELOCITY : 40 m/s
⑵DESIGN WIND PRESSURE(q)
◈H ≤ 16 M -----> q = 50
◈H > 16 M -----> q = 100 ( H : Meter , q = ㎏/㎡ )
⑶AERODYNAMIC LOAD COEFFICIENT(c)
REFER TO SPECIFICATION
①SMOOTH SURFACE
+.h/D = 1 → 0.5
+.h/D = 7 → 0.6
+.h/D = 25 → 0.7
②ROUGH SURFACE
+.h/D = 1 → 0.7
+.h/D = 7 → 0.8
+.h/D = 25 → 0.9
※USE INTERPOLATION FOR OTHER h/D VALUES
⑷FOR PROJECTED AREA(A) CALCULATION,
+.COEFFICIENT OF EFFECTIVE DIAMETER : 1.3 FOR ALL ITEMS
3.2 PRESSURE
◈FOR VACUUM SERVICE,EXTERNAL PRESSURE : 1.05 ㎏/㎠G
◈MINIMUM INTERNAL PRESSURE : 1.8 ㎏/㎠G
3.3 SEISMIC LOAD
◈SEISMIC FACTOR K = 0.05
3.4 ERECTION LOAD FACTOR
◈ERECTION LOAD FACTOR FOR ERECTION & HANDLING = 1.2
3.5 JOINT EFFICIENCY
◈HEAD : 1.0
◈SHELL : Min. 0.85(VENDOR MAY USE HIGH JOINT EFFICIENCY
CONSIDERING ECONOMICAL DESIGN)
3.6 MATERIAL
◈SHELL/HEAD/EXTERNAL ATTACHMENT :AS PER "ENG'G DRAWING" OR "DATA SHEET"
◈INTERNAL WELDED ATTACHMENT AND SUPPORT --> THE SAME AS SHELL MATERIAL
◈MAXIMUM CARBON CONTENT OF STAINLESS STEEL SHALL BE O.O40 %
3.7 ALLOWABLE STRESS
◈BODY MATERIAL : AS PER CODE
◈HIGH ALLOY FLANGE : LOWER ALLOWABLE STRESS TO BE USED
◈ANCHOR BOLT : 1055 kg/㎠
◈ALLOWABLE BEARING PRESSURE : 40.8 kg/㎠
◈CONCRETE COMPRESSIVE STRESS : 280 kg/㎠
3.8 MIN. THICKNESS OF H/EX
◈SHELL AND HEAD : ACCORDING TO TEMA TABLE CB-3.13
◈FOR ALLOY SHELLS,HEADS & CHANNELS, CORROSION ALLOWANCE SHALL BE ADDED TO MIN.TH'K LISTED IN TEMA TABLE CB-3.13
◈MIN. THICKNESS OF LINING ,CLADDING or ALLOY WELD OVERLAY : 3 mm
◈MIN. THICKNESS OF SUPPORT : 6 mm (INCLUDING C.A 1.5mm)
◈MIN.TUBESHEET TH'K : 38mm
3.9 CORROSION ALLOWANCE (EXCLUDE TUBE)
◈BODY : AS PER "ENGINEERING DRAWING" OR "DATA SHEET"
GENERAL : C.S(3mm) , SUS(1.5mm)
◈SADDLE, LUG : 1.5 mm(TOTAL)
◈EXTERNAL ATTACHMENT : NONE
◈ANCHOR BOLT : 3 mm( dia.)
◈INTERNAL ATTACHMENT
+.NON-REMOVABLE PART : 3mm FOR EACH SURFACE OF INTERNALS (C.S) , 1.5mm FOR EACH SURFACE OF INTERNALS (S.S)
+.REMOVABLE PART : 1.5mm FOR EACH SURFACE OF INTERNALS (C.S)
3.10 NOZZLE
◈AS PER ENG'G DRAWING
3.11 MISCELLANEOUS
◈MINIMUM DISTANCE OF STIFFENER RING : 3600 mm
◈FIRE PROOFING
+.AS PER ENG'G DRAWING
+.MATERIAL DENSITY : 2400 kg/㎥
◈INSULATION
+.THICKNESS : AS PER ENGINEERING DRAWING
+.MATERIAL DENSITY : 100 kg/㎥
◈MISCELLANEOUS DESIGN LOAD : AS PER SPECIFICATION
◈MINIMUM THICKNESS OF PASS PARTITION : 10mm (GASKET CONTACT SURFACE)
◈MAXIMUM CARBON CONTENT OF STAINLESS STEEL WELDING RODE : 0.04%
◈THE INTERNAL WELDS OF TYPE 317L SS EQUIPMENT SHALL BE OVERLAYED WITH TYPE 904L OR EQUAL ALLOY.
◈EXPANSION JOINT
+.BELLOWS TYPE AND RATED FOR 1500 CYCLE
+.MATERIAL:INCONEL 600 EXCEPT UNS 4400(MONEL) FOR HORIZONTAL EXCHANGER WITH WATER ON THE SHELL SIDE.
+.SHIPPING BARS
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열교환기의 이해
열교환기는 고정두부, 동체부, 후두부의 모양에 따라 분류되며, 2개의 유체 사이에 열의 교환을 행하는 것으로 건물, 화학공장 등에 일반적으로 널리 쓰이고 있다.
