열교환 기 구조 | Shell \U0026 Tube 열교환기의 구조 상위 57개 답변

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Shell \u0026 Tube 열교환기의 구조

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열교환기 – RTO care – 티스토리

열교환기 · 1) Pass partition Plate · 2) Impingement Baffle · 3) Tube Sheet · 4) Seal Strips & Seal Pipe · 5) Tie Rod & Spacer · 6) Sling Bar · 7) …

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Date Published: 4/25/2021

열교환기의 종류 – RE 안전환경

열교환기(Heat Exchanger)란 서로 온도가 다르고, 고체벽으로 분리된 두 … 및 외관동체의 환상부에 각각 유체를 흘려서 열교환시키는 구조이다.

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Source: sec-9070.tistory.com

Date Published: 11/16/2021

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및 외관동체의 환상부에 각각 유체를 흘려서 열교환시키는 구조이다. 열교환기(Heat Exchanger)란 서로 온도가 다르고, 고체벽으로 분리된 두 유체들 사이 …

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Source: toplist.pilgrimjournalist.com

Date Published: 3/27/2022

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Author: RPE’s PV \u0026 Tank – 플랜트 장치설계 채널
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Date Published: 2022. 4. 28.
Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=d0TI2wLBY6s

열교환기 구조/기능

1. 개 요

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.

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

3) 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.

2. 열교환기의 정의

열교환기란 공정의 Flow 를 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.

3. 열교환기의 종류 및 특성

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

Tube Bundle 의 Rear End Head Type 에 따라 분류되는 것으로서 대형 중· 저압유체를

Service 하기에 적합한 열교환기로서 비교적 유지보수가 용이하다.

Stationary Head, Shell, Rear End Head 의 조합에 따라 다양한 형식의 열교환기가 있다.

Tube 의 열팽창을 Floating Head 가 늘어남으로서 흡수한다.

온도차가 큰 열교환에 주로 사용한다.
[그림 1] Floating Type Heat Exchanger

나. Fixed Type Heat Exchanger

Tube Bundle 의 Floating Head 부위가 없이 Tube Sheet 가 Shell 에 완전히 고정 설치된 열교환기로 부식성이 적은 고압의 유체를 Service 하는데 적합하고, 청소와 같은 일반 정비작업은 용이하나

Shell Side 의 청소, Tube 의 부분교체 및 Retubing 이 매우 어렵다.
[그림 2] Fixed Type Heat Exchanger

다. U-Tube Type Heat Exchanger

Tube Bundle 의 Rear End 부위가 U-Bending 되어 있어 Tube Side 의 유체가

Stationary Tube Front End 에서 In,Out Service 되는 것이 특징으로 중· 고압의 유체를 Service

하는데 적합하나 분리, 조립이 어렵고 Outer Tube Layer 를 제외한 Tube 의 부분교체가 불가능하며 Tube Bundle Rear End의 Bending 때문에 운전시 진동이 유발될 수 있다.
[그림 3] U-Tube Type Heat Exchanger
[그림 4] Tubular Heat Exchanger 의 분류체계

(2) Air Fan Cooler

전열면적을 넓히기 위하여 Tube 외면에 Fin 이 설치된 열교환기로서 Tube 내부에는 공정유체가

흐르며, 외부로는 Fan 을 이용하여 공기를 강제통풍시켜 유체가 함유하고 있는 규정치 이상의 열을

냉각시켜서 Cooling 또는 Condensing 을 목적으로 하는 열교환기이다.

[그림 5] Air Fan Cooler

(3) Double Pipe Type Heat Exchanger

전열면적을 넓히기 위해 Tube 외부에 Horizontal Through Fin 이 설치된 Fin Tube 를 소구경의

Pipe 로 된 Shell 내부에 설치한 열교환기로서 Fin Tube 내부로는 액체가 Service 되고 Pipe 로 된 Shell 에는 기체상태의 유체가 Service 되면서 기체상태의 유체가 함유하고 있는 규정치 이상의

열을 냉각시키는 열교환기이다.
[그림 6] Double Pipe Heat Exchanger

(4) Plate Type Heat Exchanger

Tube 와 Fin 대신에 얇은 판을 설치해서 판과 판사이를 흐르는 유체의 온도차를 이용하여 열교환을

하는 열교환기로서, 열전달 효율이 매우 높고 청소, 조립작업이 용이하나 Brazed Type 의

Plate Type Heat Exchanger 의 경우는 수리작업이 불가능하다.
[그림 7] Plate Type Heat Exchanger

4. 각 부위별 명칭 및 기능

1) Floating Type Heat Exchanger

(1) Channel (14) Floating Head Cover Flange

(2) Channel Flange (15) Floating Head Backing Device

(3) Channel Cover (16) Tie Rod

(4) Channel Nozzle (17) Spacer

(5) Stationary Tubesheet (18) Baffle Plate

(6) Tube (19) Impingement Plate

(7) Shell (20) Partition Plate

(8) Shell Cover (21) Vent Connection

(9) Shell Flange (22) Drain Connection

(10) Shell Nozzle (23) Instrument Connection

(11) Shell Cover Flange (24) Support Saddle

(12) Floating Tubesheet (25) Lifting Lug

(13) Floating Head Cover
[그림 8] Floating Type Heat Exchanger 의 구조

(1) Channel

Tube Side 를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능케하는 공간을 제공한다.

(2) Channel Flange

Channel Cover 와 Channel, Channel 과 Shell 을 Bolt 와 Nut 로 조여 고정시킨다.

(3) Channel Cover

Channel 을 외부로부터 밀폐시킨다.

(4) Channel Nozzle

Channel 쪽의 유체를 유입 또는 방출한다.

(5) Stationary Tubesheet

Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열시키고 지지하며,Tube 와 Shell 간을 분리,

밀폐한다.

(6) Tube

뜨거운 유체와 차가운 유체간의 열전달을 일으킨다.

(7) Shell

Heat Exchanger 의 최외각부로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다.

(8) Shell Cover

Floating Head 쪽에 위치하며 Rear End 부분을 밀폐시킨다.

(9) Shell Flange

Shell 에 부착되어 있으며 Shell 과 Shell Cover 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다.

(10) Shell Nozzle

Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다.

(11) Shell Cover Flange

Shell Cover 에 부착되어 있으며 Shell 과 Shell Cover 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다.

(12) Floating Tubesheet

Floating Cover 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열하여 지지하고,Tube 와 Shell 간을

밀폐시킨다.

(13) Floating Head Cover

Shell Cover 쪽의 Tube Side 에 유체가 체류할 수 있는 공간을 제공한다.

(14) Floating Head Cover Flange

Floating Head Cover 와 Backing Device 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다.

(15) Floating Head Backing Device

Floating Head Cover 를 Tube Sheet 에 체결할 수 있도록 Flange 역할을 한다.

(16) Tie-Rod

Tube Sheet 와 Baffle Plate 가 일정한 간격을 유지하도록 이들을 지지한다.

(17) Spacer

Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 유지한다.

(18) Baffle Plate

Heat Exchanger 내의 유체흐름을 유도하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube 를 지지한다.

(19) Impingement Plate

유체가 유입되는 Shell Nozzle 측에 부착되어 Tube 의 마모를 방지하고 유체의 분산을 좋게 한다.

(20) Partition Plate

Channel 을 나누어 주는 판으로 Heat Exchanger 내의 Tube Flow 형태를 결정한다.

(21) Vent Connection

Shell Cover 의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다.

(22) Drain Connection

Shell Cover 의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다.

(23) Instrument Connection

온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다.

(24) Support Saddle

Heat Exchanger 를 Foundation 에 Anchor Bolt 를 이용하여 고정시킬 수 있도록 Heat Exchanger 를 지지하는 철구조물 이다. 고정되는 부위(Fixed Side)와 움직이는 부위(Sliding Side)로 구분되어 있다.

(25) Lifting Lug

들어올리기 용이하도록 만든 일종의 고리이다.

2) Fixed Type Heat Exchanger

(1) Bonnet (9) Tie Rod

(2) Bonnet Flange (10) Spacer

(3) Bonnet Nozzle (11) Baffle Plate

(4) Stationary Tubesheet (12) Vent Connection

(5) Tube (13) Drain Nozzle

(6) Shell (14) Instrument Connection

(7) Shell Nozzle (15) Support Bracket

(8) Expansion Joint
[그림 9] Fixed Heat Exchanger 의 구조

(1) Bonnet

Tube Side 를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능하게 하는 공간을 제공한다.

(2) Bonnet Flange

Bonnet 과 Shell 을 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다.

(3) Bonnet Nozzle

Bonnet 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다.

(4) Stationary Tubesheet

Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열시키고 지지하며, Tube 와 Shell 간을

분리·밀폐한다.

(5) Tube

뜨거운 유체와 차가운 유체간에 열전달을 일으킨다.

(6) Shell

Heat Exchanger 의 최외곽부분으로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는

공간을 제공한다.

(7) Shell Nozzle

Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다.

(8) Expansion Joint

Shell 이 온도나 다른 힘의 변화에 의한 팽창 또는 수축으로 인해 발생된 변형을 흡수할 수 있게한

주름(Bellows)이다.

(9) Tie Rod

Tube Sheet 와 Baffle Plate 가 일정한 간격을 유지하게 하고, 이들을 지지한다.

(10) Spacer

Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 하다.

(11) Baffle Plate

Heat Exchanger 내의 유체흐름을 유도하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube 를 지지한다.

