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  Shell&tube 열교환기 설계관련 질문입니다.
  글쓴이 : 래미안   고유ID : childish     날짜 : 20-11-28 20:57     조회 : 198    
안녕하세요. 화학회사에서 일하고 있는 엔지니어입니다.
Pre-heater로 사용할 shell&tube열교환기를 설계하려고 하는데 궁금한게 있습니다.
먼저 이 Pre-heater는 Cl2를 기화시키기 위해 Cl2 vaporizer 전단에 설치해 액체 Cl2를 히팅 시키는 pre-vaporizer입니다.
Cl2를 히팅하기 위한 열원으로는 냉동기 시스템에서 Return되는 CTW를 사용하려고 합니다.
궁금한 점은 열교환기 설계시 튜브측의 유체를 선정하는 우선순위로 첫번째가 냉각수(Cooling Water)라고 되어있는 자료를 보았는데, 혹시 그 이유가 무엇인가요?
그리고 두번째 순위가 '부식성유체 혹은 침전물이 있는 유체'인데, Cl2에 수분이 유입되면 부식 위험이 있으니 tube쪽에 Cl2를 넣는 것이 좋지 않을까요?

스테파노 Stefano   20-11-29 23:26
(1) 냉각수(CW)를 Tube 측으로 선정하는 이유
Process Fluid에 비하여 냉각수는 오염(Fouling)이 잘 일어나기 때문입니다.  Tube측은 Tube Sheet Head Cover를 열어서 청관도구를 사용하거나 세척약품을 사용하여 Cleaning 하기 쉬운 반면,  Shell측은 그리하기 어렵습니다.

(2) 부식성이 높은 유체를 Tube측으로 선정하는 이유
부식성 유체가 접하는 부분의 면적이 적을수록 손상되는 부분이 줄어들기 때문에 Tube측을 선정합니다.  Tube측은  (Tube ID) * π * (Tube 당 길이)*(Tube 수효) 로 접액면적이 개략 계산되지만  Shell 측은  Tube의 외부 즉 (Tube OD) * π *(Tube당 길이)*(Tube 수효)에다 Shell ID * π * (Shell의 길이)가 더해질 뿐만 아니라 Baffle, Spacer, Anchor Rod, Bolts & Nuts 등 온갖 잡동사니가 액에 접촉하기 때문에 Shell측 접액면적은 훨씬 큰값을 가집니다.   

따라서 동일 재질을 사용하더라도 부식성 물질을 Shell측을 보내면 열교환기 수명이 짧아져 교체를 위한 비용에 해당하는 감가상각비용이 늘어나게 되지요.

참고로.. 여기서 언급하는 부식성은 단기간 사용시의 부식성이 아니고 장시간 사용시의 부식성을 의미합니다.  전혀 부식성이 없는 재질을 사용하기는 어려울 것이므로 일반적으로 허용되는 부식속도 ( mm/y) 이상이면 다른 재질로 선정하게 됩니다. 

공정기술를 소유하고 있는 Licensor의 경우 공장의 그룹에 따라 허용부속 속도를 일반적으로 정해두고 재질변경에 따른 장치비용이 너무 크게 증가하는 경우 안전성을 고려,  부식속도를 기준으로 해당장치의 교체 수명을 미리 정해 두기도 합니다. 

안전에 문제가 되는 장치라고 하면 가장 취약한 부분을 정기적으로 두께를 측정하여 기록해 두었다가 필요에 따라 교체 수명을 변경해 사용합니다.  원자력 발전소 등에서는 특히 안전에 문제가 있어서는 안되기 때문에 특히 정밀 안전점검을 정기적으로해가면서 공장의 연장운전 가동여부를 결정해야 합니다. 

(3) 냉각수, 부식성이 동일한 경우
압력이 높은 유체를 Tube로 정합니다.  Shell의 두께는 압력과 직경에 비례해서 늘어나기 때문이지요.
(Cylinder형 용기의 이론적 두께 t = P*D/2S)
     
래미안 childish   20-11-30 10:35
자세한 답변 감사합니다.
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