열교환기란 무엇입니까?

"열 교환기"라는 용어는 두 유체를 혼합하지 않고 한 유체에서 다른 유체로 열 전달을 촉진하는 장치를 설명하는 데 사용됩니다. 이는 두 개의 개별 채널 또는 경로로 구성됩니다. 하나는 뜨거운 유체용이고 다른 하나는 차가운 유체용이며, 열을 교환하는 동안 별도로 유지됩니다. 열교환기의 주요 기능은 폐열을 활용하고 자원을 보존하며 운영 비용을 절감하여 에너지 효율을 높이는 것입니다.

일반적인 유형의 열교환기
쉘 및 튜브 열 교환기:이는 상업용 HVAC 시스템에 사용되는 가장 일반적인 유형의 열교환기입니다. 이는 껍질로 둘러싸인 일련의 튜브로 구성됩니다. 뜨거운 유체는 튜브를 통해 흐르는 반면 차가운 유체는 쉘 내에서 튜브를 순환하여 효율적인 열 교환을 가능하게 합니다.

판형 열교환기:판형 열교환기는 융기된 영역과 함몰된 영역이 교대로 있는 금속판 스택을 사용합니다. 뜨거운 유체와 차가운 유체는 플레이트 사이의 틈으로 생성된 별도의 채널을 통해 흐르며 넓은 표면적으로 인해 열 전달을 극대화합니다.

공대공 열 교환기:열 회수 장치라고도 알려진 이 열 교환기는 추출 공기 흐름과 공급 공기 흐름 사이에서 열을 전달합니다. 오래된 공기에서 열을 제거하고 이를 신선한 공기로 전달하여 들어오는 공기를 사전 조절하여 에너지 소비를 줄입니다.

쉘 및 튜브 열 교환기의 산업적 용도는 무엇입니까?
화학, 식품, 석유, 가스 및 기타 분야에서 사용되는 쉘 앤 튜브 열교환기의 산업적 사용은 널리 퍼져 있습니다. 이는 직접적인 접촉 없이 두 유체 사이에 열을 전달하기 위해 다양한 산업 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 쉘 및 튜브 열교환기 응용 분야의 주요 산업 분야는 다음과 같습니다.

화학공장의 가열 및 냉각 공정
정유소의 응축 및 증발 업무
발전 시설의 열회수 시스템
상업용 및 주거용 건물의 HVAC 시스템
식품 가공 공장의 냉동 시스템
석유 및 가스 생산 시설의 열 관리
전반적으로 쉘 앤 튜브 열교환기는 광범위한 산업 공정에서 열 효율을 최적화하고 온도 제어를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

쉘 및 튜브 열 교환기에는 몇 가지 유형이 있습니까?
기본적으로 일반적으로 사용되는 쉘 및 튜브 열교환기에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 고정형 튜브 시트 교환기(L, M, N 유형 후면 헤더)
이 설계에서는 튜브 시트가 쉘에 용접되므로 구조가 간단하고 경제적입니다. 튜브 보어는 기계적 또는 화학적으로 청소할 수 있지만 일반적으로 튜브 외부 표면은 화학적 청소를 제외하고는 접근할 수 없습니다. 쉘과 튜브 재료 사이의 큰 온도 차이를 수용하려면 팽창 벨로우즈가 필요할 수 있지만 이는 약점과 고장의 원인이 될 수 있습니다.

2. U-튜브 교환기
U-Tube 교환기에서는 전면 헤더 유형이 다양할 수 있으며 후면 헤더는 일반적으로 M 유형입니다. U자형 튜브는 무제한의 열팽창을 허용하며, 튜브 묶음은 청소를 위해 제거할 수 있습니다. 그러나 기계적인 방법으로 튜브 내부를 청소하는 것은 어렵기 때문에 튜브측 유체가 깨끗한 용도에만 적합합니다.

3. 플로팅 헤드 교환기(P, S, T, W 유형 후면 헤더)
이러한 유형의 교환기에서는 후면 헤더 끝에 있는 튜브시트가 쉘에 용접되지 않고 움직이거나 떠다니는 것이 허용됩니다. 전면 헤더 끝의 튜브시트는 쉘보다 직경이 더 크며 고정식 튜브시트 설계와 유사하게 밀봉됩니다.

열팽창을 수용할 수 있으며 청소를 위해 튜브 묶음을 제거할 수 있습니다. S형 후면 헤드는 후면 헤더로 가장 인기 있는 선택입니다. 플로팅 헤드 교환기는 고온 및 고압에 적합하지만 일반적으로 고정식 튜브시트 교환기에 비해 가격이 더 비쌉니다.

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쉘 앤 튜브 열 교환기의 구성 요소는 다음과 같은 부분으로 나눌 수 있습니다.

1. 쉘
쉘은 튜브 다발을 고정하는 열교환기의 가장 바깥쪽 부분입니다. 일반적으로 강철 또는 기타 적절한 물질로 구성된 원통형 용기입니다.

2. 튜브 또는 튜브 묶음
쉘의 길이를 따라 이어지는 평행한 튜브 모음이 튜브 묶음을 구성합니다. 특정 용도에 따라 튜브는 스테인레스 스틸, 구리 또는 티타늄과 같은 다양한 재료로 구성될 수 있습니다. 튜브의 직경과 두께도 중요한 설계 매개변수입니다.

