스테파노 Stefano   16-10-25 16:15 (0A) 질문의 내용이 공장의 현장실무과 직접 관련된 사항이라서 학부과정에서 다루지 않는 내용이고 또한 이를 정량적으로 다루지 않고 정성적으로만 언급하는 것으로는 의문이 말끔히 풀리지 않을 것 같은 느낌입니다.  답글에다 의문해소정도를 알려주세요. (1) 열교환기 튜브의 부식, 마모, 혹은 파손 등에 관해서는 많은 열교환기 전문 서적에서 다루고 있습니다.  따라서 질문순서로 주제를 좁혀 먼저 답하는 것이 좋을 것 같습니다. 1-1A) Shell  Side입구 부분의 튜브의 파손은 주로 고속 Gas 또는 증기에 포함되어 있는 미세 고체분말이나 응축액이 연결배관으로 비교적 빠른 속도로 Nozzle을 통해 관외부에 수직으로 오랫동안 부딛혀 운전됨에 따라 나타나는 "마모" 현상에 기인합니다.  마모가 심해지면 관의 파열이 나타나기도 하겠지만 갑작스레 "파손"되는 것이라기보다는 미리 Pin Hole이 생기고 조금씩 누설이 되기 시작된 후 누설이 심해지는 방향으로 전개 되겠지요.   1-2A) 냉각수 내의 미생물에 의한 부식은 유속이 크게 낮은 경우나 냉각수 수질이 크게 나쁜 경우가 아니면 거의 나타나지 않고 또 설령 그 현상이 나타나더라도 부식속도가 아주 느리고 아주 미량으로도 미생물번식을 억제할 수 있는 약품을 주입하기 때문에 요즘에는 거의 문제되지 않습니다.  1-3A) 이물질 부착에 의한 부식현상은 아주 특별한 경우에 해당하는데 단순히 튜브 표면을 감싸고 있어서 나타나는 현상이 아니고  주로 금속 표면에 국부적으로 무기결정의 석출, 금속피막의 전지효과 등에 의해 나타납니다.  튜브와 석출된 물질간에 국부적 이온의 평형에 의해 나타나는 "전지"현상으로 금속표면에서 전자를 공급하고 석출된 물질에서 전자를 가져가는 현상으로 열교환기 보다는 저장탱크, 구조물, 드럼등의 구석진 부분에서 주로 나타나는 현상입니다.  이로인하여 이물질이 부착된 경계면에서 부식이 심해지는 현상으로 대부분 이물질 밑으로 부식이 진행됩니다.  세부진행과정은 <금속의 부식 현상>에서 찾아볼 수 있는 내용입니다.  이런형태의 부식의 경우에도 장시간에 걸쳐 일어나는 것이며 순식간에 "파손"이 발생되는 경우는 아주 드뭅니다.  1-4A) 냉각수의 보충는 주로 강물이나 호숫물과 같은 지표수를 사용하기 때문에 BOD, COD 값이 그리 높지 않고 냉각탑에서 증발되는 물의 양에 비례한 일정량을 배출(Blow-down)해 주어서 기준농도 이하로 관리하며 냉각수 첨가약품은 미생물억제제, 부식방지제, 스케일 방지제, pH조절체 등이 포함되어있습니다.  (2A) 코팅제를 사용하여 손상된 튜브 수리방법은 없고 이는 냉각기 튜브를 약품으로 세적한 후 산화피막을 형성시켜주기 위해 사용되는 약품을 언급하는 것으로 봅니다 .  만일 몇몇 튜브가 새고 있는 경우 Tube End 부분에서 마개로 막아두는 방법("Plugging")이 사용됩니다.  약품은 Tube Cleaning후 일정농도로 일정시간 순환시켜주는 방법이 사용됩니다.  운전중 손상정도를 파악할 수는 없고 순환냉각수의 품질을 연속적으로 관리하는 방법이 사용됩니다.  냉각수 수질 모니터링은은 Conductivity(염도, 경도 측정용), pH등을 연속측정방법으로 측정하고, COD, 부유무질(Suspended Solids)등은 시료채취하여 실험실에서 분석합니다. (3A) Tube 손상을 막는 방법은 냉각수 품질을 유지하는 방법입니다.  냉각수 수질관리방법에 대해 관련자료를 찾아보면 됩니다 . (4A) 열교환기에서  냉수와 공정물질이 섞여도 문제가 되지 않는 경우...대체로  1) 압력이 높고. 2)오염성분 많고 3) 부식성이 큰 물질을 대개 Tube측으로 흘러가게 설계합니다.  Tube 내면이 외면보다 부식면적이 줄어들고 오염되었을 때 청소하기가 편하며 높은 내압에 유리하기 때문이지요. 냉각수와 공정유체가 직접 접촉하여 좋은 일은 거의 벌어지지 않습니다  어느 경우에는 (예를 들어) 황산냉각기에서 황산이 물에 들어가면 냉각수는 부식성이 강한 물질로 돌변하는 정도이지만 거꾸로 물이  황산에 들어가면 즉시 순식간의 반응으로 폭발이 일어납니다.  