게시판 > 질답게시판 > 열교환기 계산에서의 착각

스테파노 Stefano

07-08-29 17:10

(1) 결론부터 이야기 하면.. 질문에서 인용한 U값이나 A값에 여유가 있다면 문제가 없을 수도 있습니다.

(2) 열교환기 내부에서 상변화가 있는 지 없는지 먼저 확인.

열교환기에서 어느 성분이 응축이나 증발이 일어나고 있다면 (즉 상변화가 있다면) LMTD는 열교환기 연결부 노즐에서의 온도차만으로 계산할 수가 없고 열교환기 내부 여러 Zone 에서의 온도차와 각Zone에서의 전열량을 곱하여 더한 다음, 이를 전체의 열량으로 나눈 "가중 온도차" Weighted LMTD를 적용해야 합니다.

여기에다 만일 Shell과 Tube가 모두 Single Pass가 아닌 경우 다시 LMTD Correction Factor를 곱해야 합니다.

(2) 열수지와 열전달 부하

유체측의 열량으로부터 계산되는 열전달량
고온측 배출열(Qc= MC(ΔT)) =저온측 흡수열 (Qh= m c (Δt)), c는 cooling, h는 heating을 의미

열전달로부터 계산되는 열전달량
Q = U A (LMTD)

열수지: Qc=Qh=Q

(3) 고온측 유입온도를 5도 낮추면 고온측 출구의 온도가 5도 낮어져야 할 것입니다.
이는 열량상으로 그렇다는 이야기 입니다. 저온측 온도는 같을 수도 있고 달라질 수도 있습니다.

그러나 열전달 계산을 위한 LMTD를 계산하면
변경후 LMTD = 20/ln(45/25)=34.03

이로부터 U가 일정하다고 전열량을 계산해 보면 전열량이 달라집니다.
즉 Q = UA(LMTD)= 220 * 1000 *34.03 = 7.486 MM kcal/h or 7.486 Gcal/h

(4) 그런데 보통 열교환기 설계시 전열면적에 10~25% 정도 여유가 있기 때문에
이정도는 문제가 되지 않을 수도 있습니다.

일단 열교환기가 만들어 지고 난 후에는 전열면적은 정해지기 때문에
여유치를 포함한 전열면적 = A
필요한 최소한의 전열면적 = B
라고 할 때

U = Q/(A*LMTD) 값을 "Service 전열계수"라고 하고
U'= Q/(B*LMTD) 값을 "Required 전열계수"라고 부르게 됩니다. (여기서 U > U')

여기서.. 결론적으로 이야기 하면.. 실제 운전되는 U값은 질문에서 인용한 값 220 kcal/h-m2-℃ 크기 때문에
문제가 되지 않을 수 있습니다.

(5) 만일 전열면적에 그리 많은 여유가 없는 경우라면
U값이 떨어지면 공장을 정지시키고 열교환기를 자주 Cleaning을 해서 높은 U값을 항상 유지해야 합니다.

(1) 결론부터 이야기 하면.. 질문에서 인용한 U값이나 A값에 여유가 있다면 문제가 없을 수도 있습니다.

(2) 열교환기 내부에서 상변화가 있는 지 없는지 먼저 확인.

열교환기에서 어느 성분이 응축이나 증발이 일어나고 있다면 (즉 상변화가 있다면) LMTD는 열교환기 연결부 노즐에서의 온도차만으로 계산할 수가 없고 열교환기 내부 여러 Zone 에서의 온도차와 각Zone에서의 전열량을 곱하여 더한 다음, 이를 전체의 열량으로 나눈 "가중 온도차" Weighted LMTD를 적용해야 합니다.

여기에다 만일 Shell과 Tube가 모두 Single Pass가 아닌 경우 다시 LMTD Correction Factor를 곱해야 합니다.

(2) 열수지와 열전달 부하

유체측의 열량으로부터 계산되는 열전달량
고온측 배출열(Qc= MC(ΔT)) =저온측 흡수열 (Qh= m c (Δt)), c는  cooling, h는 heating을 의미

열전달로부터 계산되는 열전달량
Q = U A (LMTD) 
 
열수지: Qc=Qh=Q

(3) 고온측 유입온도를 5도 낮추면 고온측 출구의 온도가 5도 낮어져야 할 것입니다. 
이는 열량상으로 그렇다는 이야기 입니다.   저온측 온도는 같을 수도 있고 달라질 수도 있습니다.

그러나 열전달 계산을 위한 LMTD를 계산하면 
변경후 LMTD = 20/ln(45/25)=34.03

이로부터 U가 일정하다고 전열량을 계산해 보면 전열량이 달라집니다.
즉 Q = UA(LMTD)= 220 * 1000 *34.03 = 7.486 MM kcal/h  or 7.486 Gcal/h

(4) 그런데 보통 열교환기 설계시 전열면적에 10~25% 정도 여유가 있기 때문에 
이정도는 문제가 되지 않을 수도 있습니다.

일단 열교환기가 만들어 지고 난 후에는 전열면적은 정해지기 때문에 
여유치를 포함한 전열면적 = A
필요한 최소한의 전열면적 = B 
라고 할 때

U = Q/(A*LMTD) 값을 "Service 전열계수"라고 하고
U'= Q/(B*LMTD) 값을 "Required 전열계수"라고 부르게 됩니다.  (여기서 U > U')

여기서.. 결론적으로 이야기 하면.. 실제 운전되는 U값은 질문에서 인용한 값 220 kcal/h-m2-℃ 크기 때문에 
문제가 되지 않을 수 있습니다.

(5) 만일 전열면적에 그리 많은 여유가 없는 경우라면 
U값이 떨어지면 공장을 정지시키고 열교환기를 자주 Cleaning을 해서 높은 U값을 항상 유지해야 합니다.