열교환기 개요

 

열교환기란 공정의 Flow를 구성하는 고정장치물의 일종으로서, 기· 액상의 원재료, 반제품, 제품인 유체가 포함하고 있는 열을 Tube 또는 Plate 의 형태를 지닌 전열면을 통해 Cooling Water, Air, 원재료, 반제품, 제품유체 상호간에 열전달을 일으켜 Heating, Cooling, Condensing 등의 기능을 수행하는 설비이다.

 

 

열교환기 개요

 

석유화학장치산업에서 제품의 생산원가를 절감하기 위해서는 열에너지를 효율적으로 사용해야 한다.
이것은 효율적인 연소뿐만 아니라 열에너지의 효율적인 전달도 포함한다.
Heater 에서 불을 땔 때에 유분으로 전달되는 열이 많으면 많을수록 전체 연료비는 적어지고, 특히 뜨거운 제품의 유체의 열을 찬흐름으로 효율적으로 전달해 주어야 제조원가를 낮출 수 있는 것이다.
근래에 들어 에너지의 효율적인 관리에 대한 요구가 극대화 되면서 열에너지의 중요성이 대두 되었다.

 

열 및 매체의 종류 

 

1. 열의 종류
(1) 현열 : 물질의 온도를 변화하게 하는 열
(2) 잠열 : 물질의 상을 변화하게 하는 열
(3) 기화열 : 액상에서 기상으로 변화 시키는데 필요한 (현/잠)열
(4) 응축열 : 기상에서 액상으로 변화시키는데 필요한 (잠/현)열

 

2. 사용되는 Heating 매체와 Cooling 매체
(1) Heating 매체
가) Hot Stream
나) HP Steam : 256°C, 600 psig
다) MP Steam : 185°C, 150 psig
라) LP Steam : 147°C, 50 psig / 121°C, 15 psig
(2) Cooling 매체
가) Cold Stream
나) Cooling Water
다) Air

 

 

열전달의 개념

온도가 다른 두물체를 접촉시키면 온도가 높은 물체로부터 온도가 낮은 쪽으로 열은 이동한다. 마침내 두물체의 온도는 같아지게 되며, 결국 열적 평형상태에 도달하게 된다. 열의 흐름에 의한 열전달 기구는 세가지로서 전도, 대류, 복사등이 있다.

1. 전도
전도는 물체내의 온도구배가 존재할 때 물체내의 분자의 운동이 뜨거운 곳으로부터 낮은 곳으로 옮겨져 나갈 때에 일어난다.
2. 대류
대류에 의한 열흐름은 유체의 이동에 의한 것이다.
가) 강제대류
외부의 힘으로 유체가 흐르고 이 유체의 벽과의 사이에서 전열이 되는 것이며, 이것을 강제대류에 의한 전열이라고 한다
나) 자연대류
온도차에 의해, 즉 유체의 밀도차에 의해 유체의 흐름이 생겨서 벽과의 사이에서 전열이 되는 것이며, 이것을 자연대류에 의한 전열이라고 한다.
3. 복사
열에너지는 전도에 있어서와 같이 물질내에서 전달될 수도 있고 또 대류에서 처럼 이동하는 물질에 따라 운반될 수도 있다. 열에너지는 또한 물질이 없을 때에도 전달될 수 있으며, 이것이 바로 복사열이다. 즉, 복사는 전자파에 의하여 에너지가 공간을 통하여 전달되는 현상이다. 예를 들면 태양열이 지구에 미치는 열을 말할 수 있다.

 

 

열교환기의 종류 및 특성

열교환기를 분류를 기능 및 기하학적 형태에 따라 분류하고 있는데 이에 대한 세부 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/608

열교환기의 종류

1. 사용목적에 따른 분류
(1) Heater : 유체를 가열하여 필요한 온도까지 유체온도를 상승시키는 목적으로 사용
(2) Pre-Heater : 유체에 미리 열을 줌으로써 다음단계의 효율을 양호하게 할 목적으로 사용
(3) Super-Heater : 유체를 재차 가열하여 과열상태로 하기 위함.
(4) Vaporizer : 액체를 가열하여 증발시켜서 발생한 증기를 사용하고자 할 때 사용
(5) Reboiler : 장치중에서 응축된 액체를 재차 가열, 증발시킬 목적으로 사용
(6) Cooler : 유체를 냉각하여 필요한 온도까지 낮출 목적으로 사용
(7) Chiller : 빙점이하인 저온으로 냉각시킬 목적으로 사용
(8) Condenser : 응축성 기체를 냉각하여 액화시키는 목적에 사용. 특히 Steam 을 응축시켜

    물로 만드는 열교환기를 복수기라 한다.
(9) Heat Exchanger : 협의의 열교환기이며 유체간의 열교환을 시켜서 동시에 한쪽을 가열,

    다른 쪽을 냉각시키는 목적에 사용하는 열교환기를 말함.

 

2. 구조상의 분류
(1) Shell & Tube Type 열교환기

가) Floating Type Heat Exchanger

나. Fixed Type Heat Exchanger

다. U-Tube Type Heat Exchanger

(2) Air Fan Cooler

(3) Double Pipe Type Heat Exchanger

(4) Plate Type Heat Exchanger