Tube가 새고 있다면 유체는 반드시 압력이 높은곳에서 낮은 쪽으로 새어들어가게 되어 있습니다. 따라서  냉각수와 섞여 위험이 있는 경우 어느 한쪽의 압력을 높여서 운전하고 압력이 역전되는 경우 공장이 자동정지되고 긴급조치가 일어나도록 자동 안전장치를 구비해야 합니다.  이러한 경우 미세한 량이 새어나오더라도 감지할 수 있는 점검방법이 반드시 필요합니다.  앞의 황산냉각기의 경우라면 냉각수측의 pH를 측정하여 산도를 연속으로 측정하는 방법이 사용됩니다. (5A) 부식정도를 모사하는 프로그램은 글쎄요.. 들어본 적이 없습니다.    재질별, 온도, 농도에서의 부식을 정확히 알고 있다고 해도 혼합물이 되는 순간 부식성이 크게 달라지는 경우가 많기 때문일 것입니다.    화공장치의 재질 선정은 공정개발연구단계에서 실험실에서 수행하기도 하지만 대부분 오랜 상용공장에서 습득된 경험적 데이터들에 해당합니다.  열교환기 관련 참고서적은 주로 다음과 같습니다.  질문과 같은 내용을 찾아보기에는 적당하지 않지만 전반적 열교환기 이해에 필요한 서적들입니다. 1,2)는 좀 오래된 책이라서 도서관에서라야 찾아볼 수 있는 것이나 기초적인 사항이 잘 정리되어 있어서 바이블로 간주됩니다.  국내서점에서는 (4)번 정도가 겨우 찾아볼 수 있을 정도입니다.  3) 5)7)은 기계적 설계에 참고되는 서적이라서 학부과정에서는 불필요하다고 봅니다.  대신 Perry Handbook, Ulman's Encyclopedia of Industrial Chemistry 등에서 열교환기 주제를 다루는 정도로 만족해야 것으로 생각됩니다.  3)은 미국에서 개발된 것인데 국제표준에 채택된 제작코드집입니다  최신 버젼은 TEMA Site에서 구입가능합니다.  대체로 새책은 최근 발행한 서적에 한하므로 헌책의 경우 아마존 등에서 구입하는 것이 경제적입니다. (1) D.Q. Kern, Process Heat Transfer, MGH, 1950... (2) E. Ludwig, Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Vol II, GPC, 1964, 1977, 1995 (3) Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association(TEMA), Tarry Town, NY (4) 민의동, 열교환기이론과 설계 I,II,III, 화학공업조사회, 1994 (5) A. K, Escoe, Mechanical Design of Process Systems, Vol 2, GPC, 1995 (6) G. F.Hewitt, Heat Exchanger Design Handbook(HEDH),Hemisphere,1983 (7) T Kuppan, Heat Exchanger Design Handbook 2nd ed.,CRC, 2013 (0A) 질문의 내용이 공장의 현장실무과 직접 관련된 사항이라서 학부과정에서 다루지 않는 내용이고 또한 이를 정량적으로 다루지 않고 정성적으로만 언급하는 것으로는 의문이 말끔히 풀리지 않을 것 같은 느낌입니다. 답글에다 의문해소정도를 알려주세요. (1) 열교환기 튜브의 부식, 마모, 혹은 파손 등에 관해서는 많은 열교환기 전문 서적에서 다루고 있습니다. 따라서 질문순서로 주제를 좁혀 먼저 답하는 것이 좋을 것 같습니다. 1-1A) Shell Side입구 부분의 튜브의 파손은 주로 고속 Gas 또는 증기에 포함되어 있는 미세 고체분말이나 응축액이 연결배관으로 비교적 빠른 속도로 Nozzle을 통해 관외부에 수직으로 오랫동안 부딛혀 운전됨에 따라 나타나는 "마모" 현상에 기인합니다. 마모가 심해지면 관의 파열이 나타나기도 하겠지만 갑작스레 "파손"되는 것이라기보다는 미리 Pin Hole이 생기고 조금씩 누설이 되기 시작된 후 누설이 심해지는 방향으로 전개 되겠지요. 1-2A) 냉각수 내의 미생물에 의한 부식은 유속이 크게 낮은 경우나 냉각수 수질이 크게 나쁜 경우가 아니면 거의 나타나지 않고 또 설령 그 현상이 나타나더라도 부식속도가 아주 느리고 아주 미량으로도 미생물번식을 억제할 수 있는 약품을 주입하기 때문에 요즘에는 거의 문제되지 않습니다. 1-3A) 이물질 부착에 의한 부식현상은 아주 특별한 경우에 해당하는데 단순히 튜브 표면을 감싸고 있어서 나타나는 현상이 아니고 주로 금속 표면에 국부적으로 무기결정의 석출, 금속피막의 전지효과 등에 의해 나타납니다. 