고정관판식 다관원통형 열교환기
○ 다관식 중에서는 가장 간단한 구조를 가지고 있다.
○ 양관판은 용접 또는 죔볼트 플랜지와 같은 방법으로 고정되고 전열관은 고정 관판에 확관 또는 용접으로 붙인다. 온도차에 의한 열팽창의 고려는 할 필요는 없고, 오염이 적은 유체를 동체에 흘려보내는 경우만 쓰여진다.
○ 동체측과 관측의 양 유체의 온도차가 100 K{100 ℃}이상인 경우 또는 온도차가 적더라도 동체와 전열관의 재질이 달라서 온도변화에 의한 신장의 차가 크게 되는 경우에는 신축이음을 동체에 설계한다.
U자관식 다관원통형 열교환기
○ 전열관을 U자형으로 굽혀 관끝을 관판에 붙인 것이다. 관다발은 열팽창에 대해 자유롭고 관판도 고정 관판뿐이기 때문에 구조가 간단하다.
○ 관다발을 용이하게 빼낼 수가 있기 때문에 동체 및 관외부 청소는 할 수 있지만 관내부는 제트크리너를 쓰지 않으면 청소가 곤란하다. 또, 전열관의 구조면에서 관의 교환은 외측은 할 수 있지만 내측만 할 수는 없다.
○ U자관식은 케틀형 리보일러에 이용되는 경우도 있으며, 아래 그림에 나타낸 바와 같이 증기발생기, 보일러 연료유가열기, 온수가열기 등에 쓰여진다.
유동두식 다관원통형 열교환기
○ 2개의 관판을 가지는 열교환기 안에 한쪽의 관판은 칸막이실측에 볼트로 고정하고, 다른 쪽의 관판은 자유롭게 전열관의 길이 방향으로 이동될 수 있도록 한 구조이다.
○ 전열관은 고정 관판 및 유동 관판에 확관 또는 용접으로 고정되어 있다. 동체와 관다발은 열팽창이 자유롭고 관다발은 동체 내에 쉽게 넣고 빼낼 수 있다.
○ 유동두식은 동체측이나 관측의 청소가 쉽기 때문에 설계조건 및 운전 조건에 따라서 융통성이 크지만 구조가 복잡하고 비용이 높은 결점이 있다.
케틀형 유동두식 다관원통형열교환기
○ 관다발은 (다)의 유동두식과 비슷하지만 동체가 증발기 등과 같이 열교환기에 있어서 동체측 유체의 상의 변화(액체에서 기체로 변화)할 경우 기액분리를 하기 위한 목적으로 전열관군 상부에 공간을 설치한 것이다.
○ 정제 과정에 있어서 응축된 기름을 재 증발시키기 위하여 관다발에 증기 또는 뜨거운 기름을 통과시키고 그 주위에 기름 등을 넣어 재 증발시키기 위하여 쓰이는 리보일러 등이 많다.
코일형 열교환기
○ 전열관을 코일식으로 감은 관다발을 원통형 압력용기에 넣어 전열관내의 유체와 용기내의 유체 사이에 열교환을 시키는 경우이다.
○ 순간온수가열, 보일러용 연료의 가열 등에 많이 쓰인다. 일반적으로 전열관내에 가열유체(주로 증기)를 통과시킨다.
이중관식 열교환기
○ 아래 그림과 같이 외관중에 전열관을 동심원상으로 삽입해 각각 유체를 흐르게 하여 열교환을 시키는 구조의 열교환기이다.
○ 구조는 비교적 간단하여 고압에도 사용할 수가 있으며 누설이 발생하기 어렵기 때문에 고장이 적고 필요에 따라 증설을 용이하게 할 수 있다.
○ 내관에 누설이 발생하면 보수할 수가 없다.
나선형 열교환기
○ 아래 그림과 같이 나선형(helical) 열교환기는 2장의 전열판을 일정 간격으로 유지하며 소용돌이 형태로 말아, 이것에 의해 생기는 2개의 통로에 고온유체 및 저온유체를 각각 흘려 상호간에 열교환을 시키는 것이다.
○ 양 유체의 상대적 흐름 방향에 따라 향류, 병류, 직교류의 3형식이 있다. 또한 사용형태에 따라 직립형, 횡형, 가도식(可倒式)이 있다.
○ 매우 컴팩트하여 설치 면적이 적고, 단일 유로에서 유속을 크게 할 수 있기 때문에 전열계수가 크며, 스케일이 붙기 어렵다는 점 등 많은 이점을 갖고 있다.
판형 열교환기
○ 아래 그림과 같이 유로 및 강도를 고려하여 요철형으로 프레스 성형된 전열판을 포개어, 교대로 각각의 유체가 흐르도록 한 구조의 열교환기이다.
○ 고무 또는 합성수지제 가스켓을 사용하기 때문에 고압 및 고온용으로는 적합하지 않지만 전열판은 쉽게 분해, 청소를 할 수 있고, 보수점검이 용이하며 전열판 개수의 증감에 따라 용량의 조절이 가능하다.
○ 컴팩트하여 설치공간이 많이 필요치 않아 약품공업, 식품공업 등에서 널리 사용되고 있으며 최근에는 화학설비에도 이용되고 있다.
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