(12) Vent Connection

Shell Cover 의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다.

(13) Drain Connection

Shell Cover 의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다.

(14) Instrument Connection

온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다.

3) U-Tube Type Heat Exchange

(1) Channel (11) Tie Rod

(2) Channel Flange (12) Spacer

(3) Channel Cover (13) Baffle Plate

(4) Channel Nozzle (14) Longitudinal Baffle

(5) Stationary Tubesheet (15) Partiton Plate

(6) Tube (16) Vent Connection

(7) Shell (17) Drain Connection

(8) Shell Cover (18) Instrument Connection

(9) Shell Flange (19) Support Saddle

(10) Shell Nozzle (20) Lifting Lug
[그림 10] U-Tube Type Heat Exchanger 의 구조

(1) Channel

Tube Side 를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능케하는 공간을 제공한다.

(2) Channel Flange

Channel Cover 와 Channel, Channel 과 Shell 을 Bolt 와 Nut 로 조여 고정시킨다.

(3) Channel Cover

Channel 을 외부로부터 밀폐시킨다.

(4) Channel Nozzle

Channel 쪽의 유체를 유입 또는 방출한다.

(5) Stationary Tubesheet

Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열시키고 지지하며,Tube 와 Shell 간을 분리,

밀폐한다.

(6) Tube

뜨거운 유체와 차가운 유체간의 열전달을 일으킨다.

(7) Shell

Heat Exchanger 의 최외각부로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고,

열전달이 일어나는 공간을 제공한다.

(8) Shell Cover

Floating Head 쪽에 위치하며 Rear End 부분을 밀폐시킨다.

(9) Shell Flange

Shell 에 부착되어 있으며 Shell 과 Shell Cover 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다.

(10) Shell Nozzle

Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다.

(11) Tie-Rod

Tubesheet 와 Baffle Plate 가 일정한 간격을 유지하게하고 이들을 지지한다.

(12) Spacer

Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 한다.

(13) Baffle Plate

Heat Exchanger 내의 유체흐름을 불규칙하게 하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube 를 지지한다.

(14) Longitudinal Baffle

U-Bending 된 Tube Bundle 의 중간에 위치하여 유체가 들어오는 Tube 와 유체가 나가는 Tube 를

분리한다.

(15) Partition Plate

Channel 을 나누어주는 판으로 Heat Exchanger 내의 Tube Flow 형태를 결정한다.

(16) Vent Connection

Shell Cover 의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다.

(17) Drain Connection

Shell Cover 의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다.

(18) Instrument Connection

온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다.

(19) Support Saddle

Heat Exchanger 를 Foundation 에 Anchor Bolt 를 이용하여 고정시킬 수 있도록 Heat Exchanger 를 지지하는 철구조물이다.

(20) Lifting Lug

들어올리기 용이하도록 만든 일종의 고리이다.

4) Air Fan Cooler

(1) Tube Bundle (6) Fan

(2) Header (7) Fan Ring

(3) Nozzle (8) Fan Deck

(4) Supporting Column (9) Drive Assembly

(5) Plenum (10) Louver
[그림 11] Air Fan Cooler 의 구성요소

(1) Tube Bundle

공기에 의해 냉각되는 유체가 내부에 흐르고, 열교환 효율을 좋게하기 위해 외면에 Fin 을 설치한 Tube 의 묶음이다.

1) Bracket 6) Ring Groove

2) Fixed End 7) Slot

3) Baffle 8) Cooler Guide

4) Shoulder Type Plug 9) Floating End

5) Outlet Nozzle 10) Inlet Nozzle
[그림 12] Tube Bundle 의 구조

가) Bracket

Tube Bundle 을 감싸고 있는 금속 철판이다.

나) Fixed End

Inlet 과 Outlet Nozzle 이 있는 Header 쪽에 위치하며 Tube Bundle 의 열팽창을 고정시킨다.

다) Baffle

Inlet Nozzle 을 통하여 들어오는 유체와 Outlet Nozzle 을 통하여 나가는 유체를 구분하는 철판이다.

라) Shoulder Type Plug

Fixed End 와 Floating End 에 각각의 Tube 와 같은 위치에 뚫린 Hole 에 Solid Metal Gasket 을 넣고 조이는 Plug 로서 Air Fan Cooler 의 정비작업 또는 청소시 이를 개방하여 실시한다.

마) Outlet Nozzle

냉각된 유체가 Header 에서 나가는 Flange 연결부위이다.

바) Ring Groove

Tube Sheet 에 Tube 를 Expanding 하여 압착 고정하는 홈이다.

사) Slot

Cooler Guide 에 뚫린 Hole 로서 Tube Bundle 이 열팽창할 때 움직일 수 있는 공간을 제공한다.

아) Cooler Guide

Air Fan Cooler 의 최외각 부위로서 Tube Bundle 을 외부로 부터 보호하고 열팽창시 일정방향으로

팽창이 일어 나도록 한다.

자) Floating Head

Inlet 과 Outlet Nozzle 의 반대편 Header 에 위치하며 Tube Bundle 의 열팽창이 일어나는 방향이다.

차) Inlet Nozzle

냉각된 유체가 Header 로 들어오는 Flange 연결부위이다.

(2) Header

Inlet Nozzle 로 들어온 유체가 방향을 바꾸어 Outlet Nozzle 로 나갈 수 있게 하고 Inlet Nozzle 과 Outlet Nozzle 로 들어오는 유체가 Tube 로 분산되는 공간을 제공한다.

(3) Nozzle

Inlet 과 Outlet Nozzle 이 있으며 Air Fan Cooler 의 Tube 에서 냉각되는 유체가 들어오고 나가는 Flange 연결부위이다.

(4) Supporting Column

Air Fan Cooler 를 지지하여 구조물이나 지상에 안전하게 설치하도록 한다.

(5) Plenum

Fan 과 Tube Bundle 사이의 사면을 막아 냉각매체인 공기가 한방향으로 빠른 속도로 흐르게 한다.

(6) Fan

냉각매체인 공기를 빠른 속도로 가속시켜 Tube Bundle 내부의 유체를 효율적으로 냉각시키는

날개이다.

(7) Fan Ring

Fan 에 사람이나 물체가 들어가 회전을 방해하거나 안전사고의 발생을 방지하기 위해 설치한

원기둥 모양의 통이다.

(8) Fan Deck

Fan Ring 과 Plenum 을 연결하는 원형의 철판으로 Fan 에서 가속된 공기가 Tube Bundle 로 가게

유도한다.

(9) Louver

창문의 Blind 형태로 Fan 의 상단 또는 하단에 위치하며 Actuator 에 의하여 작동하고 공기의 유량을 조절한다.

5) Double Pipe Heat Exchanger

(1) Shell Assembly (10) Shell Nozzle Companion Flange

(2) Tube Assembly (11) Cover Plate Bolting

(3) Cover Plate (12) Tubeside Bolting

(4)Sealing Ring (13) Shell Nozzle Bolting

(5) Slot Ring (14) Bracket Bolting

(6) Fin Tube Stub End Flange (15) Cover Gasket

(7) Tube Return Bend Connector (16) Nozzle Gasket

(8) Tube Return Bend Connector (17) Nameplate

(9) Tube Return Bend Connector
[그림 13] Double Pipe Heat Exchanger 의 구조

(1) Shell Assembly

Heat Exchanger 의 최외각 부분으로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고 열전달이 일어나는

공간을 제공한다.

(2) Tube Assembly

뜨거운 유체와 차가운 유체간에 열전달을 일으킨다.

(3) Cover Plate

U-Bending 된 부위쪽에 위치하여 열교환기 분리시 개방하여 Pull Bundle하며 Shell Assembly 에

Bolt 와 Nut 로 고정시킨다.

(4) Sealing Ring

Fin Tube Stub End Flange 와 Shell Assembly 사이에 끼워 기밀시킨다.

(5) Slot Ring

Tube Assembly 와 Shell Assembly 사이에 끼워 기밀시킨다.

(6)Fin Tube Stub End Flange

U-Bending 반대부위에 위치하며 Shell Assembly 에 Bolt 와 Nut 로 고정시켜 밀폐시킨다.

(7) Tube Return Bend Connector

Tube Side 의 유체가 들어오고 나가는 Flange 연결부위와 Bending 된 Pipe 연결부위이다.

(8) Shell Nozzle Companion Flange

Shell Side 로 유체가 들어오고 나가는 Nozzle 에 연결되는 Flange 이다.

(9) Cover Plate Bolting

Cover Plate 를 Shell Assembly 에 기계적인 힘을 가하여 기밀시킨다.

(10) Tube Side Bolting

Fintube Stub End Flange 와 Shell Assembly 간을 기계적인 힘을 가하여 기밀시킨다.

(11) Shell Nozzle Bolting

Shell Nozzle 과 Shell Nozzle Companion Flange 간을 기계적인 힘을 가하여 기밀시킨다.

(12) Bracket Bolt

U-Bending 된 Heat Exchanger 가 원형을 유지하게 하는 Bracket Piece 를 연결시킨다.

(13) Cover Gasket

Cover Plate 와 Shell Assembly 간에 넣어 기밀이 유지되게 한다.

(14) Nozzle Gasket

Shell Nozzle 과 Shell Nozzle Companion Flange 간에 넣어 기밀이 유지되게 한다.

(15) Name plate

부식에 저항성이 있는 금속으로 제작하여 열교환기의 각종 Data 를 기록하여 항상 부착한다.

