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스테파노 Stefano

22-11-11 02:31

(0) 제작업체에서 제작설계 계산을 해 보았을 것으로 보입니다.
열교환기 내에서는 열전달이 일어나면서 열교환기 위치에 따라 온도가 변하지만 (온도차에 비례하여 열전달이 일어나기 때문에)온도변화가 직선적으로 변화하지 않기 때문에 단순평균 온도차를 적용하지 않고 LMTD(Log-mean 평균온도차)를 사용합니다.

그러나 열교환기의 Shell과 Pass 수효에 따라 온도차 계산을 위한 보정이 필요한데 이 때보정하는 것이 온도차 보정계수(Heat Ex. Type Correction Factor, Fc)

뿐만 아니라 열교환기내에서 상변화가 일어부분의 유체는 그 상변화가 완전이 완료될 때 까지 온도변화가 거의 없습니다. 뿐 만 아니라 이부분에서 교환되는 열전달량은 아주 아주 크기 때문에 이부분에서 온도차의 역할이 대단히 중요합니다. 그래서 열교환기 내 온도차를 각 부분에서의 전열량에 비례하는 "가중평균치(Weighted Average Value)"를 적용해 주어야 합니다.

열교환기 설계에서 LMTD 적용은 당연한 것이고 형태에 따른 보정계수 (Fc) 적용과 상변화 부분에 가중치를 적용해야 엄밀한 의미의 <Corrected LMTD>가 됩니다. 이 내용을 질문과 관련지어 답변합니다.

(1) U-Tube 열교환기는 1-2 Exchanger 형 열교환기에서의 Correction Factor 도표냐 수식을 적용해야 합니다.
따라서 U-Tube 계산에서는 출구기준 MTD에 경우 1-2 Exchanger의 Correction Factor를 곱하여 <Corrected MTD>를 구하면 딥니다.

(2) 상변화를 동반하는 경우 열교환기 내에서 현열부분의 MTD와 열교환량과 잠열부분의 MTD와 열환량을 따로 계산한 다음 해당부분의 <Corrected MTD>를 각각 구한 다음, 다시 행당부분의 전열량을 기준으로 "가중평균"해서 <Weighted MTD>를 구해 적용해야 엄밀하게 보정된 열교환기 평균온도차가 됩니다.

(3) 질문과 관련된 열교환기 설계에서 상변화가 일어나지 않는 열교환기라면 (1)의 방법만으로 열교환기 Type에 따른 Correction Factor만 적용하면 되겠지만 고온인 Shell 측 유체만 자세히 살펴보면 (1) Desuperheating이 일어나면서 현열방출하고 응축온도에 이르고 이어서 (2)응축온도가 편하지 않는 상태에서 유체의 응축잠열을 잃고 액상으로 변한 후 다시 (3) 응축온도로부터 출구온도에 다다를 때까지 현열을 방출합니다.

언급한 U-tube Condenser에서 고온유체 T1(=125.43℃)는 포화스팀이라고 간주하고 동일 온도 T1에서 응축이 일어난 후 수증기가 응축수로 상변화를 일으키고 모두 응축된 후 다시 온도가 내려가 T2 (=40℃)로 과냉각 된 후 열교환기를 떠납니다. Shell측에는잠열 구간과 현열구간 각각 1개가 존재하고 각 위치에서의 열전달량을 q1, q2이라고 하면 q1 값이 941,940 kcal/h로 대부분 (약 86%)를 차지하고 있습니다.

한편 저온측 Tube를 흐르는 유체는 입구에서 t1(=30℃), Steam 응축구간 끝부분에서 t2(≒33.6 ℃), U-tube 돌아오는 부분에서 t3(≒34.2 ℃)에 도달후 역으로 Steam 잠열구간 시작부분으로 거슬러 가면서 t4(≒34.8 ℃), 냉각수 출구부분에서 t5(≒38 ℃)에 이른 후 열교환기를 떠납니다.

잠열구간과 현열구간으로 나누어 LMTD를 구하고 Correction Factor와 열교환량기준, 가중평균 적용하여 나온 값으로 추정됩니다.

