게시판 > 질답게시판 > 열교환기 Thermosyphon과 Film boiling에 관하여 질문드립니다

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.

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.