6) Plate Type Heat Exchanger

(1) Frame Plate (8) Support Foot

(2) Pressure Plate (9) Frame Foot

(3) Carrying Bar (10) Stud Bolt

(4) Guide Bar (11) Bearing Box

(5) Tightening Bolt (12) Plate Pack

(6) Tightening Nut (13) Gasket

(7) Supporting Column
[그림 14] Plate Type Heat Exchanger 의 구조

(1) Frame Plate

하부가 지상에 고정되어 있고 Connection 이 있어 Plate Pack 을 Tightening Bolt 와 Nut 로

고정시킨다.

(2) Pressure Plate

Plate Pack 에 Gasket 을 연결하여 Tightening Bolt 와 Nut 로 압축시키는 판이다.

(3) Carrying Bar

Plate-Fin Type Heat Exchanger 를 운반할 때 사용하는 지지대이다.

(4) Guide Bar

Plate Pack 을 조립하거나 해체할 때 Fit-up 을 간단하고 일정하게 할 수 있게 한다.

(5) Tightening Bolt

Plate Pack 을 압축시키기 위해 Frame Plate 와 Pressure Plate 을 압축시키는 Bolt 이다.

(6) Tightening Nut

Plate Pack 을 압축시키기 위해 Frame Plate 와 Pressure Plate 을 압축시키는 Nut 이다.

(7) Support Column

Guide Bar 와 Carrying Bar 에 고정시켜 열교환기를 지지한다.

(8) Support Foot

Support Column 을 지상이나 구조물에 고정시킨다.

(9) Frame Foot

Frame Plate 를 지상이나 구조물에 고정시킨다.

(10) Stud Bolt

Plate-Fin Type Heat Exchanger 로 유체가 유입 또는 유출되는 Nozzle 을 연결하는데 사용한다.

(11) Bearing Box

Tightening Bolt 를 Frame Plate 에 지지시킨다.

(12) Plate Pack

열교환이 일어나는 전열면으로서 여러단의 Plate 를 조립하여 사용한다.

(13) Gasket

Plate Pack 간에 삽입하여 Sealing 을 한다.

(14) Dimension “A”

Plate Heat Exchanger 가 조립된 상태에서 Frame Plate Inside 와 Pressure Plate Inside 사이거리를 말하며 Pressure Plate 를 분리하기전 Check 한 수치를 기준으로 한다.

5. 열교환기의 종류별 적용 및 비교

Type 구조상 특징 적용 제한 또는 단점 제작비 비교

(C.S)

Fixed Type 양측의 Tubesheet Shell 측의 유 Shell 측의 청소 불가능

가 Shell 에 용접 체가 고온,고압 일반적으로 Shell 과 Tube 1.0

되어 고정 의 온도차가 30°C 이상일

경우에는 Expansion Joint

를 설치함

Floating 양측의 Tubesheet 부식이 심하지 않은 Floating Head 의 Gasket 가격이 높다

Head Type 가 열팽창의 영향 유체의 경우에 사용 부분에서 누출 위험성이 1.2 ~ 1.3

을 받지 않는다 있다

Tube Bundle 을

인출가능한 경우와

불가능한 경우가

있으며 이경우에는

반대측 Cover를

개방하여 가능케 한다

U-Tube 1 개의 Tubesheet로 Tube 측의 고온 Tube 측 청소곤란, Bend 0.95 ~

Type 되어있으며 고압 또는 부분 제작시 주의(두께감소) 1.05

Tube 는 U 자형으로 부식성 유체에

휘어져 있다 적용한다. Tube 측 과대 유속은

한쪽이 구속되어 Tube 내측을 손상시킬

있지 않으므로 열 우려가 있다

팽창에 대하여 자 액체중에 유동입자가

유롭다. Tube 있는 경우에는 좋지 않음

Bundle 의 인출이

가능하다.

Kettle Tube로는 U-Bundle 냉매 및 수평설치 1.2 ~

Type 또는 Floating Head Process Fluid 다른 Type 에 비해 1.4

Bundle 사용 가 Shell 측에서 Shell이 크다.

증발하고 Tube측

유체를 증발시킨다.

Double 큰 외관의 가운데에 비교적 적은 Pipe 의 수가 증가하면 0.8 ~

Pipe 작은 내관이 전열면적을 Cost 가 높아진다 1.4

Type 위치한다. 요구할 경우

(20m2 이하)

Shell 측의 유체는 에 적용하며

환상부로 흐른다. 30kg/cm2

이상의 고압의

경우처럼 이점이

있을 경우에

사용한다

Air 대부분 Finned Condenser, 최종냉각 온도가 기온에 1.5 ~

Cooled Tube 를 사용하며 Cooler에 의해 제한 받는다 2.5

Type 정방형이고 Fan을 적용하며 Initial

사용하여 공기를 Cost 가 높으나 설치면적이 크며

유통시킨다. 종합적인견지에서 Fan때문에 소음이 크다

경제적인 경우가

있다

Plate 금속의 Plate 를 Liquid-Liquid 10 ~ 15 kg/cm2

Type 성형하여 조립하고 Exchanger 150°C

그 사이로 유체가 (식품, 약품등) 대당 125m2

흐르도록 설계 분해,청소,소독이 오염의 영향이 크다

용이함.

1대로 2종이상의

유체가열 및

냉각처리 가능함.

Compact 함.

열교환기 구조,기능,용도 알아보기

열교환기란?

열교환기란 온도가 높은 물체에서 낮은 물체에 효율적으로 열을 이동시키기 위해 사용하는 장치로써 액체와 기체 등의 유체를 취급합니다. 즉 열교환기는 가열 및 냉각 등의 용도로 사용됩니다. 열교환기는 고열량의 물체와 저열량의 물체가 상호간에 열을 교환할 수 있도록 만들어진 기계장치로 이해하시면 됩니다. 그럼 이런 열교환 장치는 어디에 쓰일까요? 우리가 쉽게 알 수 있는 용도로는 온수를 사용하고자 할 때, 온도제어를 자유롭게 하고자 할 때, 서로 다른 매체를 제어하고자 할 때, 냉각을 시키고자 할 때, 폐열을 이용해서 온도를 높이고자 할 때 등 다양한 용도에서 사용됩니다.

열교환기는 건물의 냉난방용으로 사용되는 보일러에서 온수를 공급하는 온수가열기, 벙커유를 예열하는 오일히터, 배기가스의 폐열을 이용하는 과열기, 절탄기, 공기 예열기 등이 있습니다. 또 냉방용으로는 증발기, 응축기, 냉각탑 등이 열교환기의 원리를 이용한 장치들입니다.

열교환기의 다양한 기능과 용도

히터(Heater)

유체를 가열해 필요한 온도까지 온도를 상승시키는 목적으로 사용됩니다.

프리 히터(Pre-Heater)

유체에 미리 열을 줌으로써 다음 단계의 효율성을 높이기 위한 예열의 목적입니다.

슈퍼 히터(Super-Heater)

유체를 재차 가열해 과열 상태로 만드는 것을 목적으로 사용됩니다.

베이퍼라이저(Vaporizer)

액체를 가열해 증발시켜 이때 발생한 증기를 이용하는 것을 목적으로 사용합니다.

리보일러(Reboiler)

장치 중 에서 응축된 액체를 다시 가열하고 이를 증발시킬 목적으로 사용합니다.

쿨러(Cooler)

유체를 냉각해 필요한 온도 아래로 낮추는 것을 목적으로 사용합니다.

칠러(Chiller)

빙점 이하 저온으로 냉각시킬 목적으로 사용합니다.

콘덴서(Condenser)

응축 기체를 냉각해 액화시키는 목적에 사용합니다. 특히 스팀을 응축시켜 물로 만드는 열교환기로 복수기라고 부릅니다.

열 교환기(Heat Exchanger)

유체간의 열 교환을 시켜서 동시에 한쪽을 가열, 다른 쪽을 냉각시키는 목적에 사용하는 열교환기를 말합니다.

2상 흐름 열교환기 (Two Phase Flow Heat Exchanger)

2상의 혼합물이 Shell측 또는 Tube측으로 흐르는 열교환기를 말하며 응축기와 리보일러 등으로 구별됩니다.

열교환기의 작동 원리

판형열교환기의 작동원리

▶ 뜨거운 물이 상단으로 투입돼 열교환기를 지나 열을 빼앗기고 아래로 돌아 나갑니다. 후면의 찬 물은 하단으로 투입돼 열교환기를 지난 후 열을 얻어 상단으로 나갑니다. 여기서 열판과 열판 사이는 뜨거운 물과 찬 물이 교차로 이동하며 열 전달을 가능하도록 합니다.

▶ 열교환기는 온도가 서로 다른 유체를 접근시켜 유체의 열을 서로 상호 교환하는 역할의 장치를 말합니다. 위 그림의 판형 열교환기는 열판을 이용해 열교환이 발생하도록 만든 구조이다. 열판 사이로 한쪽 면은 뜨거운 유체. 다른 면은 상대적으로 온도가 낮은 차가운 유체를 통과시켜 뜨거운 유체의 열이 차거운 매체로 전달되도록 설계된 열교환 장치입니다.

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열교환 기 구조 | Shell \U0026 Tube 열교환기의 구조 모든 답변

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열교환기의 종류

열교환기(Heat Exchanger)란 서로 온도가 다르고, 고체벽으로 분리된 두 유체들 사이에 열교환을 수행하는 장치를 말하며, 난방, 공기조화, 동력발생, 폐열회수 등에 널리 이용된다.