(0)  제작업체에서 제작설계 계산을 해 보았을 것으로 보입니다. 
열교환기 내에서는 열전달이 일어나면서 열교환기 위치에 따라 온도가 변하지만  (온도차에 비례하여 열전달이 일어나기 때문에)온도변화가 직선적으로 변화하지 않기 때문에 단순평균 온도차를 적용하지 않고 LMTD(Log-mean 평균온도차)를 사용합니다.

그러나 열교환기의 Shell과 Pass 수효에 따라 온도차 계산을 위한 보정이 필요한데 이 때보정하는 것이 온도차 보정계수(Heat Ex. Type Correction Factor, Fc)

뿐만 아니라 열교환기내에서 상변화가 일어부분의 유체는 그 상변화가 완전이 완료될 때 까지 온도변화가 거의 없습니다.  뿐 만 아니라 이부분에서 교환되는 열전달량은 아주 아주 크기 때문에 이부분에서 온도차의 역할이 대단히 중요합니다.   그래서 열교환기 내 온도차를 각 부분에서의 전열량에 비례하는 "가중평균치(Weighted Average Value)"를 적용해 주어야 합니다.

열교환기 설계에서 LMTD 적용은 당연한 것이고 형태에 따른 보정계수 (Fc) 적용과  상변화 부분에 가중치를 적용해야 엄밀한 의미의 <Corrected LMTD>가 됩니다.    이 내용을 질문과 관련지어 답변합니다.

(1) U-Tube 열교환기는 1-2 Exchanger 형 열교환기에서의 Correction Factor 도표냐 수식을 적용해야 합니다.  
따라서 U-Tube 계산에서는   출구기준 MTD에 경우  1-2 Exchanger의 Correction Factor를 곱하여  <Corrected MTD>를 구하면 딥니다.

(2) 상변화를 동반하는 경우 열교환기 내에서 현열부분의 MTD와 열교환량과  잠열부분의 MTD와 열환량을 따로 계산한 다음 해당부분의 <Corrected MTD>를 각각 구한 다음, 다시 행당부분의  전열량을 기준으로  "가중평균"해서  <Weighted MTD>를  구해 적용해야  엄밀하게 보정된 열교환기 평균온도차가 됩니다.

(3) 질문과 관련된 열교환기 설계에서 상변화가 일어나지 않는 열교환기라면  (1)의 방법만으로 열교환기 Type에 따른 Correction Factor만 적용하면 되겠지만 고온인 Shell 측 유체만 자세히 살펴보면 (1) Desuperheating이 일어나면서 현열방출하고 응축온도에 이르고 이어서 (2)응축온도가 편하지 않는 상태에서 유체의 응축잠열을 잃고 액상으로 변한 후 다시 (3) 응축온도로부터 출구온도에 다다를 때까지 현열을 방출합니다.

언급한 U-tube Condenser에서  고온유체 T1(=125.43℃)는 포화스팀이라고 간주하고 동일 온도 T1에서 응축이 일어난 후 수증기가 응축수로 상변화를 일으키고  모두 응축된 후 다시 온도가 내려가 T2 (=40℃)로 과냉각 된 후 열교환기를 떠납니다.  Shell측에는잠열 구간과 현열구간 각각 1개가 존재하고 각 위치에서의 열전달량을 q1, q2이라고 하면  q1 값이 941,940 kcal/h로 대부분 (약 86%)를 차지하고 있습니다.

한편 저온측 Tube를 흐르는 유체는 입구에서 t1(=30℃), Steam 응축구간 끝부분에서 t2(≒33.6 ℃),  U-tube 돌아오는 부분에서 t3(≒34.2 ℃)에 도달후  역으로 Steam 잠열구간 시작부분으로 거슬러 가면서 t4(≒34.8 ℃), 냉각수 출구부분에서 t5(≒38 ℃)에 이른 후 열교환기를 떠납니다.

잠열구간과 현열구간으로 나누어 LMTD를 구하고 Correction Factor와 열교환량기준, 가중평균 적용하여 나온 값으로 추정됩니다.