튜브와 석출된 물질간에 국부적 이온의 평형에 의해 나타나는 "전지"현상으로 금속표면에서 전자를 공급하고 석출된 물질에서 전자를 가져가는 현상으로 열교환기 보다는 저장탱크, 구조물, 드럼등의 구석진 부분에서 주로 나타나는 현상입니다. 이로인하여 이물질이 부착된 경계면에서 부식이 심해지는 현상으로 대부분 이물질 밑으로 부식이 진행됩니다. 세부진행과정은 <금속의 부식 현상>에서 찾아볼 수 있는 내용입니다. 이런형태의 부식의 경우에도 장시간에 걸쳐 일어나는 것이며 순식간에 "파손"이 발생되는 경우는 아주 드뭅니다. 1-4A) 냉각수의 보충는 주로 강물이나 호숫물과 같은 지표수를 사용하기 때문에 BOD, COD 값이 그리 높지 않고 냉각탑에서 증발되는 물의 양에 비례한 일정량을 배출(Blow-down)해 주어서 기준농도 이하로 관리하며 냉각수 첨가약품은 미생물억제제, 부식방지제, 스케일 방지제, pH조절체 등이 포함되어있습니다. (2A) 코팅제를 사용하여 손상된 튜브 수리방법은 없고 이는 냉각기 튜브를 약품으로 세적한 후 산화피막을 형성시켜주기 위해 사용되는 약품을 언급하는 것으로 봅니다 . 만일 몇몇 튜브가 새고 있는 경우 Tube End 부분에서 마개로 막아두는 방법("Plugging")이 사용됩니다. 약품은 Tube Cleaning후 일정농도로 일정시간 순환시켜주는 방법이 사용됩니다. 운전중 손상정도를 파악할 수는 없고 순환냉각수의 품질을 연속적으로 관리하는 방법이 사용됩니다. 냉각수 수질 모니터링은은 Conductivity(염도, 경도 측정용), pH등을 연속측정방법으로 측정하고, COD, 부유무질(Suspended Solids)등은 시료채취하여 실험실에서 분석합니다. (3A) Tube 손상을 막는 방법은 냉각수 품질을 유지하는 방법입니다. 냉각수 수질관리방법에 대해 관련자료를 찾아보면 됩니다 . (4A) 열교환기에서 냉수와 공정물질이 섞여도 문제가 되지 않는 경우...대체로 1) 압력이 높고. 2)오염성분 많고 3) 부식성이 큰 물질을 대개 Tube측으로 흘러가게 설계합니다. Tube 내면이 외면보다 부식면적이 줄어들고 오염되었을 때 청소하기가 편하며 높은 내압에 유리하기 때문이지요. 냉각수와 공정유체가 직접 접촉하여 좋은 일은 거의 벌어지지 않습니다 어느 경우에는 (예를 들어) 황산냉각기에서 황산이 물에 들어가면 냉각수는 부식성이 강한 물질로 돌변하는 정도이지만 거꾸로 물이 황산에 들어가면 즉시 순식간의 반응으로 폭발이 일어납니다. Tube가 새고 있다면 유체는 반드시 압력이 높은곳에서 낮은 쪽으로 새어들어가게 되어 있습니다. 따라서 냉각수와 섞여 위험이 있는 경우 어느 한쪽의 압력을 높여서 운전하고 압력이 역전되는 경우 공장이 자동정지되고 긴급조치가 일어나도록 자동 안전장치를 구비해야 합니다. 이러한 경우 미세한 량이 새어나오더라도 감지할 수 있는 점검방법이 반드시 필요합니다. 앞의 황산냉각기의 경우라면 냉각수측의 pH를 측정하여 산도를 연속으로 측정하는 방법이 사용됩니다. (5A) 부식정도를 모사하는 프로그램은 글쎄요.. 들어본 적이 없습니다. 재질별, 온도, 농도에서의 부식을 정확히 알고 있다고 해도 혼합물이 되는 순간 부식성이 크게 달라지는 경우가 많기 때문일 것입니다. 화공장치의 재질 선정은 공정개발연구단계에서 실험실에서 수행하기도 하지만 대부분 오랜 상용공장에서 습득된 경험적 데이터들에 해당합니다. 열교환기 관련 참고서적은 주로 다음과 같습니다. 질문과 같은 내용을 찾아보기에는 적당하지 않지만 전반적 열교환기 이해에 필요한 서적들입니다. 1,2)는 좀 오래된 책이라서 도서관에서라야 찾아볼 수 있는 것이나 기초적인 사항이 잘 정리되어 있어서 바이블로 간주됩니다. 국내서점에서는 (4)번 정도가 겨우 찾아볼 수 있을 정도입니다. 