열교환기의 종류

기능에 따른 분류 1) 열교환기 (Heat Exchanger) 좁은 의미의 열교환기는 일반적으로 상변화가 없는, 두 공정 흐름사이에 열을 교환하는 장치를 말하고, 넓은 의미로는 냉각기, 응축기등을 포함한다. 2) 냉각기 (Cooler) 냉각수등의 냉각매체를 이용하여 Process Stream을 냉각한다. 3) 응축기 (Condenser) 냉각수등의 냉각매체를 이용하여 Process Stream을 부분응축 (Partial Condensation)또는 총응축 (Total Condensation)시키기 위한 열교환기로서 열전달의 메카니즘은 주로 응축에 의해 이루어 지며, Heat Duty또한 응축열이 주가 된다. 4) 재비기 (Reboiler) 스팀등의 가열매체를 이용하여 증류탑의 바닦에서 유입되는 공정유체를 Boiling시켜 증기를 발생시킴으로써 증류탑으로 공급되어야 할 열을 전달하는 열교환기로서 증기발생은 단일상 또는 2상 혼합물로 할 수 있다. 5) 증발기 (Evaporator) 용액의 질을 향상 시키기 위해, 스팀등을 이용하여 증발에 의해 용매를 제거 시키는 열교환기이다. 6) 예열기 (Preheater) 공정으로 유입되는 유체를 가열하는 열교환기이며, 이때 가열매체는 공정유체 또는 스팀등을 이용한다. 7) 2상 흐름 열교환기 (Two Phase Flow Heat Exchanger) 2상의 혼합물이 Shell측 또는 Tube측으로 흐르는 열교환기를 말하며, 응축기와 재비기 등으로 구별된다. 기하학적 형태에 따른 분류

1) 원통다관식 (Shell&Tube) 열교환기

가장널리 사용되고 있는 열교환기로 폭넓은 범위의 열전달량을 얻을 수 있으므로 적용범위가 매우 넓고, 신뢰성과 효율이 높다.

<그림 1> 단일셀 통로와 단일관 통로를 가진 Shell&Tube 열교환기 (직교유동-대향유동 조작 양식)

2) 이중관식(Double Pipe Type) 열교환기

외관 속에 전열관을 동심원상태로 삽입하여 전열관내 및 외관동체의 환상부에 각각 유체를 흘려서 열교환시키는 구조이다. 구조는 비교적 간단하며 가격도 싸고 전열면적을 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로 같은 치수의 것을 쉽게 연결 시킬수가 있다. 그러나 전열면적이 증대됨에 따라 다관식에 비해 전열면적당의 소요용적이 커지며 가격도 비싸게 되므로 전열면적이 20 ㎡ 이하의 것에 많이 사용된다.

이중관식열교환기에서는 내관 및 외관의 청소점검을 위해 그랜드 이음으로 전열관을 떼낼수 있는 구조로 하는수가 많다. 이같은 구조에서는 열팽창․진동 기타의 원인으로 이음부분에서 동측유체가 누설되는수가 있으므로 동측유체는 냉각수와 같은 위험성이 없는 유체 혹은 저압유체를 흘린다. U자형전열관과 관상동체 및 동체커버로 이루어지며 전열관은 온도에 의한 신축이 자유롭고 관내를 빼낼 수 있는 이중관 헤어핀형 열교환기기 있다. 또 전열효과를 증가시키기위해 전열관 외면에 핀(fin)을 부착시킨 것도 있다.

<그림 2> 이중관식(Double Pipe Type) 열교환기 (a)평행유동, (b)대향유동

3) 평판형 (Plate Type)열교환기

유로 및 강도를 고려하여 요철(凹凸)형으로 프레스성형된 전열판을 포개서 교대로 각기 유체가 흐르게 한 구조의 열교환기이다. 전열판은 분해할수 있으므로 청소가 완전히 되고 보존점검이 쉬울뿐만 아니라 전열판매수를 가감함으로써 용량을 조절할 수 있다. 전열면을 개방할 수 있는 형식의 것은 고무나 합성수지가스켓을 사용하고 있으므로 고온 또는 고압용으로서는 적당하지 않다. 액체와 액체와의 열교환에 많이 사용되며 한계사용압력 및 온도는 각각 약 5kg/㎠, 150℃이다.

주로 식품공정과 같이 자주 세척하여 청결을 유지할 필요가 있는경우에 사용되며 아래와 같은 경우에는 적절하지 못하다.

– 0.5mm이상의 고체 입자를 함유한 액체

– 열전달 면적이 2500 ㎡ 이상

– 25 kg/㎠G 및 250℃이상

– 상변화가 있는 경우

– 유체의 속도 0.1m/sec이하인 경우

가스켓을 사용하지 않고 용접 또는 납땜에 의해 일체로 제작된 것은 온도의 제한이 완화 되지만 전열면의 점검이나 청소를 할 수 없으므로 부식성 또는 오염이 심한 유체에는 사용할 수없다.

<그림 3> 평판형 (Plate Type)열교환기

4) 공냉식 냉각기(Air Cooler)

냉각수 대신에 공기를 냉각유체로 하고 팬을 사용하여 전열관의 외면에 공기를 강제통풍시켜 내부유체를 냉각시키는 구조의 열교환기이다. 공기는 전열계수가 매우 작으므로 보통 전열관에는 원주핀이 달린 관이 사용된다. 공냉식열교환기에는 튜브 Bundle에 공기를 삽입하는 삽입통풍형과 공기를 흡입하는 유인통풍형이 있다. 냉각식열교환기는 냉각수가 필요없으므로 (수원보호의 필요가 없으므로)최근 그 이용이 급격히 증가되고 있다. 그러나 넓은 설치면적이 필요하며 건설비가 비싸고, 관에서의 누설을 발견하기 어렵고, 전열관의 교환이 곤란한 점등의 단점이 있다.

<그림 4> 공냉식 냉각기(Air Cooler) 5) 가열로 (Fired Heater) 액체 혹은 기체연료를 버너를 이용하여 연소시키고 이 때 발생하는 연소열을 이용하여 투브내의 유체를 가열하는 방식이다. 가장 큰 열량을 얻을 수 있으며 열전달 메카니즘은 복사 및 대류를 포함하므로 설계하기가 매우 어렵다. 공해의 문제가 있으나 매우 큰 열량을 얻기 위한 공정에서 많이 쓰인다.

<그림 5> 가열로 (Fired Heater)

6) 코일식 (Coil Type) 열교환기

탱크나 기타 용기내의 유체를 가열하기 위하여 용기내에 전기 코일이나 스팀 라인을 넣어 감아둔 방식이다. 교반기를 사용하면 열전달 계수가 더욱 커지므로 큰 효과를 볼 수 있다.

<그림 6> 코일식 (Coil Type) 열교환기

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[KOREAN] Shell Tube 열교환기의 구조
[KOREAN] Shell Tube 열교환기의 구조

열교환기 구조/기능 : 네이버 블로그

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열교환기의 종류

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KR20150079898A – ì´êµíê¸° êµ¬ì¡°

– Google Patents

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– Google Patents 본 발명의 열교환기 구조는, 폐쇄된 쉘(1)과 상기 쉘 내에 설치된 다수의 열교환 튜브(3)를 포함하며, 상기 쉘 내에 제1 튜브 플레이트와 제2 튜브 플레이트가 평행 … …

– Google Patents 본 발명의 열교환기 구조는, 폐쇄된 쉘(1)과 상기 쉘 내에 설치된 다수의 열교환 튜브(3)를 포함하며, 상기 쉘 내에 제1 튜브 플레이트와 제2 튜브 플레이트가 평행 … … Most searched keywords: Whether you are looking for KR20150079898A – ì´êµíê¸° êµ¬ì¡°

– Google Patents 본 발명의 열교환기 구조는, 폐쇄된 쉘(1)과 상기 쉘 내에 설치된 다수의 열교환 튜브(3)를 포함하며, 상기 쉘 내에 제1 튜브 플레이트와 제2 튜브 플레이트가 평행 …

