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  탱크 내 온도 유지를 위해 스팀코일라인 설계
  글쓴이 : 위드기타   고유ID : withguitar     날짜 : 18-11-07 08:25     조회 : 72    
안녕하세요~

탱크(27m3) 내 유체의 온도유지(30도)를 위해 스팀코일을 설치하여 스팀(5bar)을 공급하고자 합니다.
탱크의 load/unload에 따른 스팀량 조절을 위해 Temp. Transmitter/Control valve를 구성하고자 하는데,
필요한 스팀량/배관구경/코일면적 등이 필요할 것으로 보이는데,
요구되는 계산식이나 구체적으로 풀어가는 방법이 궁금합니다.

항상 감사합니다. 

이종석 chemtech   18-11-07 09:37
용량으로 볼때 저장탱크로 보여지는데요 30도를 일정하게 유지하는 것은 매우 어려운 공정 입니다
30도 보다 낮을때는 스팀으로 가열을 하는데 초과 되었을때는 냉각수로는 어렵고 CHILLED WATER로 냉각을
해야 한다는 것 이지요 따라서 이 경우 범위의 조절을 해야만 합니다 예를들어 30도 ~ 40도 이렇게요
저장탱크의 경우 일반적으로 바닥에만 HEATING COIL을 설치 합니다
그렇기 때문에 상하 온도차가 많이 날수밖에 없지요 따라서 JET MIXER 등으로 교반이 필요 하지요

정확하게 30도를 유지해야 한다고 하면 외부에 열교환기를 설치해서 펌프로 순환시키고 열교환기 출구온도
를 스팀 콘트롤 밸브로 조절하는 것이 가장좋은 방법 입니다
만약에 저장탱크에 JET MIXER 나 AGITATOR 등이 설치되어 있는 경우에는 온도유지가 가능 하지만
이것이 없는 경우에는 HEATING COIL이 바닥에 있어서 유지는 어렵지요 그렇기 때문에 온도가 낮아 스팀을
더 공급해도 금방 온도가 올라가지 않습니다 열전달이 열교환기나 교반처첨 잘 이루어지지 않기때문 입니다

결론적으로 교반등이 없다면 스팀 콘트롤 밸브로는 온도유지가 불가 하므로 코일을 설치하되 매뉴얼로 스팀
밸브를 2시간마다 로칼 순찰시 온도를 보고 약간씩 밸브를 조절해 놓고 또 2시간후 온도를 보고 다시 조절
하고 하는것이 가장 좋습니다 물론 이경우는 30도 유지를 일정하게 할수는 없습니다
일정범위의 온도조절만이 가능 하지요

반드시 30도 유지를 해야하는 경우라면 외부에 열교환기를 설치해서 펌프로 일정량 순환시키면서 열교환기
의 출구온도를 스팀으로 콘트롤 하는 방법으로 하시면 됩니다
스테파노 Stefano   18-11-07 10:31
탱크내 저장 물질의 종류, 온도조절 목적, 온도 유지 범위에 대해 보충설명 바랍니다.
     
위드기타 withguitar   18-11-08 21:59
안녕하세요,

탱크내 유체는 혼합알칼리(물85%+NaOH 등, 응결온도 +10도)

목적: 겨울철 동결대비 온도유지(30~40도)입니다, 탱크보온만으로 유지가 가능할지 모르겠네요,

탱크내부에 스팀코일을 설치하여 온도유지를 하려고 하는데 어떤 방식으로 하는게 가장 Best일지 고민중입니다.
스테파노 Stefano   18-11-09 16:15
(1) 가성소다 용액의 정확한 온도유지 목적이 아니고 동파방지만의 목적으로 탱크의 보온인 경우 탱크 보온 만으로는 유지가 안되므로 전기식 보온코일 혹은 스팀가열코일을 두어야 합니다.  보온이 되어 있다면 가열부하는 그리 크지는 않을 것이므로 소량의 스팀으로도 온도 유지가 가능합니다.