3) 5)7)은 기계적 설계에 참고되는 서적이라서 학부과정에서는 불필요하다고 봅니다. 대신 Perry Handbook, Ulman's Encyclopedia of Industrial Chemistry 등에서 열교환기 주제를 다루는 정도로 만족해야 것으로 생각됩니다. 3)은 미국에서 개발된 것인데 국제표준에 채택된 제작코드집입니다 최신 버젼은 TEMA Site에서 구입가능합니다. 대체로 새책은 최근 발행한 서적에 한하므로 헌책의 경우 아마존 등에서 구입하는 것이 경제적입니다. (1) D.Q. Kern, Process Heat Transfer, MGH, 1950... (2) E. Ludwig, Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Vol II, GPC, 1964, 1977, 1995 (3) Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association(TEMA), Tarry Town, NY (4) 민의동, 열교환기이론과 설계 I,II,III, 화학공업조사회, 1994 (5) A. K, Escoe, Mechanical Design of Process Systems, Vol 2, GPC, 1995 (6) G. F.Hewitt, Heat Exchanger Design Handbook(HEDH),Hemisphere,1983 (7) T Kuppan, Heat Exchanger Design Handbook 2nd ed.,CRC, 2013

심살 thermo9798   16-10-25 23:03 (+) 제가 쓴 원본글에 오타가 있어서 이를 수정하려고 들어갔는데, 실수로 제 질문이 지워졌습니다..       다행히 제가 한글파일에 질문 써둔 것이 있어서 복사해서 다시 입력하려했는데 입력이 안되네요ㅠㅠ       이를 어쩌면 좋죠..다른 분들도 보시면 좋을텐데..정말 죄송합니다..ㅠㅠ 정말 자세한 답변 감사드립니다..! (1A), (3A), (4A), (5A)에 대한 이해는 아주 잘됐구요. (자세히 설명해주신 덕에) 냉각수 수질관리방법, 적어주신 관련서적은 꼭 읽어보겠습니다. 정말 감사합니다! 그리고 (2A)에 대한 궁금한 점과, 추가 질문이 생겨 다시 질문드립니다. (2A 재질문) 몇몇 튜브가 새고 있는 경우, 그 튜브를 막는 Plugging이 사용된다고 하셨는데요.   운전 중에  어떤 튜브가 새고있다는 것은 어떻게 알 수 있나요?   각 튜브의 끝에서 냉각수가 모여서 한꺼번에 나가는 것으로 알고 있는데,   각 튜브의 냉각수를 채취할 수 있는건가요? 아니면 각 튜브에 점검장치가 달려있나요? (추가질문) 운전중에 이미 발생한 균열의 진행을 더디게 하거나, 다시 막을 수 있는 방법이 있나요?     운전을 멈추고 튜브를 교체하는 것이 가장 이상적이겠지만, 운전을 멈추지않고 해결할 수 있는 차선책이 궁금합니다. (+) 제가 쓴 원본글에 오타가 있어서 이를 수정하려고 들어갔는데, 실수로 제 질문이 지워졌습니다.. 다행히 제가 한글파일에 질문 써둔 것이 있어서 복사해서 다시 입력하려했는데 입력이 안되네요ㅠㅠ 이를 어쩌면 좋죠..다른 분들도 보시면 좋을텐데..정말 죄송합니다..ㅠㅠ 정말 자세한 답변 감사드립니다..! (1A), (3A), (4A), (5A)에 대한 이해는 아주 잘됐구요. (자세히 설명해주신 덕에) 냉각수 수질관리방법, 적어주신 관련서적은 꼭 읽어보겠습니다. 정말 감사합니다! 그리고 (2A)에 대한 궁금한 점과, 추가 질문이 생겨 다시 질문드립니다. (2A 재질문) 몇몇 튜브가 새고 있는 경우, 그 튜브를 막는 Plugging이 사용된다고 하셨는데요. 운전 중에 어떤 튜브가 새고있다는 것은 어떻게 알 수 있나요? 각 튜브의 끝에서 냉각수가 모여서 한꺼번에 나가는 것으로 알고 있는데, 각 튜브의 냉각수를 채취할 수 있는건가요? 아니면 각 튜브에 점검장치가 달려있나요? (추가질문) 운전중에 이미 발생한 균열의 진행을 더디게 하거나, 다시 막을 수 있는 방법이 있나요? 운전을 멈추고 튜브를 교체하는 것이 가장 이상적이겠지만, 운전을 멈추지않고 해결할 수 있는 차선책이 궁금합니다.

