열교환기

[김삿갓]

열교환기 개요 .원통다관식 열교환기의 종류

설계 및 제작에 최소 요구사항을 규정한 규격으로 TEMA & HEI standard가 있는데 TEMA standard는 전 산업에 널리 사용되고 있으며 HEI는 주로 발전 소용 열교환기에만 적용되고 있다. 다음은 TEMA에 의한 열교환기의 분류표이다. TEMA(Tubular Exchanger Manufacturer Association)는 원통 다관식 열교환 기 (Shell & Tube Heat Exchanger)제작자들이 결성한 모임으로 1968년부터 자 신들의 표준규격 (TEMA Standard)을 발표하고 있다. 이 규격은 원통다관식 열교환기의 구조, 설계에서부터 제작, 설치에 이르기 까지 거의 모든 범위를 언급하고 있으며 플랜트 설계시 열교환기의 표준으로 이용되고 있다.

 1.유동두형 열교환기 (Floating Head Type)

전열관이나 방해판을 양측의 관판(Tube Sheet)에 짜넣은 상태를 Tube Bundle이라고 하며 이
관속의 한쪽에 관판(고정측관판)은 동체(Shell)의 한 쪽에 플랜지로 고정시키고 다른쪽 관판은
동체에 아무런 구속도 받지않는 구 조로 되어있으므로 유체의 온도에 따라 동체 및 전열관이
열팽창하여도 거기 에 대응할 수 있는 구조이며 또 관속을 동체에서 빼내서 청소 및 점검할 수
있는 구조의 열교환기이다.
이형식의 특징은 다음과 같다.

 Tube 내외 모두 청소가 가능하므로 오염이 생기기 쉬운 유체에 대해서 도 적합하여 사용
    범위가 넓다.
 Tube나 동체가 서로 각기 열팽창될 수 있으므로 온도차가 큰 경우에 도 사용할 수 있다.
 가), 나)항의 이유로서 어느 형식보다도 설계조건 및 운전조건에 상응할 수 있는 기능을 
   가진 구조이며 가장 융통성이 크다. 
   그러나 이에 따라 구 조가 복잡하므로 제작비가  비싸게 되는 단점이 있다.
 

	FRONT END STATIONARY HEAD TYPES
A	CHANNEL AND RENOVABLE COVER
B	BONNET (INTEGRAL COVER)
C	CHANNEL INTEGRAL WITH TUBE-SHEET AND REMOVABLE COVER
N	CHANNEL INTEGRAL WITH TUBE-SHEET AND REMOVABLE COVER
D	SPECIAL HIGH PRESSURE CLOSURE

	SHELL TYPES
E	ONE PASS SHELL
F	TWO PASS SHELL WITH LONGITUDINAL BAFFLE
G	SPLIT FLOW
H	DOUBLE SPLIT FLOW
J	DIVIDED FLOW
K	KETTLE TYPE REBOILER
X	CROSS FLOW

	REAR END HEAD TYPES
L	FISED TUBESHEET LIKE "A" STATIONARY HEAD
M	FIXED TUBESHEET LIKE "B" STATIONARY HEAD
N	FISED TUBESHEET LIKE "N" STATIONARY HEAD
P	OUTSIDE PACKED FLOATING HEAD
S	FLOATING HEAD WITH BACKING DEVICE
T	PULL THROUGH FLOATING HEAD
U	U-TUBE BUNDLE
W	EXTERNALLY SEALED FLOATING TUBESHEET

<TEMA - Type designations for Shell & Tube Heat Exchangers>

Floating Head Type

Fixed Tube Sheet

U - Tube Type

Kettle Type

1. Stationary Head - Channel	20. Slip-on Backing Flange
2. Stationary Head - Bonnet	21. Floating Head Cover - External
3. Stationary Head Flange - Channel or Bonnet	22. Floating Tubesheet Skirt
4. Channel Cover	23. Packing Box Flange
5. Stationary Head Nozzle	24. Packing
6. Stationary Tubesheet	25. Packing Gland
7. Tubes	26. Lantern Ring
8. Shell	27. Tie Rods and Spacers
9. Shell Cover	28. Transverse Baffles or Support Plates
10. Shell Flange - Stationary Head End	29. Impingement Plate
11. Shell Flange - Rear Head End	30. Longitudinal Baffle
12. Shell Nozzle	31. Pass Partition
13. Shell Cover Flange	32. Vent Connection
14. Expansion Joint	33. Drain Connection
15. Floating Tubesheet	34. Instrument Connection
16. Floating Head Cover	35. Support Saddle
17. Floating Head Flange	36. Lifting Lug
18. Floating Head Backing Device	37. Support Bracket
19. Split Shear Ring	38. Weir
	39. Liquid Level Connection

 2.고정관판형 열교환기 (Fixed Tube Sheet Type) 

	관판을 동체의 양측에 용접 등의 방법으로 고정시킨 구조의 열교환기이다. 동체측유체와 관측유체의 온도에 의해 전열관과 동체는 열팽창차가 생기고 그 때문에 열응력이 큰 경우에는 동체에 신축이음을 설치하여 열팽창을 흡수 하는 구조가 필요하다. 이 형식은 동체측의 청소, 점검 및 보수가 곤란하므로 부식성과 오염이 적고 침전물이 생기지 않는 유체에 적당하다. 고정관판형의 특징은 다음과 같다.
	동체의 오염이적고 유체에의한 동체 및 전열관의 온도차가 작을 때 또는 열팽창 차가    작을 때에는 최적의 구조이다.  종형의 관식반응기로서 용도가 넓다.

 3.U-자 관형 열교환기 (U-Tube Type)

	U자관형의 Tube를 사용한 형식의 것이며 Tube는 동체와는 관계없이 유체의 온도에 따른 신축이 자유로우며, 또 Bundle을 그대로 빼내서 청소 및 점검할 수 있는 구조로서 유동두형의 경우와 같다. 그러나 유동두형의 경우 직관이 기 때문에 청소가 쉬우나 U자형의 경우는 관내의 청소가 곤란하다. U자관 형의 특징은 다음과 같다.
	열팽창에 대해 자유롭다.  Bundle을 빼낼수 가 있으므로 Tube외면의 청소도 쉽게 할 수 있다.  고압유체에 적합하다. 고압유체를 관내에 흘리면 내압부분이 적어도 되 므로 중량을    경감시킬 수가 있다.  구조가 간단하여 관판이나 동체측플랜지가 적어도 되므로 제작이 비교적 간단하다.

 4.케틀형 열교환기 (Kettle Type) 

	동체의 상부측은 증발이 잘되도록 빈공간의 증기실이 있다. 액면의 높이는 최상부관보다 적어도 50mm높게 하는 것이 보통이다. 특징은 다음과 같다.
	폐열보일로는 가장 구조가 간단하다.  따라서 손쉽게 값싼 증기를 얻는데 널리 사용된다.  관속은 유동두식, U자관식으로 할 수가 있으므로 오염되기 쉬운 유체, 압력이 높은    유체에도 적용할 수 있다.