바이패스 누출은 외부 환경으로의 누출이 아니라 튜브 번들을 가로지르는 것이 아니라 튜브 번들 주위로 흐르는 내부 지름길-셸-측 유체입니다. 이 내부 바이패스는 열 전달 표면적을 낭비하고 교환기 효율성을 감소시키지만 외부에서는 보이지 않습니다. 발생경로와 원인에 대한 이해바이패스 누출 PTFE 열교환기문제는 성능 손실을 진단하고 효과적인 수리를 계획하는 데 필수적입니다. 이 가이드에서는 일반적인 누출 경로, 원인 및 열 성능을 복원하는 시정 조치에 대해 설명합니다.
바이패스 누출이란 무엇이며 왜 중요한가요?
쉘-및-튜브 열교환기에서 쉘{2}}측 유체는 배플의 안내에 따라 튜브 번들을 가로질러 흐르도록 되어 있습니다. 바이패스 누출은 해당 유체의 일부가 더 짧고 낮은{4}} 저항 경로를 사용하여 튜브와의 접촉을 피할 때 발생합니다. 유체는 온도 변화가 거의 또는 전혀 없이 교환기에서 빠져나오므로 전체 열 전달 속도가 감소합니다.
이미 금속 장치보다 열전도율이 낮은 PTFE 열교환기의 경우 바이패스 누출이 특히 손상됩니다. 우회 흐름이 20%이면 우회된 유체가 열 교환에 참여하지 않기 때문에 유효 열 전달 계수가 25~35% 감소할 수 있습니다. 문제는 내부에 있으며 외부 육안 검사나 압력 테스트로는 감지할 수 없습니다.{5}}열 성능 모니터링이나 내부 검사를 통해서만 가능합니다.
PTFE 열교환기의 1차 바이패스 누출 경로
세 가지 별개의 경로를 통해 쉘{0}}측 유체가 튜브 번들을 우회할 수 있습니다.
1. 번들-~-쉘 정리(환형 바이패스)
가장 바깥쪽 튜브와 쉘의 내부 벽 사이에는 항상 틈이 있습니다. 이 환형 공간은 튜브 묶음을 삽입하고 제거하는 데 필요합니다. 잘 설계된 교환기에서는 흐름을 차단하기 위해 밀봉 스트립(바이패스 밀봉이라고도 함) 또는 더미 튜브가 이 틈새에 설치됩니다. 밀봉 스트립은 일반적으로 배플에 부착된 편평한 금속 막대 또는 PTFE{4}}로 채워진 스트립으로, 외부로 연장되어 쉘 벽에 닿습니다.
밀봉 스트립이 없거나 마모되거나 파손된 경우 쉘{0}}측 유체는 튜브 번들을 건너지 않고 환형 틈을 통해 자유롭게 흐릅니다. 이는 가장 중요한 우회 경로입니다.
2. 배플-~-쉘 간격
배플은 쉘 내부에 완벽하게 들어맞지 않습니다. 조립 및 열팽창을 허용하기 위해 작은 간격(일반적으로 1~3mm)이 존재합니다. 각 배플 가장자리 주변, 특히 배플 절단부가 있는 상단과 하단에서 유체가 누출될 수 있습니다. 새 교환기에서는 이러한 누출이 미미합니다(전체 유량의 2~5%). 그러나 배플이 손상되면-휘어지거나 부식되거나 침식되면-간극이 증가하고 우회 흐름이 크게 증가합니다.
PTFE 열 교환기 배플의 손상은 수격 현상(증기 해머), 쉘 측 유체에 운반된 이물질 또는 금속 배플 구성 요소의 부식으로 인해 발생할 수 있습니다(PTFE 튜브 자체는 부식되지 않지만 금속 배플과 지지판은 부식될 수 있음).
3. 튜브-~-배플 간격
각 PTFE 튜브는 각 배플의 구멍을 통과합니다. 유연한 PTFE 튜브가 움직이고 열팽창 중에 결합되는 것을 방지하려면 0.2~0.5mm의 간격이 필요합니다. 이러한 작은 환형 틈을 통해 유체가 누출될 수 있습니다. 대부분의 설계에서 튜브-에서-배플까지의 누출은 상대적으로 작은 기여 요인입니다(일반적으로<5% of total bypass) because the pressure drop across each baffle drives flow through the many tube holes, but the cumulative effect can be noticeable in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.
PTFE 열교환기의 바이패스 누출 원인
내부 검사를 통해 종종 다음 조건 중 하나 이상이 드러납니다.
씰링 스트립이 없거나 마모됨
씰링 스트립은 나사, 클립 또는 용접을 통해 배플에 부착됩니다. 시간이 지남에 따라 나사가 느슨해지거나, 클립이 부러지거나, 스트립 자체가 부식되거나 침식될 수 있습니다. 일부 현장-수리 번들에서는 튜브를 다시 만든 후 밀봉 스트립이 다시 설치되지 않았을 수 있습니다. 일반적인 발견은 씰링 스트립이 몇 개의 배플에만 존재하거나 완전히 없다는 것입니다.