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– Google Patents 본 발명의 열교환기 구조는, 폐쇄된 쉘(1)과 상기 쉘 내에 설치된 다수의 열교환 튜브(3)를 포함하며, 상기 쉘 내에 제1 튜브 플레이트와 제2 튜브 플레이트가 평행 … ë³¸ ë°ëª ì ì´êµíê¸° êµ¬ì¡°ë, íìë ì(1)ê³¼ ìê¸° ì ë´ì ì¤ì¹ë ë¤ìì ì´êµí íë¸(3)ë¥¼ í¬í¨íë©°, ìê¸° ì ë´ì ì 1 íë¸ íë ì´í¸ì ì 2 íë¸ íë ì´í¸ê° ííëê² ì¤ì¹ëë©°, ê° ìê¸° ì´êµí íë¸ì ìë¨ì ê°ê° ì 1 íë¸ íë ì´í¸ì ì 2 íë¸ íë ì´í¸(13)ì ì íëì´ ìê³ , ê° ìê¸° ì´êµí íë¸ë ë¤ì¸µì ëì ê´ì íì±íê³ , ê° ì¸µì ëì ê´ì ìì°¨ì ì¼ë¡ ë´ì¸ë¡ ê°ê²©ì ëê³ ì´ì¤ ì¤ì¹ëë©°, ê° ì¸µì ëì ê´ ì¤ìë ëí ì 1 ê°ì¤ íë¸(4)ê° ëì¼í ë°©í¥ì¼ë¡ ëì ì¼ë¡ ê°ê²¨ìê³ , ê° ìê¸° ì 1 ê°ì¤ íë¸ì ìê¸° ì ìëìª½ì í¥íë íë¸ ë²½ìë ë¤ìì ì 1 íµê¸°ê³µ(41)ì´ ë¶í¬ëì´ ìì¼ë©°, ê° ìê¸° ì 1 ê°ì¤ íë¸ì ê°ì¤ ì ì êµ¬ì ê°ì¤ ì ì¶êµ¬ë ëª¨ë ì¸ë¶ì ê°ì¤ ê³µê¸ìê³¼ ì°íµëì´ ìë¤. ìê¸° ì´êµíê¸° êµ¬ì¡°ë ë´ë¶ë¡ë¶í° ìì¸¡ ë´ì ì ì²´ì ëíì¬ ì ë°©ìì êµëì ì§íí ì ìì¼ë©°, ì ì²´ ë§¤ì§ì´ ë¹êµì ëë½ê³ , ë¹êµì ëì ì´ê³ ì¬ì§ì´ íë¸ ì¬ì´ ê°ê²©, ì¸µ ì¬ì´ ê°ê²©ì´ ëª¨ë ê¸´ë°í ìí©ììë ì ì²´ ë§¤ì§ì í¼í©ì´ ë¶ë¨í ê· ì¼í´ì§ê² í ì ìì´, ì ì²´ê° ì ë´ìì ì¹¨ì ëë ê²ì í¨ê³¼ì ì¼ë¡ ë°©ì§íê³ ì´ì ë í¨ì¨ì í¥ììí¬ ì ìì¼ë©°, ì´êµí í¨ê³¼ë¥¼ ê°ì íê³ ëí ì¤ë¹ì ì¸ì , í¼ì§ ë° ì ì§ë³´ìì í¸ë¦¬ë¥¼ ê°ì ¸ë¤ ì¤ë¤. Table of Contents:

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다관식 열교환기 | 이레열교환기

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열교환기 구조/기능

1. 개 요 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. 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 3) 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. 2. 열교환기의 정의 열교환기란 공정의 Flow 를 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. 3. 열교환기의 종류 및 특성 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 Tube Bundle 의 Rear End Head Type 에 따라 분류되는 것으로서 대형 중· 저압유체를 Service 하기에 적합한 열교환기로서 비교적 유지보수가 용이하다. Stationary Head, Shell, Rear End Head 의 조합에 따라 다양한 형식의 열교환기가 있다. Tube 의 열팽창을 Floating Head 가 늘어남으로서 흡수한다. 온도차가 큰 열교환에 주로 사용한다. [그림 1] Floating Type Heat Exchanger 나. Fixed Type Heat Exchanger Tube Bundle 의 Floating Head 부위가 없이 Tube Sheet 가 Shell 에 완전히 고정 설치된 열교환기로 부식성이 적은 고압의 유체를 Service 하는데 적합하고, 청소와 같은 일반 정비작업은 용이하나 Shell Side 의 청소, Tube 의 부분교체 및 Retubing 이 매우 어렵다. [그림 2] Fixed Type Heat Exchanger 다. U-Tube Type Heat Exchanger Tube Bundle 의 Rear End 부위가 U-Bending 되어 있어 Tube Side 의 유체가 Stationary Tube Front End 에서 In,Out Service 되는 것이 특징으로 중· 고압의 유체를 Service 하는데 적합하나 분리, 조립이 어렵고 Outer Tube Layer 를 제외한 Tube 의 부분교체가 불가능하며 Tube Bundle Rear End의 Bending 때문에 운전시 진동이 유발될 수 있다. [그림 3] U-Tube Type Heat Exchanger [그림 4] Tubular Heat Exchanger 의 분류체계 (2) Air Fan Cooler 전열면적을 넓히기 위하여 Tube 외면에 Fin 이 설치된 열교환기로서 Tube 내부에는 공정유체가 흐르며, 외부로는 Fan 을 이용하여 공기를 강제통풍시켜 유체가 함유하고 있는 규정치 이상의 열을 냉각시켜서 Cooling 또는 Condensing 을 목적으로 하는 열교환기이다. [그림 5] Air Fan Cooler (3) Double Pipe Type Heat Exchanger 전열면적을 넓히기 위해 Tube 외부에 Horizontal Through Fin 이 설치된 Fin Tube 를 소구경의 Pipe 로 된 Shell 내부에 설치한 열교환기로서 Fin Tube 내부로는 액체가 Service 되고 Pipe 로 된 Shell 에는 기체상태의 유체가 Service 되면서 기체상태의 유체가 함유하고 있는 규정치 이상의 열을 냉각시키는 열교환기이다. [그림 6] Double Pipe Heat Exchanger (4) Plate Type Heat Exchanger Tube 와 Fin 대신에 얇은 판을 설치해서 판과 판사이를 흐르는 유체의 온도차를 이용하여 열교환을 하는 열교환기로서, 열전달 효율이 매우 높고 청소, 조립작업이 용이하나 Brazed Type 의 Plate Type Heat Exchanger 의 경우는 수리작업이 불가능하다. [그림 7] Plate Type Heat Exchanger 4. 각 부위별 명칭 및 기능 1) Floating Type Heat Exchanger (1) Channel (14) Floating Head Cover Flange (2) Channel Flange (15) Floating Head Backing Device (3) Channel Cover (16) Tie Rod (4) Channel Nozzle (17) Spacer (5) Stationary Tubesheet (18) Baffle Plate (6) Tube (19) Impingement Plate (7) Shell (20) Partition Plate (8) Shell Cover (21) Vent Connection (9) Shell Flange (22) Drain Connection (10) Shell Nozzle (23) Instrument Connection (11) Shell Cover Flange (24) Support Saddle (12) Floating Tubesheet (25) Lifting Lug (13) Floating Head Cover [그림 8] Floating Type Heat Exchanger 의 구조 (1) Channel Tube Side 를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능케하는 공간을 제공한다. (2) Channel Flange Channel Cover 와 Channel, Channel 과 Shell 을 Bolt 와 Nut 로 조여 고정시킨다. (3) Channel Cover Channel 을 외부로부터 밀폐시킨다. (4) Channel Nozzle Channel 쪽의 유체를 유입 또는 방출한다. (5) Stationary Tubesheet Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열시키고 지지하며,Tube 와 Shell 간을 분리, 밀폐한다. (6) Tube 뜨거운 유체와 차가운 유체간의 열전달을 일으킨다. (7) Shell Heat Exchanger 의 최외각부로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (8) Shell Cover Floating Head 쪽에 위치하며 Rear End 부분을 밀폐시킨다. (9) Shell Flange Shell 에 부착되어 있으며 Shell 과 Shell Cover 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (10) Shell Nozzle Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (11) Shell Cover Flange Shell Cover 에 부착되어 있으며 Shell 과 Shell Cover 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (12) Floating Tubesheet Floating Cover 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열하여 지지하고,Tube 와 Shell 간을 밀폐시킨다. (13) Floating Head Cover Shell Cover 쪽의 Tube Side 에 유체가 체류할 수 있는 공간을 제공한다. (14) Floating Head Cover Flange Floating Head Cover 와 Backing Device 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (15) Floating Head Backing Device Floating Head Cover 를 Tube Sheet 에 체결할 수 있도록 Flange 역할을 한다. (16) Tie-Rod Tube Sheet 와 Baffle Plate 가 일정한 간격을 유지하도록 이들을 지지한다. (17) Spacer Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 유지한다. (18) Baffle Plate Heat Exchanger 내의 유체흐름을 유도하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube 를 지지한다. (19) Impingement Plate 유체가 유입되는 Shell Nozzle 측에 부착되어 Tube 의 마모를 방지하고 유체의 분산을 좋게 한다. (20) Partition Plate Channel 을 나누어 주는 판으로 Heat Exchanger 내의 Tube Flow 형태를 결정한다. (21) Vent Connection Shell Cover 의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다. (22) Drain Connection Shell Cover 의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다. (23) Instrument Connection 온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다. (24) Support Saddle Heat Exchanger 를 Foundation 에 Anchor Bolt 를 이용하여 고정시킬 수 있도록 Heat Exchanger 를 지지하는 철구조물 이다. 고정되는 부위(Fixed Side)와 움직이는 부위(Sliding Side)로 구분되어 있다. (25) Lifting Lug 들어올리기 용이하도록 만든 일종의 고리이다. 2) Fixed Type Heat Exchanger (1) Bonnet (9) Tie Rod (2) Bonnet Flange (10) Spacer (3) Bonnet Nozzle (11) Baffle Plate (4) Stationary Tubesheet (12) Vent Connection (5) Tube (13) Drain Nozzle (6) Shell (14) Instrument Connection (7) Shell Nozzle (15) Support Bracket (8) Expansion Joint [그림 9] Fixed Heat Exchanger 의 구조 (1) Bonnet Tube Side 를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능하게 하는 공간을 제공한다. (2) Bonnet Flange Bonnet 과 Shell 을 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (3) Bonnet Nozzle Bonnet 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (4) Stationary Tubesheet Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열시키고 지지하며, Tube 와 Shell 간을 분리·밀폐한다. (5) Tube 뜨거운 유체와 차가운 유체간에 열전달을 일으킨다. (6) Shell Heat Exchanger 의 최외곽부분으로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (7) Shell Nozzle Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (8) Expansion Joint Shell 이 온도나 다른 힘의 변화에 의한 팽창 또는 수축으로 인해 발생된 변형을 흡수할 수 있게한 주름(Bellows)이다. (9) Tie Rod Tube Sheet 와 Baffle Plate 가 일정한 간격을 유지하게 하고, 이들을 지지한다. (10) Spacer Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 하다. (11) Baffle Plate Heat Exchanger 내의 유체흐름을 유도하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube 를 지지한다. (12) Vent Connection Shell Cover 의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다. (13) Drain Connection Shell Cover 의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다. (14) Instrument Connection 온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다. 3) U-Tube Type Heat Exchange (1) Channel (11) Tie Rod (2) Channel Flange (12) Spacer (3) Channel Cover (13) Baffle Plate (4) Channel Nozzle (14) Longitudinal Baffle (5) Stationary Tubesheet (15) Partiton Plate (6) Tube (16) Vent Connection (7) Shell (17) Drain Connection (8) Shell Cover (18) Instrument Connection (9) Shell Flange (19) Support Saddle (10) Shell Nozzle (20) Lifting Lug [그림 10] U-Tube Type Heat Exchanger 의 구조 (1) Channel Tube Side 를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능케하는 공간을 제공한다. (2) Channel Flange Channel Cover 와 Channel, Channel 과 Shell 을 Bolt 와 Nut 로 조여 고정시킨다. (3) Channel Cover Channel 을 외부로부터 밀폐시킨다. (4) Channel Nozzle Channel 쪽의 유체를 유입 또는 방출한다. (5) Stationary Tubesheet Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube 를 배열시키고 지지하며,Tube 와 Shell 간을 분리, 밀폐한다. (6) Tube 뜨거운 유체와 차가운 유체간의 열전달을 일으킨다. (7) Shell Heat Exchanger 의 최외각부로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (8) Shell Cover Floating Head 쪽에 위치하며 Rear End 부분을 밀폐시킨다. (9) Shell Flange Shell 에 부착되어 있으며 Shell 과 Shell Cover 를 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (10) Shell Nozzle Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (11) Tie-Rod Tubesheet 와 Baffle Plate 가 일정한 간격을 유지하게하고 이들을 지지한다. (12) Spacer Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 한다. (13) Baffle Plate Heat Exchanger 내의 유체흐름을 불규칙하게 하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube 를 지지한다. (14) Longitudinal Baffle U-Bending 된 Tube Bundle 의 중간에 위치하여 유체가 들어오는 Tube 와 유체가 나가는 Tube 를 분리한다. (15) Partition Plate Channel 을 나누어주는 판으로 Heat Exchanger 내의 Tube Flow 형태를 결정한다. (16) Vent Connection Shell Cover 의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다. (17) Drain Connection Shell Cover 의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다. (18) Instrument Connection 온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다. (19) Support Saddle Heat Exchanger 를 Foundation 에 Anchor Bolt 를 이용하여 고정시킬 수 있도록 Heat Exchanger 를 지지하는 철구조물이다. (20) Lifting Lug 들어올리기 용이하도록 만든 일종의 고리이다. 4) Air Fan Cooler (1) Tube Bundle (6) Fan (2) Header (7) Fan Ring (3) Nozzle (8) Fan Deck (4) Supporting Column (9) Drive Assembly (5) Plenum (10) Louver [그림 11] Air Fan Cooler 의 구성요소 (1) Tube Bundle 공기에 의해 냉각되는 유체가 내부에 흐르고, 열교환 효율을 좋게하기 위해 외면에 Fin 을 설치한 Tube 의 묶음이다. 1) Bracket 6) Ring Groove 2) Fixed End 7) Slot 3) Baffle 8) Cooler Guide 4) Shoulder Type Plug 9) Floating End 5) Outlet Nozzle 10) Inlet Nozzle [그림 12] Tube Bundle 의 구조 가) Bracket Tube Bundle 을 감싸고 있는 금속 철판이다. 나) Fixed End Inlet 과 Outlet Nozzle 이 있는 Header 쪽에 위치하며 Tube Bundle 의 열팽창을 고정시킨다. 다) Baffle Inlet Nozzle 을 통하여 들어오는 유체와 Outlet Nozzle 을 통하여 나가는 유체를 구분하는 철판이다. 라) Shoulder Type Plug Fixed End 와 Floating End 에 각각의 Tube 와 같은 위치에 뚫린 Hole 에 Solid Metal Gasket 을 넣고 조이는 Plug 로서 Air Fan Cooler 의 정비작업 또는 청소시 이를 개방하여 실시한다. 마) Outlet Nozzle 냉각된 유체가 Header 에서 나가는 Flange 연결부위이다. 바) Ring Groove Tube Sheet 에 Tube 를 Expanding 하여 압착 고정하는 홈이다. 사) Slot Cooler Guide 에 뚫린 Hole 로서 Tube Bundle 이 열팽창할 때 움직일 수 있는 공간을 제공한다. 아) Cooler Guide Air Fan Cooler 의 최외각 부위로서 Tube Bundle 을 외부로 부터 보호하고 열팽창시 일정방향으로 팽창이 일어 나도록 한다. 자) Floating Head Inlet 과 Outlet Nozzle 의 반대편 Header 에 위치하며 Tube Bundle 의 열팽창이 일어나는 방향이다. 차) Inlet Nozzle 냉각된 유체가 Header 로 들어오는 Flange 연결부위이다. (2) Header Inlet Nozzle 로 들어온 유체가 방향을 바꾸어 Outlet Nozzle 로 나갈 수 있게 하고 Inlet Nozzle 과 Outlet Nozzle 로 들어오는 유체가 Tube 로 분산되는 공간을 제공한다. (3) Nozzle Inlet 과 Outlet Nozzle 이 있으며 Air Fan Cooler 의 Tube 에서 냉각되는 유체가 들어오고 나가는 Flange 연결부위이다. (4) Supporting Column Air Fan Cooler 를 지지하여 구조물이나 지상에 안전하게 설치하도록 한다. (5) Plenum Fan 과 Tube Bundle 사이의 사면을 막아 냉각매체인 공기가 한방향으로 빠른 속도로 흐르게 한다. (6) Fan 냉각매체인 공기를 빠른 속도로 가속시켜 Tube Bundle 내부의 유체를 효율적으로 냉각시키는 날개이다. (7) Fan Ring Fan 에 사람이나 물체가 들어가 회전을 방해하거나 안전사고의 발생을 방지하기 위해 설치한 원기둥 모양의 통이다. (8) Fan Deck Fan Ring 과 Plenum 을 연결하는 원형의 철판으로 Fan 에서 가속된 공기가 Tube Bundle 로 가게 유도한다. (9) Louver 창문의 Blind 형태로 Fan 의 상단 또는 하단에 위치하며 Actuator 에 의하여 작동하고 공기의 유량을 조절한다. 5) Double Pipe Heat Exchanger (1) Shell Assembly (10) Shell Nozzle Companion Flange (2) Tube Assembly (11) Cover Plate Bolting (3) Cover Plate (12) Tubeside Bolting (4)Sealing Ring (13) Shell Nozzle Bolting (5) Slot Ring (14) Bracket Bolting (6) Fin Tube Stub End Flange (15) Cover Gasket (7) Tube Return Bend Connector (16) Nozzle Gasket (8) Tube Return Bend Connector (17) Nameplate (9) Tube Return Bend Connector [그림 13] Double Pipe Heat Exchanger 의 구조 (1) Shell Assembly Heat Exchanger 의 최외각 부분으로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (2) Tube Assembly 뜨거운 유체와 차가운 유체간에 열전달을 일으킨다. (3) Cover Plate U-Bending 된 부위쪽에 위치하여 열교환기 분리시 개방하여 Pull Bundle하며 Shell Assembly 에 Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (4) Sealing Ring Fin Tube Stub End Flange 와 Shell Assembly 사이에 끼워 기밀시킨다. (5) Slot Ring Tube Assembly 와 Shell Assembly 사이에 끼워 기밀시킨다. (6)Fin Tube Stub End Flange U-Bending 반대부위에 위치하며 Shell Assembly 에 Bolt 와 Nut 로 고정시켜 밀폐시킨다. (7) Tube Return Bend Connector Tube Side 의 유체가 들어오고 나가는 Flange 연결부위와 Bending 된 Pipe 연결부위이다. (8) Shell Nozzle Companion Flange Shell Side 로 유체가 들어오고 나가는 Nozzle 에 연결되는 Flange 이다. (9) Cover Plate Bolting Cover Plate 를 Shell Assembly 에 기계적인 힘을 가하여 기밀시킨다. (10) Tube Side Bolting Fintube Stub End Flange 와 Shell Assembly 간을 기계적인 힘을 가하여 기밀시킨다. (11) Shell Nozzle Bolting Shell Nozzle 과 Shell Nozzle Companion Flange 간을 기계적인 힘을 가하여 기밀시킨다. (12) Bracket Bolt U-Bending 된 Heat Exchanger 가 원형을 유지하게 하는 Bracket Piece 를 연결시킨다. (13) Cover Gasket Cover Plate 와 Shell Assembly 간에 넣어 기밀이 유지되게 한다. (14) Nozzle Gasket Shell Nozzle 과 Shell Nozzle Companion Flange 간에 넣어 기밀이 유지되게 한다. (15) Name plate 부식에 저항성이 있는 금속으로 제작하여 열교환기의 각종 Data 를 기록하여 항상 부착한다. 6) Plate Type Heat Exchanger (1) Frame Plate (8) Support Foot (2) Pressure Plate (9) Frame Foot (3) Carrying Bar (10) Stud Bolt (4) Guide Bar (11) Bearing Box (5) Tightening Bolt (12) Plate Pack (6) Tightening Nut (13) Gasket (7) Supporting Column [그림 14] Plate Type Heat Exchanger 의 구조 (1) Frame Plate 하부가 지상에 고정되어 있고 Connection 이 있어 Plate Pack 을 Tightening Bolt 와 Nut 로 고정시킨다. (2) Pressure Plate Plate Pack 에 Gasket 을 연결하여 Tightening Bolt 와 Nut 로 압축시키는 판이다. (3) Carrying Bar Plate-Fin Type Heat Exchanger 를 운반할 때 사용하는 지지대이다. (4) Guide Bar Plate Pack 을 조립하거나 해체할 때 Fit-up 을 간단하고 일정하게 할 수 있게 한다. (5) Tightening Bolt Plate Pack 을 압축시키기 위해 Frame Plate 와 Pressure Plate 을 압축시키는 Bolt 이다. (6) Tightening Nut Plate Pack 을 압축시키기 위해 Frame Plate 와 Pressure Plate 을 압축시키는 Nut 이다. (7) Support Column Guide Bar 와 Carrying Bar 에 고정시켜 열교환기를 지지한다. (8) Support Foot Support Column 을 지상이나 구조물에 고정시킨다. (9) Frame Foot Frame Plate 를 지상이나 구조물에 고정시킨다. (10) Stud Bolt Plate-Fin Type Heat Exchanger 로 유체가 유입 또는 유출되는 Nozzle 을 연결하는데 사용한다. (11) Bearing Box Tightening Bolt 를 Frame Plate 에 지지시킨다. (12) Plate Pack 열교환이 일어나는 전열면으로서 여러단의 Plate 를 조립하여 사용한다. (13) Gasket Plate Pack 간에 삽입하여 Sealing 을 한다. (14) Dimension “A” Plate Heat Exchanger 가 조립된 상태에서 Frame Plate Inside 와 Pressure Plate Inside 사이거리를 말하며 Pressure Plate 를 분리하기전 Check 한 수치를 기준으로 한다. 5. 열교환기의 종류별 적용 및 비교 Type 구조상 특징 적용 제한 또는 단점 제작비 비교 (C.S) Fixed Type 양측의 Tubesheet Shell 측의 유 Shell 측의 청소 불가능 가 Shell 에 용접 체가 고온,고압 일반적으로 Shell 과 Tube 1.0 되어 고정 의 온도차가 30°C 이상일 경우에는 Expansion Joint 를 설치함 Floating 양측의 Tubesheet 부식이 심하지 않은 Floating Head 의 Gasket 가격이 높다 Head Type 가 열팽창의 영향 유체의 경우에 사용 부분에서 누출 위험성이 1.2 ~ 1.3 을 받지 않는다 있다 Tube Bundle 을 인출가능한 경우와 불가능한 경우가 있으며 이경우에는 반대측 Cover를 개방하여 가능케 한다 U-Tube 1 개의 Tubesheet로 Tube 측의 고온 Tube 측 청소곤란, Bend 0.95 ~ Type 되어있으며 고압 또는 부분 제작시 주의(두께감소) 1.05 Tube 는 U 자형으로 부식성 유체에 휘어져 있다 적용한다. Tube 측 과대 유속은 한쪽이 구속되어 Tube 내측을 손상시킬 있지 않으므로 열 우려가 있다 팽창에 대하여 자 액체중에 유동입자가 유롭다. Tube 있는 경우에는 좋지 않음 Bundle 의 인출이 가능하다. Kettle Tube로는 U-Bundle 냉매 및 수평설치 1.2 ~ Type 또는 Floating Head Process Fluid 다른 Type 에 비해 1.4 Bundle 사용 가 Shell 측에서 Shell이 크다. 증발하고 Tube측 유체를 증발시킨다. Double 큰 외관의 가운데에 비교적 적은 Pipe 의 수가 증가하면 0.8 ~ Pipe 작은 내관이 전열면적을 Cost 가 높아진다 1.4 Type 위치한다. 요구할 경우 (20m2 이하) Shell 측의 유체는 에 적용하며 환상부로 흐른다. 30kg/cm2 이상의 고압의 경우처럼 이점이 있을 경우에 사용한다 Air 대부분 Finned Condenser, 최종냉각 온도가 기온에 1.5 ~ Cooled Tube 를 사용하며 Cooler에 의해 제한 받는다 2.5 Type 정방형이고 Fan을 적용하며 Initial 사용하여 공기를 Cost 가 높으나 설치면적이 크며 유통시킨다. 종합적인견지에서 Fan때문에 소음이 크다 경제적인 경우가 있다 Plate 금속의 Plate 를 Liquid-Liquid 10 ~ 15 kg/cm2 Type 성형하여 조립하고 Exchanger 150°C 그 사이로 유체가 (식품, 약품등) 대당 125m2 흐르도록 설계 분해,청소,소독이 오염의 영향이 크다 용이함. 1대로 2종이상의 유체가열 및 냉각처리 가능함. Compact 함.

