Vertical Thermosiphon Reboiler 의 Static Head에 관해 공부중에 몇가지 궁금한 사항이 있어 이렇게 질문 드립니다. Q&A 게시판에 올라온 글중에 4353번 글 "Reboiler Elevation에 관한 질문" 의 답변에서 Column Sump 액면과 Reboiler 상부의 액면이 같은 조건에서의 Reboiler Elevation에 관한 현상에 대한 답변 내용은 큰 도움이 되었습니다.
현재 설계중인 Column에는 첨부파일에서와 같이 Constant Head를 가진 Recirculating Thermosiphon Reboiler Type으로 설치하고 그 과정에서 HTRI Program으로 Vapor발생량이 28%가 되게 Reboiler를 Design하였으며 Static Head 값을 3m로 도출했습니다.
그래서 HTRI에서 도출한 Static Head 3.2m에 맞게 Reboiler의 Elevation을 결정하였습니다. 하지만 여기서 드는 의문은 Reboiler를 Static Head 3.2m보다 적게 설치하면 Thermosiphon Reboiler가 제기능을 못해 문제가 되는 건 알고 있지만 3.2m보다 크게 설치하면 (즉 열교환기 Tubesheet길이는 변화없이 열교환기의 Elevation을 바닥으로 내리면) 어떤 문제가 발생할까요?
아래와 같이 나름대로 제 생각을 정리해봤습니다. 어떤 생각이 맞는지 알고 싶습니다.
1. Minimum Static Head 3.2m 보다 큰 값이니 아무 문제가 발생하지 않는다.
이유는 Static Head를 맞추기 위해 Column의 Elevation이 결정된다고 생각하는데(Bottom Pump
NPSHA 값이 문제없을 시) Cost적으로 보면 Column의 Elevation을 낮게 유지하는 것이 경제적이기 때
문에 가능한 Static Head를 맞추는 것이지 이미 Column의 Elevation이 높다면 Reboiler를 3.2m이상으
로 설치하는건 아무런 문제가 없다. Static Head가 늘면 Reboiler로 들어가는 유량도 늘겠지만 거기에
맞게 Friction Loss도 증가해 결국 Driving Force와 Friction Loss가 같게 되므로 문제가 없다. 단지
Margin만 많이 고려할 뿐이다.
2. Static Head 3.2m를 최대한 맞춰야 한다. 값보다 더 크면 아래와 같은 문제가 발생한다.
(1) Head가 커짐에 따라 Circulation되는 유량이 늘게 되고 같은 열량과 열전달면적으로 인해 Vapor발
생량이 줄어 설계 기준인 Vapor량보다 적게 발생하게 된다. Liquid 유량이 늘기 때문에 Vapor 발생
량도 28%보다 떨어지게 되어 Optimum한 설계기준에서 벗어나게 된다.
또한 Reboiler로 들어가는 유량이 Column Sump에서 1분간 Holding할수 있게 Sump가 설계되어 있
는데 기준인 1분보다 줄어드는 문제가 생긴다.
(2) Reboiler의 액면이 깊어져 압력이 높아지면 증발온도가 높아져 같은 전열량을 전달하기 위해 높은
온도의 Heating Medium이 필요하게 된다. 그리고 증기배출이 제대로 되지않아 Film Boiling현상
이 발생해 열전달이 제대로 일어나지않는다.
더불어 HTRI의 Thermosiphon Piping 입력항목에 Inlet과 Outlet Piping detail 정보를 입력하고 Rating후 체크해봐야 할 것에 관해 궁금합니다. 나름대로 생각한 부분이 맞는지 더 고려해야 할 부분이 있는지 의견 부탁드립니다.
1. Reboiler Coldside Outlet에서 원하는 Vapor량이 생성되는지 확인
2. Hot side에 적정한 Steam량이 들어가는지 확인 (유량에 맞게 배관사이즈가 선정되었는데 Static Head가
크면 Steam 유량도 늘 것이고 velocity나 pressure drop이 상승하게 되므로)
많은 조언 부탁드립니다. 감사합니다.
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