설계

고온 가스-가스 열 교환기는 황산 공장 내에서 일반적으로 발견되며, 촉매층의 교환기 또는 예열기 역할과 유황 용광로의 예열기 역할을 합니다.

이 회복기는 매우 높은 온도와 높은 온도 차이를 보입니다. 일반적으로 두 가스 흐름 중 적어도 하나는 응축될 경우 부식성이 매우 높습니다.

일반적인 실패 모드

표준 쉘 및 튜브 설계를 사용하는 경우 여러 가지 실패 모드가 발생할 가능성이 높습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

냉간 부식 – 차가운 가스 흐름은 종종 뜨거운 가스 흐름에 포함된 구성 요소의 이슬점보다 낮은 온도에서 열교환기로 들어갑니다. 이로 인해 해당 이슬점 이하의 재료 표면 온도가 발생할 가능성이 생깁니다. 이를 일반적으로 콜드 스팟(Cold Spot)이라고 합니다. 가스 흐름이 차가운 지점과 접촉하면 응축이 발생합니다. 생성된 산은 일반적으로 냉간 부식이라고 불리는 국부적인 부식을 유발합니다.

저온 오염 – SO3가 풍부한 가스 흐름이 존재할 때 차가운 지점으로 인해 SO3가 침전됩니다. SO3는 금속 튜브 벽과 끈질긴 결합을 형성합니다. 이러한 퇴적물은 계속해서 쌓이고, 유지 관리를 위해 장치를 가동하지 않으면 가스 흐름이 막혀 명백한 용량 문제가 발생하게 됩니다.

스트레스 실패 – 고온 가스-가스 회복기는 빠르고 극심한 온도 변화를 경험합니다. 이로 인해 재료의 빠르고 중요한 팽창과 수축이 발생합니다. 표준 쉘 및 튜브 설계를 사용하면 튜브 묶음 내 온도 분포가 고르지 않아 튜브가 서로 다른 속도로 팽창할 가능성이 높습니다. 이로 인해 튜브에 의해 튜브시트에 균일하지 않은 힘이 가해지고 궁극적으로 튜브시트 용접이 실패하게 됩니다.

예상치 못한 압력 강하 - 압력 강하가 예상보다 높으면 작동 유량도 예상보다 낮습니다.

이러한 모든 실패 모드는 회복기의 성능을 방해하고 궁극적으로 전체 플랜트의 성능을 방해합니다. 일단 작동되면 해결이나 수리에 많은 비용과 시간이 소요됩니다. 해결하지 않으면 작동 수명이 몇 년 정도로 짧아질 수 있습니다.

해결책

의도된 적용을 철저하게 평가하고 해당 작동 요구 사항과 위의 실패 모드를 염두에 두고 복열 장치를 설계하는 것이 중요합니다. 회복기에 신뢰성과 효율성을 설계할 수 있도록 설계 단계에서 문제를 해결해야 합니다.

비용이 많이 드는 조정 및 수리를 방지하고 전반적인 작동 수명과 생산성을 최대화하려면 장치를 제조하기 전에 냉점, 고르지 못한 응력 및 압력 강하를 해결하기 위해 장치에 대한 철저한 분석이 필수적입니다.

경험과 전문성을 고려하면 솔루션은 간단합니다. 목표는 장치 내에서 열 대칭을 만드는 것입니다. 다음 기능은 해당 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.

가변 피치 튜브 번들 – 튜브 사이의 피치 또는 거리는 행에 따라 다릅니다. 이렇게 하면 튜브 번들 전체에 흐름 분포가 더욱 균일해지며 튜브시트 전체에 걸쳐 온도가 균일해집니다. 이는 또한 압력 강하를 낮추고 열 효율을 높이는 데 기여합니다.

고유한 배플 배열 – 표준 쉘 및 튜브 배열과 달리 공통 역류 외에 교차 흐름과 평행 흐름이 결합된 입구 위치와 배플 배열이 모두 활용됩니다. 차가운 가스 유입 흐름을 기존의 뜨거운 가스 흐름에서 멀리 순환시킬 수 있는 다중 경로가 통합되어 문제가 될 수 있는 차가운 지점을 피할 수 있습니다. 이 배열은 온도 균일성을 더욱 돕습니다.

완전 환형 입구 플레넘 – 플레넘을 사용하면 가스 흐름이 낮은 속도로 복열기로 유입되어 균일성을 촉진하고 더 나아가 콜드 스팟을 방지할 수 있습니다. 또한 이 설계는 연결부에서 흔히 발생하는 더 높은 압력 강하의 고립된 영역을 방지하고 장치의 효율성을 향상시킵니다.