열교환기 구조,기능,용도 알아보기

열교환기란? 열교환기란 온도가 높은 물체에서 낮은 물체에 효율적으로 열을 이동시키기 위해 사용하는 장치로써 액체와 기체 등의 유체를 취급합니다. 즉 열교환기는 가열 및 냉각 등의 용도로 사용됩니다. 열교환기는 고열량의 물체와 저열량의 물체가 상호간에 열을 교환할 수 있도록 만들어진 기계장치로 이해하시면 됩니다. 그럼 이런 열교환 장치는 어디에 쓰일까요? 우리가 쉽게 알 수 있는 용도로는 온수를 사용하고자 할 때, 온도제어를 자유롭게 하고자 할 때, 서로 다른 매체를 제어하고자 할 때, 냉각을 시키고자 할 때, 폐열을 이용해서 온도를 높이고자 할 때 등 다양한 용도에서 사용됩니다. 열교환기는 건물의 냉난방용으로 사용되는 보일러에서 온수를 공급하는 온수가열기, 벙커유를 예열하는 오일히터, 배기가스의 폐열을 이용하는 과열기, 절탄기, 공기 예열기 등이 있습니다. 또 냉방용으로는 증발기, 응축기, 냉각탑 등이 열교환기의 원리를 이용한 장치들입니다. 열교환기의 다양한 기능과 용도 히터(Heater) 유체를 가열해 필요한 온도까지 온도를 상승시키는 목적으로 사용됩니다. 프리 히터(Pre-Heater) 유체에 미리 열을 줌으로써 다음 단계의 효율성을 높이기 위한 예열의 목적입니다. 슈퍼 히터(Super-Heater) 유체를 재차 가열해 과열 상태로 만드는 것을 목적으로 사용됩니다. 베이퍼라이저(Vaporizer) 액체를 가열해 증발시켜 이때 발생한 증기를 이용하는 것을 목적으로 사용합니다. 리보일러(Reboiler) 장치 중 에서 응축된 액체를 다시 가열하고 이를 증발시킬 목적으로 사용합니다. 쿨러(Cooler) 유체를 냉각해 필요한 온도 아래로 낮추는 것을 목적으로 사용합니다. 칠러(Chiller) 빙점 이하 저온으로 냉각시킬 목적으로 사용합니다. 콘덴서(Condenser) 응축 기체를 냉각해 액화시키는 목적에 사용합니다. 특히 스팀을 응축시켜 물로 만드는 열교환기로 복수기라고 부릅니다. 열 교환기(Heat Exchanger) 유체간의 열 교환을 시켜서 동시에 한쪽을 가열, 다른 쪽을 냉각시키는 목적에 사용하는 열교환기를 말합니다. 2상 흐름 열교환기 (Two Phase Flow Heat Exchanger) 2상의 혼합물이 Shell측 또는 Tube측으로 흐르는 열교환기를 말하며 응축기와 리보일러 등으로 구별됩니다. 열교환기의 작동 원리 판형열교환기의 작동원리 ▶ 뜨거운 물이 상단으로 투입돼 열교환기를 지나 열을 빼앗기고 아래로 돌아 나갑니다. 후면의 찬 물은 하단으로 투입돼 열교환기를 지난 후 열을 얻어 상단으로 나갑니다. 여기서 열판과 열판 사이는 뜨거운 물과 찬 물이 교차로 이동하며 열 전달을 가능하도록 합니다. ▶ 열교환기는 온도가 서로 다른 유체를 접근시켜 유체의 열을 서로 상호 교환하는 역할의 장치를 말합니다. 위 그림의 판형 열교환기는 열판을 이용해 열교환이 발생하도록 만든 구조이다. 열판 사이로 한쪽 면은 뜨거운 유체. 다른 면은 상대적으로 온도가 낮은 차가운 유체를 통과시켜 뜨거운 유체의 열이 차거운 매체로 전달되도록 설계된 열교환 장치입니다. 출처URL, 하트♥공감 버튼을 눌러주시면 포스팅에 큰 힘이 됩니다.