스테파노 Stefano   16-10-26 10:26 (1) 문이 모두 지워졌군요.  그러나 독자들이 답글을 읽어보면 질문내용을 연상할 수 있을것 같기도 합니다. (2) 참고 서적은 모두 열교환기 관련서적입니다.  냉각수 수질관리 방법에 관한 서적은 주로 수질관리, 수처리, 용수관리에 관련된 서적에서 찾아 볼 수 있습니다 용수관련 서적은 아래의 서적을 참고로 하세요. 1) BETZ Handbook of Industrial Water Conditioning, BETZ Laboratories,  1st ed. 1942, 9th ed 1991, 2) Nalco Water Handbook, Nalco Chem Co., MGH, 3) 용수폐수편람(상,하), 용수폐수편람편집위원회 지음 | 한미 | 2008년 12월 15일 출간 (3) 운전중 새어나오는 것은 연결된 장치에서 냉각수가 누적되거나, 냉각수에 가스가 새어나오는 것으로 알 수 있습니다.  예민한 운전자는 운전중 발견할 수 있으며 초음파 진단기로도 진단이 가능합니다. (4) Plugging 하려면 공장을 정지시키고, 열교환기 Tube Sheet Head Cover를 분리한 다음 누설파이프를 일일이 압력시험함으로써 찾아내고 누설파이프를 찾아내어 Plugging 후 용접처리합니다.  냉각수 부식의 진행억제는 기기별로 하는 것이 아니고, 전체 순환 냉각수 수질관리에 의합니다.  기기단위 누설점검 방법을 사용하는 것으로 전도도 측정, pH측정, Sight Glass에 의한 육안검사, 등 아주 다양합니다 . (1) 문이 모두 지워졌군요. 그러나 독자들이 답글을 읽어보면 질문내용을 연상할 수 있을것 같기도 합니다. (2) 참고 서적은 모두 열교환기 관련서적입니다. 냉각수 수질관리 방법에 관한 서적은 주로 수질관리, 수처리, 용수관리에 관련된 서적에서 찾아 볼 수 있습니다 용수관련 서적은 아래의 서적을 참고로 하세요. 1) BETZ Handbook of Industrial Water Conditioning, BETZ Laboratories, 1st ed. 1942, 9th ed 1991, 2) Nalco Water Handbook, Nalco Chem Co., MGH, 3) 용수폐수편람(상,하), 용수폐수편람편집위원회 지음 | 한미 | 2008년 12월 15일 출간 (3) 운전중 새어나오는 것은 연결된 장치에서 냉각수가 누적되거나, 냉각수에 가스가 새어나오는 것으로 알 수 있습니다. 예민한 운전자는 운전중 발견할 수 있으며 초음파 진단기로도 진단이 가능합니다. (4) Plugging 하려면 공장을 정지시키고, 열교환기 Tube Sheet Head Cover를 분리한 다음 누설파이프를 일일이 압력시험함으로써 찾아내고 누설파이프를 찾아내어 Plugging 후 용접처리합니다. 냉각수 부식의 진행억제는 기기별로 하는 것이 아니고, 전체 순환 냉각수 수질관리에 의합니다. 기기단위 누설점검 방법을 사용하는 것으로 전도도 측정, pH측정, Sight Glass에 의한 육안검사, 등 아주 다양합니다 .