손상된 배플
배플은 다음과 같은 이유로 손상될 수 있습니다.
스팀 해머– 반복되는 충격파는 특히 튜브 구멍 근처의 금속 배플을 구부리거나 깨뜨릴 수 있습니다.
부식– 부식성 서비스의 강철 배플(PTFE 튜브 포함)은 얇아지고 모양이 손실될 수 있습니다.
기계적 충격– 번들을 삽입하거나 제거하는 동안 제대로 정렬되지 않으면 배플이 구부러질 수 있습니다.
구부러진 배플이 더 이상 쉘에 꼭 맞지 않아 큰 여유 공간이 생성됩니다. 깨진 배플에는 흐름을 허용하는 부분이 누락되었을 수 있습니다.
원래 디자인의 대형 쉘 여유 공간
일부 저비용-PTFE 열교환기는 제조를 단순화하기 위해 과도한 번들-대-간격을 갖도록 제작되었습니다. 10mm 이상의 간격이 있을 수 있으며 밀봉 스트립이 생략되거나 크기가 작아집니다. 이러한 경우 바이패스 누출은 설계에 내재되어 있으며 큰 수정 없이는 완전히 수정할 수 없습니다.
교환기를 열지 않고 바이패스 누출 진단
다음과 같은 경우 바이패스 누출이 의심됩니다.
튜브가 깨끗하고 외부 누출이 없음에도 불구하고 측정된 열 전달률(입구/출구 온도 및 유량으로 계산)은 설계 값보다 상당히 낮습니다.
쉘{0}}측 압력 강하는 동일한 유량에 대한 과거 값보다 낮습니다. 압력 강하 감소는 유체가 더 낮은-저항 경로(바이패스)를 취하고 있음을 나타냅니다.
쉘-측 유체의 온도 변화(ΔT)는 예상보다 작았으며, 튜브-측 출구 온도도 목표를 벗어났습니다.
오염, 비응축성 물질의 갇힘, 유속 감소 등 성능 저하의 다른 원인을 먼저 배제하는 것이 중요합니다. 이를 제거하면 바이패스 누출이 원인일 가능성이 높습니다.
바이패스 누출에 대한 시정 조치
적절한 수리는 튜브 번들의 심각도와 접근성에 따라 달라집니다.
1. 씰링 스트립 교체(가장 일반적인 수정)
탈착식 튜브 번들이 있는 교환기의 경우, 밀봉 스트립을 예정된 가동 중단 중에 설치하거나 교체할 수 있습니다. 절차:
쉘 커버가 제거되고 튜브 묶음이 제거됩니다.
배플을 검사합니다. 기존 실링 스트립 홈에서 잔해물과 부식이 제거되었습니다.
새로운 밀봉 스트립(일반적으로 PTFE- 함침 직물, 금속 스프링 스트립 또는 견고한 PTFE 바)을 길이에 맞게 잘라 각 배플의 홈에 삽입합니다. 스트립은 약간의 억지끼움(0.2~0.5mm 압축)으로 쉘 내부 벽에 접촉하도록 바깥쪽으로 확장되어야 합니다.
스트립은 나사로 고정하거나 배플 가장자리(금속 스트립의 경우)를 피닝하여 고정합니다. 일부 설계에서는 스트립이 배플에 대한 쉘의 압력에 의해 고정됩니다.
번들이 다시 설치되고 교환기가 테스트됩니다.
배플 자체가 손상되지 않은 경우 이 수리는 일반적으로 손실된 성능의 90~100%를 복원합니다.
2. 배플 수리 또는 교체
배플이 구부러지거나 갈라지거나 부식된 경우 밀봉 스트립만으로는 바이패스를 고칠 수 없습니다. 손상된 배플은 수리하거나 교체해야 합니다. PTFE 열 교환기의 경우 배플은 일반적으로 금속(스테인리스강 또는 탄소강)이며 다음과 같습니다.
곧게 펴짐– 유압 프레스를 사용하면 약간 구부러진 부분을 평평하게 누를 수 있습니다.
용접됨– 균열은 용접되고 매끄럽게 연마됩니다. 배플이 왜곡되지 않도록 주의해야 합니다.
교체됨– 심각하게 손상된 배플을 번들에서 잘라내고 새 배플을 PTFE 튜브에 끼워 넣습니다. 이는 노동 집약적인- 작업으로, 전체 튜브를 다시 만드는 동안 종종 수행됩니다.
배플 수리 후 새 밀봉 스트립이 설치됩니다.
