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  열교환기 Thermosyphon과 Film boiling에 관하여 질문드립니다
  글쓴이 : 꼬맹이남편   고유ID : jhk2158     날짜 : 18-04-15 17:23     조회 : 452    
안녕하십니까. 우선, 항상 좋은 답변 감사인사 드립니다.
이번에는 Thermosyphon 현상 관련하여 질문 드리고자 합니다.

게시판에서 관련된 내용을 찾아보던 중,
<<Tube 길이가 길어지면 두가지 효과 즉  1)Tube 길이증가로 인한 차압증가  2) Head차 증가로 인한 정압증가로  Tube 입출구의 압력차가 늘어나면  출구 가까운 곳에서 Film Boiling 현상이 증가하여 Heavy 성분이 Tube 벽에 누적되어 변질되는 현상 (Fouling 현상)이 늘어날 우려가 있습니다. >>는 내용을 확인했습니다.

Q1) 제가 알기로는 Film boiling 현상은 가열체(Steam)와 피가열체(공정유체)의 온도차이가 커지면 두드러지게 발생한다고 알고있는데, Tube 입출구의 압력과 Film boiling 현상 간의 상관관계를 잘 모르겠습니다..

Q2) Tube 입출구의 압력이 커진다는 것은, Tube 출구의 기-액 혼합물 중 기상의 성분이 많아진다는 것을 의미하는 것인지요?
만일 그렇다면 Tube 출구물질 중 기상의 성분이 많아지면 밀도가 낮아지고, Column BTM 물질과 Reboiler Tube 물질간의 밀도차이가 커져서 Thermosyphon이 수월해진다고 알고있는데 Film boiling 현상이 증가하는 것은 어떤 이유인지요?
제가 Thermosyphon 현상에 대해서 잘못 이해하고 있는 부분이 있는것일까요?

Q3) 일전에 Tube 내부에서 공정유체의 급격한 증발로 인해 나트륨과 각종 이온이 농축되어 단기간에 Tube를 파손시킨 사례가 있었습니다. 이 현상이 Film boiling 현상의 증가로 인한 결과일 수도 있을까요..?

이상의 내용으로 질문 올리도록 하겠습니다. 주말 잘 보내시고 항상 건강하십시오!




스테파노 Stefano   18-04-16 01:26
A1) Film Boiling 현상은 액의 과다 증발에 의해 발생합니다.  온도차가 클경우에도 전열량이 많아져서 Film Boiling 현상이 나타나기는 하지만 증발율이 낮다면 그 현상이 나타나지 않기 때문에 온도차가 크다고 해서 반드시 나타난다고 볼수는 없습니다.

Film Boiling 현상은 문자그대로 액이 끓어 오를 때 방울방울 증발되는 것이 아니라 증발되는 증기가 연속된 막을 형성하기 때문에 나타나는 현상인데  Tube의 상부에서는 어느정도 나타날 수 있지만 Tube 중간이나 하부로부터 나타난다면 전열계수는 현저하게 떨어집니다. 

A2) Tube 입출구는 모두 Reboiler Bottom에 연결되어 있기 때문에 입출구의 압력은 Reboiler가 잠겨있는 부분의 액면에 의한 정압차와 기-액 혼합물이 Tube를 통과하고 있을 때 걸리는 압력차에 의해 결정됩니다.  저비점 성분이 많으면 Tube내에서 많은 양이 증발되어 기-액혼합물로 흘러가기 때문에 차압이 늘어날 수 있습니다.

Thermosyphon 현상이 Bottom 성분과 Tube내 물질의 밀도차가 아니라,  Bottom의 연속상(Continuous Phase)에 의한 정압과,  Tube내의 기-액 혼합물 흐름(Two-phase Flow)의 평균밀도간의 차압에 의해 액이 자연순환되는 구조입니다.

연속상의 밀도는 거의 일정하기 때문에 Two-Phase측 밀도차가 정압차를 주로 나타내는데  기상성분 비율이 커지면 Reboiler 외부와 Reboiler Tube내간의 정압차가 늘어나 액의 순환이 잘되는 효과를 나타내기도 하지만 Film Boiling 현상이 함께 동반될 우려도 있을 수 있습니다.  따라서 적절한 차압을 유지할 필요가 있습니다.

A3) 맞습니다.  Film Boiling 현상은 단순히 전열계수만 떨어뜨리는 것이 아니고  증발되지 않는 물질이 Tube 내부에 석출되기도 하고,  고비점 물질의 변질로 인하여 Carbon, Resin 등의 성분에 의한 Fouling이 크게 증가하게 됩니다.  Two-Phase Flow의 유속이 커지면 Erosion 현상이 동반되기도 하고 부식-마식 현상이 함께 증가될 수도 있습니다.  Tube내 국부적 온도차에 의해 Tube간 Stress 차이가 발생하고 Tube Sheet가 망가져 누설되거나 Tube가 휘어지는현상도 나타날 수 있습니다. 

따라서 Film Boiling 현상은 반드시 억제되어야 합니다.
스테파노 Stefano   18-04-19 20:44
요즘 지방 출장이 잦아서 낮에 읽어보지 못하는 경우가 많아 답변이 늦어진 경우도 있었습니다.  양해 바랍니다.
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