3. 튜브 시트
튜브 시트는 튜브 묶음과 쉘 사이의 장벽 역할을 하는 견고한 시트입니다. 이는 일반적으로 강철을 사용하여 제작되며 견고하고 누출 없는 폐쇄를 보장하기 위해 쉘에 융합됩니다. 튜브는 튜브 시트의 구멍을 통해 삽입되며 확장되거나 제 위치에 용접됩니다.

4. 배플
배플은 튜브 번들 주변의 유체 이동을 조절하기 위해 쉘 내부에 배치되는 판 또는 막대입니다. 이는 세로 방향 또는 가로 방향일 수 있으며 열 전달의 효율성을 높이기 위한 것입니다.

5. 입구 및 출구 노즐
입구 및 출구 노즐은 열 교환기에서 유체의 입구 및 출구 역할을 합니다. 이러한 연결은 일반적으로 쉘의 반대쪽 끝에 배치되며 플랜지 또는 기타 유형의 피팅을 사용하여 튜브와 쉘에 부착됩니다.

6. 신축이음장치
확장 조인트는 튜브 번들의 열팽창 및 수축을 수용하는 유연한 커넥터입니다. 일반적으로 열 교환기의 입구와 출구에 위치하는 이러한 조인트는 금속 벨로우즈 또는 기타 유연한 재료를 사용하여 구성됩니다.

7. 지지 구조
지지 구조는 열교환기를 제 위치에 고정시켜 안정적인 기초를 보장합니다. 지지 구조물은 임시적이거나 영구적일 수 있으며 강철이나 기타 재료로 만들어질 수 있습니다.

쉘 및 튜브 기하학적 용어

튜브 직경 레이아웃 및 피치
튜브의 직경은 12.7mm(0.5인치)에서 50.8mm(2인치)까지 다양하지만 19.05mm(0.75인치)와 25.4mm(1인치)가 가장 일반적인 크기입니다. 튜브는 튜브 시트에 삼각형 또는 사각형 패턴으로 배치됩니다.

기계적 세척을 위해 튜브 표면에 접근해야 하는 경우 정사각형 레이아웃이 필요합니다. 삼각형 배열은 주어진 공간에 더 많은 튜브를 허용합니다. 튜브 피치는 튜브 사이의 가장 짧은 중심 간 거리입니다. 튜브 간격은 튜브 피치/튜브 직경 비율로 지정되며 일반적으로 1.25 또는 1.33입니다. 정사각형 레이아웃은 청소 목적으로 사용되므로 튜브 사이에 최소 6.35mm(0.25인치)의 간격이 허용됩니다.

배플 유형
배플은 난류 증가로 인해 더 높은 열 전달률을 제공하고 튜브를 지지하여 진동으로 인한 손상 가능성을 줄이기 위해 쉘 측면에 설치됩니다. 튜브를 지지하고 튜브 전체의 흐름을 촉진하는 다양한 배플 유형이 있습니다.

단일 분절(가장 일반적임)

Double Segmental (더 낮은 쉘사이드 속도와 압력 강하를 얻기 위해 사용됨),

디스크와 도넛.

배플 사이의 중심 간 거리를 배플 피치라고 하며 이는 교차 흐름 속도를 변경하도록 조정될 수 있습니다. 실제로 배플 피치는 일반적으로 쉘의 내부 직경과 동일한 거리보다 크지 않거나 직경의 1/5 또는 50.8mm(2인치)에 해당하는 거리 중 더 큰 값보다 가깝지 않습니다. 유체가 튜브를 가로질러 앞뒤로 흐를 수 있도록 배플의 일부가 절단됩니다. 이 부분의 높이는 배플 컷이라고 하며 쉘 직경의 백분율(예: 25% 배플 컷)로 측정됩니다. 배플 컷(또는 배플 창)의 크기는 배플 피치와 함께 고려해야 합니다. 창을 통과하는 속도와 교차 흐름의 속도를 각각 대략 동일하게 하기 위해 배플 컷과 배플 피치의 크기를 조정하는 것이 일반적입니다.

쉘 앤 튜브 열교환기의 기계 설계는 쉘 두께, 플랜지 두께 등과 같은 항목에 대한 정보를 제공합니다. 이는 ASME(미국 기계공학회)의 보일러 및 압력 용기 코드와 같은 압력 용기 설계 코드를 사용하여 계산됩니다. 및 영국 마스터 압력 용기 표준, BS 5500. ASME는 열교환기에 가장 일반적으로 사용되는 코드이며 11개 섹션으로 구성됩니다. 코드의 섹션 VIII(밀폐 압력 용기)는 열교환기에 가장 적합하지만 섹션 II - 재료 및 섹션 V - 비파괴 테스트도 관련이 있습니다.

ASME와 BS5500은 모두 전 세계적으로 널리 사용되고 인정되지만 일부 국가에서는 자국의 국가 코드를 사용해야 한다고 주장합니다. 이를 시도하고 단순화하기 위해 국제 표준 기구는 현재 국제적으로 인정되는 새로운 코드를 개발하려고 시도하고 있지만 이것이 승인되기까지는 다소 시간이 걸릴 것 같습니다.