3. 쉘-측면 흐름 조정(일시적 완화)
즉각적인 분해가 불가능한 상황에서는 작동 조정을 통해 바이패스 누출을 부분적으로 보상할 수 있습니다. 쉘{1}}측 유속을 늘리면 튜브 번들과 바이패스 간격 모두를 통과하는 속도가 높아집니다. 압력 강하는 속도의 제곱에 따라 증가하므로 유속이 높을수록 실제로 튜브를 통과하는 유체의 비율이 향상될 수 있습니다. 그러나 이는 근본 원인을 해결하지 못하고 펌핑 에너지를 증가시킵니다. 이는 일시적인 조치로만 간주됩니다.
4. 심각한 클리어런스 문제에 대한 재설계
본질적으로 큰 쉘 간격(잘못된 원래 설계)을 가진 교환기에서는 더 두꺼운 밀봉 스트립으로 개조하거나 환형 공간에 더미 튜브를 설치하는 것이 시도될 수 있습니다. 더미 튜브는 가장 바깥쪽 튜브 구멍에 배치되지만 유체가 흐르지 않도록 튜브시트 끝이 밀봉된 짧은 길이의 PTFE 튜브입니다. 공간을 차지하고 우회를 차단합니다. 이 접근 방식을 사용하려면 배플과 튜브시트에 추가 구멍을 뚫어야 하며 일반적으로 전문 수리점에서 수행합니다.
횡단면도-설명(텍스트 표현)
다음 설명은 횡단면에서 본 일반적인 PTFE 쉘-및-튜브 열교환기의 우회 경로를-보여줍니다.
외부 원은 쉘 내부 벽을 나타냅니다.
내부에는 작은 원의 원형 배열이 PTFE 튜브를 나타냅니다.
가장 바깥쪽 튜브 원과 쉘 내부 벽 사이의 간격은 번들-대-쉘 간격(환형 우회 경로)입니다. 잘 설계된 교환기에서는 밀봉 스트립(배플에 부착된 작은 직사각형으로 표시됨)이 이 틈으로 돌출되어 쉘 벽에 거의 닿습니다.
배플은 상단과 하단에 컷아웃(배플 창)이 있는 쉘 내부를 가로지르는 수평선으로 표시됩니다. 배플 가장자리 주위로-배플을 통해--쉘 간격-으로 흐르는 유체는 배플 팁과 쉘 벽 사이를 통과하는 화살표로 표시됩니다.
개별 튜브와 배플 사이의 작은 화살표는 튜브-에서-배플 누출을 나타냅니다.
밀봉 스트립은 환형 바이패스를 차단합니다. 누락된 경우 큰 화살표는 환형 간격을 통과하는 흐름이 방해받지 않음을 나타냅니다.
바이패스 누출 방지
바이패스 누출은 설계 및 초기 조립 중에 가장 잘 방지됩니다.
TEMA 클래스 R 또는 B 구성 지정– 이 표준은 최대 간격을 정의하고 특정 크기 이상의 쉘 직경에 대해 밀봉 스트립을 요구합니다.
이중 밀봉 스트립 사용– 배플당 두 줄의 밀봉 스트립이 중복성을 제공합니다.
튜브를 다시 끼우는 동안 씰링 스트립을 검사하세요.– 누락되거나 손상된 스트립은 재조립하기 전에 교체됩니다.
워터해머를 피하세요– 관련 가이드에서 설명한 대로 스팀 해머는 배플을 손상시키고 밀봉 스트립 부착물을 느슨하게 합니다.
정기적인 내부 검사(3~5년마다)에는 씰링 스트립의 견고성과 배플 상태를 점검하는 것이 포함되어야 합니다. 바이패스 누출이 초기에 의심되는 경우 알려진 유량에서의 압력 강하 테스트를 기준 데이터와 비교할 수 있습니다.
결론
바이패스 누출은 PTFE 열교환기 성능을 조용히 저하시키는 설계 및 유지 관리 문제입니다. 기본 경로는 번들-에서-쉘 간극(환형 바이패스)과 배플-에서-쉘 간극입니다. 씰링 스트립이 없거나 마모되었으며 배플이 손상된 것이 가장 일반적인 원인입니다. 내부 검사를 통해 이러한 문제가 드러나는 경우가 많습니다. 시정 조치에는 밀봉 스트립 교체, 손상된 배플 수리 또는 교체, 임시 조치로 쉘{8}}측 흐름 증가가 포함됩니다. 심각한 간격 문제의 경우 더미 튜브 또는 재설계가 필요할 수 있습니다. 에이바이패스 누출 PTFE 열교환기문제로 인해 열 전달이 10~30% 줄어들 수 있지만 대부분의 경우 계획된 가동 중단 중에 완전히 수정할 수 있습니다. 적절한 밀봉 스트립과 주기적인 내부 검사를 통한 적절한 제작으로 열 효율을 유지하고 서비스 수명을 연장합니다.
