게시판 > 질답게시판 > Steam Jacket 배관 설계관련 조언을 구합니다.

스테파노 Stefano

23-02-28 23:58

Jacketed Pipe에서의 열전달 계수를 계산하는 수식을 열전달관련 참고서적에서 찾아볼 수 있습니다.
이를 먼저 찾아보시고 다시 질문 바랍니다 .

김두환 doowhan1000z

23-03-08 17:31

1. steam jacket pipe 관련해서 spirax sarco의 "스팀시스템 데이타 북" 의 B-197에 보시면 아래와 같이 Recommand 합니다.
1) 일반적으로 6m 이내의 길이로 설치
2) 각 구간마다 Trap 설치
3) 4개를 한 묶음씩 결합하서 관리 추천
=> 상기 내용을 기반으로, 스테파노님께서 말씀해 주신 열전달 계수를 확인하여 Jacket 길이를 계산해 보시면 될 것 같습니다.

2. 공정 Gas의 Composition은 모르겠으나, jacket pipe는 유지보수가 어려웠습니다.
1) H2S 등 Corrosion 에 의한 Leak 발생시 Leak Point 추적의 어려움
+ Sewer 오염(Trap으로 Condensate + 공정 Gas/Oil 누출)
2) elbow 등 Jacket Pipe 제작 자체의 어려움 / 비용 증가
3) Flange Point가 늘어남에 따라 Leak Risk 증가 etc...
=> 이런 문제 때문에 다른 방법으로, steam tracing + aluminum을 통해 jacket 효과를 낼 수 있는 업체 제품을 검토한 적이 있는데, 실제로 공정에 적용해보진 못했으나 참고차 Vendor Link 남깁니다. https://www.qmaxindustries.com
// 이런 Vendor들 Link 소개 해도 괜찮을까요 스테파노님...? 문제가 된다면 지우겠습니다.

3. 적어주신 내용으로만 봐서는 차라리 line exchanger를 사용하는 것이 더 효율적일 것 같습니다.
(후단배관 보온 포함)

저도 많이 부족하지만, 나름대로 도움이 되실 것 같아 덧글 남깁니다.

Stefano

23-03-09 04:37

Jacketed Pipe의 총괄 열전달계수 개략 계산 방법

(1) 공정가스 측 개별 대류전열계수 (Convectional Individual Heat Transfer Coefficient)

Nu = (hi*Di/k) = 0.023 Re^0.8*Pr^0.4...............(1a) Turbulent, Re>10,000 & Pr=0.6~160 Heating Case
Nu = 3.66 ........................................................(1b) Laminar, Re<2100, Metal Temperature Constant Case

(2) Annular Jacket (Steam Side, Condensing ) ..for Low Pressure Steams
ho, [kcal/h-m2-℃] = 9258/Do^0.25/Δt^0.33......(2) Do = OD of Inside Pipe, [m], Δt = (Steam Temp-Wall Temp)/2,[℃]

(3) Overall Heat Transfer Coefficient Uo
Uo = 1/(1/hi + 1/ho + t/k + ri )...........................(3) hi from 1a or 1b, ho from (2), t= tube wall thickness, ri = Inside fouling Factor.

(4) 참고로 ho와 k 값은 비교적 큰 값이므로 (3)식에서 이들 함목을 역수로 나타낸 저항값들을 무시한다면 1/hi와 ri 값을 더한 값의 역수로 계산한 Uo값을 사용해도 계산값에서 큰 차이가 없을 것입니다.

또한 Nu, Re 값들은 단위가 없으며 (1a), (1b) 식에 hi 값의 단위는 사용하는 Di, k 값에 의해 결정됩니다.

r34sky r34sky

23-03-13 09:27

바쁘신와중에 답변 감사드립니다.
답변해주신 내용을 토대로 총괄 열전달계수를 계산해보았으나, 불분명한점이 있어 재차 질문드립니다.

상기 수식을 보면 (1a)와(3)에 각각 열전도도 k값이 있는데, 이 값이 공정가스의 열전도도를 의미하는 것인지, 아니면 배관의 열전도도를 의미하는 것인지 알려주시면 감사하겠습니다.
제가 계산하고자 하는 조건 상으로 각각의 열전도도는 아래와 같습니다.

(1) 공정가스 열전도도 : 0.013kcal/h-m-℃
(2) 배관의 열전도도 : 46.5kcal/h-m-℃ (Carbon Steel 배관)

일단 저는 (1a)식에는 공정가스 열전도도를, (3)식에는 배관의 열전도도를 대입하여 계산하였으나, 맞게 이해한 것인지 확인을 부탁드립니다.(답변에 (4) 참고로 ho와 k 값은 비교적 큰 값이므로 ~ 라고 하셔서 (3)식의 k값은 배관의 열전도도로 이해하였습니다.)

Stefano

23-03-13 22:49

(1a)식의 k는 공정유체의 열전도도이고 (3)식의 k는 metal의 열전도도입니다. km이라고 구분해 두었다면 혼동스럽지 않았을 터인데 첨자 사용을 빠드렸군요. (열전달 관련 서적에서 보통 t/km 혹은 x/km으로 표기하고 있습니다. x 혹은 t는 금속물질의 두께, km은 그 물질의 열전도도)

r34sky r34sky

23-03-14 10:50

네 확인하였습니다.
지금까지 내용을 토대로 계산한 결과, Uo=32.92kcal/m2-h-℃이며, 적정 Jacket 길이는 5m임을 확인할 수 있었습니다.

상세하게 답변주셔서 감사드립니다.

설계쟁이 skymanggo

23-04-19 10:43

개인적인 생각으로는 온도 승온 목적으로 Jacketed Pipe를 사용한다는 것에는 적합하지는 않을거 같네요.
온도 유지 & Pre-Heating 목적 이라면 몰라도...
Pipe 외벽에는 온도가 올라가도, 외벽과 유체 흐름 내부의 온도차가 있을거 같네요