(2) 동파방지를 위해..
30~40도로 유지할 필요는 없고 빙결점 이상으로만 유지되도록 하면 될 것입니다.  온도 여유치는 온도조절은 어떻게 관리 하느냐에 따라 달려있겠지만 빙점이 10도라면 15도 정도로 유지할 수 있도록 해두고 15도 이하로 떨어지면 경보가 울리도록 하면 되겠지요.  경보가 자주 울리는 경우 온도설정치를 높여두면 됩니다.  수동으로 밸브를 여닫아도 안될 것은 없겠으나,  만일 운전자가 잘못해도 절대로 탓하지 않는 공장에서만 적용가능합니다.

(3) 가열방법에는..
항온전선 가열식 전기코일이나 스팀을 사용하면 되는데 전기가열식은 유지온도를 지정하여 일정하게 운전되도록 설계합니다. 스팀의 경우 온도를 감지하여 On-Off 방식으로 Solenoid 발브를 사용해도 온도조절은 잘 될 것입니다.

(4) 탱크 가열 부하는... 한겨울 아주 추운 대기온도에서 탱크 벽면을 통하여 손실되는 열량으로 계산하면 되는데 열손실방지를 위하여 보온을 해야하기 때문에 보온자재를 통과하여 손실되는 열량을 계산하면 됩니다.  바닥을 통하여 손실되기도 하고 액표면으로 액이 증발되면서 손실되기도 하지만 거의 일정한 온도로 유지되고 있다면 손실량이 그리크지 않을 것이므로 온도유지에는 문제가 되지 않을 것입니다. 

(5) 온도균일성 위한 Mixer... 
동파예방만의 문제라면 내부 온도의 균일성을 위해 Mixer, 교반기를 달아 사용할 필요가 없습니다.  달려있어도 사용하는 경우가 거의 없습니다.  왜냐하면 하부 가열만으로도 대류현상에 의해 전체적으로 온도가 비교적 자연히 균일해 지기 때문입니다.  따라서 동파예방용 Mixer는 불필요하고 (장기보관탱크의 성분의 균일성 유지등) 특수한 목적에만 사용합니다.

(6) 열손실량 계산...
보온이 된 탱크의 표면에서 대기중으로 손실되는 경우의 대류열전달 계수는 대체로 탱크 표면과 대기간 온도차의 0.25승에 비례한다고 알려져 있습니다.  탱크 벽면에서의 열전달계수는 벽면 내부, 외부의 대류전달계수, 탱크 금속의 열전달계수, 보온재료의 열전달 계수로, 보온카바의 열전달계수로부터 종합적으로 계산되지만 이중 보온재료와 외부류열전달계수의 영향이 가장크기때문에 다른 저항은 무시해도 됩니다.

대기-탱크간 온도차 = Δt, ℃
수직탱크표면 열전달계수 = ho, kca/h-m2-℃= 1.695 ( Δt)^0.25 ......(1) <=  McAdams, Vertical Plane의 공기 열전달계수
탱크 벽면 열전달계수 U =  1/( 1/ho + t/k) ...(1)    ho= 보온재료 표면에서의 열전달계수,  t= 보온재 두께, k = 보온재료 열전도도 
보온된 탱크의 수직 표면적 = A, m2

탱크 열손실  Q = U*A* (Δt) ....................(2)  U=[kcal/h-m2-℃], Q=[kcal/h]

(7) 가열부하 

전력인 경우 P,  kW=  (Q kcal/h)/ (860 kcal/h /kW) .....(3)
Steam의 경우, m  kg/h  = (Q kcal/h)/(λ kcal/kg).........(4)   

(8) Steam Coil의 경우 필요길이 계산

손실되는 열을 Steam Coil로 가열할 경우 필요한 Coil 길이 L은  Tank Coil에서의 열전달계수 Uc와 스팀코일-탱크액체온도 간의 온도차로부터 계산할 수 있습니다.  Uc값은 대략 500~2500 kcal/h-m2-℃로부터 추정( 참조  http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-Tutorials/steam-engineering-principles-and-heat-transfer/heating-with-coils-and-jackets.aspx)

Q = Uc * Ac *  (Δt)c    = Uc * (π* D*L) *  (Δt)c  ........(5)

Coil 길이, L = Q/{Uc * (π* D) *  (Δt)c } ..................(6)

이 내용은 화공실무 게시판에도 올려둡니다.
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