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열교환기구조및기능.doc 열교환기 구조 및 기능 1. 개 요 석유화학장치산업에서 제품의 생산원가를 절감하기 위해서는 열에너지를 효율적으로 사용해야 한다. 이것은 효율적인 연소뿐만 아니라 열에너지의 효율적인 전달도 포함한다. Heater에서 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. 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) Heating 매체와 Cooling 매체 가) Heating 매체 ① Hot Stream ② HP Steam : 256°C, 600 psig ③ MP Steam : 185°C, 150 psig ④ LP Steam : 147°C, 50 psig / 121°C, 15 psig 나) Cooling 매체 ① Cold Stream ② Cooling Water ③ Air 3) 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. 가) 전도 전도는 물체내의 온도구배가 존재할 때 물체내의 분자의 운동이 뜨거운곳으로부터 차가운 곳으로 옮겨져 나갈 때에 일어난다. 나) 대류 대류에 의한 열흐름은 유체의 이동에 의한 것이다. ① 강제대류 외부의 힘으로 유체가 흐르고 이 유체의 벽과의 사이에서 전열이 되는 것이며, 이것을 강제대류에 의한 전열이라고 한다 ② 자연대류 온도차에 의해, 즉 유체의 밀도차에 의해 유체의 흐름이 생겨서 벽과의 사이에서 전열이 되는 것이며, 이것을 자연대류에 의한 전열이라고 한다. 다) 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 전달되는현상이다. 예를 들면 태양열이 지구에 미치는 열을 말할 수 있다. 2. 열교환기의 정의 열교환기란 공정의 Flow를 구성하는 고정장치물의 일종으로서, 기· 액상의원재료, 반제품, 제품인 유체가 포함하고 있는 열을 Tube 또는 Plate의 형태를 지닌 전열면을 통해 Cooling Water, Air, 원재료, 반제품, 제품유체 상호간에 열전달을 일으켜 Heating, Cooling, Condensing 등의 기능을 수행하는 설비이다. 3. 열교환기의 종류 및 특성 1) 사용목적에 따른 분류 가) Heater : 유체를 가열하여 필요한 온도까지 유체온도를 상승시키는 목적으로 사용 나) Pre-Heater : 유체에 미리 열을 줌으로써 다음단계의 효율을 양호하게 할 목적으로 사용 다) Super-Heater : 유체를 재차 가열하여 과열상태로 하기 위함. 라) Vaporizer : 액체를 가열하여 증발시켜서 발생한 증기를 사용하고자 할 때사용 마) Reboiler : 장치중에서 스팀 등의 가열 매체를 이용하여 증류탑의 바닥에서 유입되는 공정유체를 Boiling 시켜 증기를 발생시킴으로써 증류탑으로 공급되어야 할 열을 전달하는 열교환기로서 증기 발생은 단일상 또는 2상 혼합물로 할 수 있다. 바) Cooler : 유체를 냉각하여 필요한 온도까지 낮출 목적으로 사용 사) Chiller : 빙점 이하인 저온으로 냉각시킬 목적으로 사용 아) Condenser : 응축성 기체를 냉각하여 액화시키는 목적에 사용. 특히Steam을 응축시켜 물로 만드는 열교환기를 복수기라 한 다. 자) Heat Exchanger : 협의의 열교환기이며 유체간의 열교환을 시켜서 동시에 한쪽을 가열, 다른 쪽을 냉각시키는 목적에 사용하는 열교환기를 말함. 2) 구조상의 분류 가) Shell & Tube Type 열교환기 ① Floating Type Heat Exchanger Tube Bundle의 Rear End Head Type에 따라 분류되는 것으로서 대형 중·저압유체를 Service 하기에 적합한 열교환기로서 비교적 유지보수가 용이하다. Stationary Head, Shell, Rear End Head의 조합에 따라 다양한 형식의 열교환기가 있다. Tube의 열팽창을 Floating Head가 늘어남으로서 흡수한다. 온도차가 큰 열교환에 주로 사용한다. [그림 1] Floating Type Heat Exchanger ② Fixed Type Heat Exchanger Tube Bundle의 Floating Head 부위가 없이 Tube Sheet가 Shell에 완전히고정 설치된 열교환기로 부식성이 적은 고압의 유체를 Service 하는데 적합하고, 청소와 같은 일반 정비작업은 용이하나 Shell Side의 청소, Tube의 부분교체 및 Retubing이 매우 어렵다. [그림 2] Fixed Type Heat Exchanger ③ U-Tube Type Heat Exchanger Tube Bundle의 Rear End 부위가 U-Bending 되어 있어 Tube Side의 유체가 Stationary Tube Front End에서 In, Out Service 되는 것이 특징으로 중·고압의 유체를 Service 하는데 적합하나 분리, 조립이 어렵고 Outer Tube Layer를 제외한 Tube 의 부분교체가 불가능하며 Tube Bundle Rear End의 Bending 때문에 운전시 진동이 유발될 수 있다. [그림 3] U-Tube Type Heat Exchanger [그림 4] Tubular Heat Exchanger 의 분류체계 ④ Air Fan Cooler 전열면적을 넓히기 위하여 Tube 외면에 Fin이 설치된 열교환기로서 Tube 내부에는 공정유체가 흐르며, 외부로는 Fan을 이용하여 공기를 강제통풍시켜 유체가 함유하고 있는 규정치 이상의 열을 냉각시켜 Cooling 또는 Condensing을 목적으로 하는 열교환기이다. [그림 5] Air Fan Cooler ⑤ Double Pipe Type Heat Exchanger 전열면적을 넓히기 위해 Tube 외부에 Horizontal Through Fin이 설치된 Fin Tube를 소구경의 Pipe로 된 Shell 내부에 설치한 열교환기로서 Fin Tube 내부로는 액체가 Service 되고 Pipe로 된 Shell에는 기체상태의 유체가 Service 되면서 기체상태의 유체가 함유하고 있는 규정치 이상의 열을 냉각시키는 열교환기이다. [그림 6] Double Pipe Heat Exchanger ⑥ Plate Type Heat Exchanger Tube와 Fin 대신에 얇은 판을 설치해서 판과 판사이를 흐르는 유체의 온도차를 이용하여 열교환을 하는 열교환기로서, 열전달 효율이 매우 높고 청소, 조립작업이 용이하나 Brazed Type의 Plate Type Heat Exchanger의 경우는 수리작업이 불가능하다. [그림 7] Plate Type Heat Exchanger 4. 각 부위별 명칭 및 기능 1) Floating Type Heat Exchanger (1) Channel (2) Channel Flange (3) Channel Cover (4) Channel Nozzle (5) Stationary Tubesheet (6) Tube (7) Shell (8) Shell Cover (9) Shell Flange (10) Shell Noz (11) Shell Cover Flange (12) Floating Tubesheet (13) Floating Head Cover (14) Floating Head Cover Flange (15) Floating Head Backing Device (16) Tie Rod (17) Spacer (18) Baffle Plate (19) Impingement Plate (20) Partition Plate (21) Vent Connection (22) Drain Connection (23) Instrument Connection (24) Support Saddle (25) Lifting Lug [그림 8] Floating Type Heat Exchanger의 구조 (1) Channel Tube Side를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능케하는 공간을 제공한다. (2) Channel Flange Channel Cover와 Channel, Channel과 Shell을 Bolt와 Nut로 조여 고정시킨다. (3) Channel Cover Channel을 외부로부터 밀폐시킨다. (4) Channel Nozzle Channel쪽의 유체를 유입 또는 방출한다. (5) Stationary Tube sheet Channel쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube를 배열시키고 지지하며, Tube와 Shell 간을 분리, 밀폐한다. (6) Tube 뜨거운 유체와 차가운 유체간의 열전달을 일으킨다. (7) Shell Heat Exchanger의 최외각부로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (8) Shell Cover Floating Head 쪽에 위치하며 Rear End 부분을 밀폐시킨다. (9) Shell Flange Shell에 부착되어 있으며 Shell과 Shell Cover를 Bolt와 Nut로 고정시킨다. (10) Shell Nozzle Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (11) Shell Cover Flange Shell Cover에 부착되어 있으며 Shell과 Shell Cover를 Bolt와 Nut로 고정시킨다. (12) Floating Tube sheet Floating Cover 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube를 배열하여 지지하고, Tube와 Shell간을 밀폐시킨다. (13) Floating Head Cover Shell Cover 쪽의 Tube Side에 유체가 체류할 수 있는 공간을 제공한다. (14) Floating Head Cover Flange Floating Head Cover와 Backing Device를 Bolt와 Nut로 고정시킨다. (15) Floating Head Backing Device Floating Head Cover를 Tube Sheet에 체결할 수 있도록 Flange 역할을 한다. (16) Tie-Rod Tube Sheet와 Baffle Plate가 일정한 간격을 유지하도록 이들을 지지한다. (17) Spacer Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 유지한다. (18) Baffle Plate Heat Exchanger 내의 유체흐름을 유도하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube를 지지한다. (19) Impingement Plate 유체가 유입되는 Shell Nozzle 측에 부착되어 Tube의 마모를 방지하고 유체의 분산을 좋게 한다. (20) Partition Plate Channel을 나누어 주는 판으로 Heat Exchanger 내의 Tube Flow 형태를 결정한다. (21) Vent Connection Shell Cover의 최상단에 위치하여 수압시험 시 또는 Steam Purge시 기체를 외부로 방출시킨다. (22) Drain Connection Shell Cover의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다. (23) Instrument Connection 온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다. (24) Support Saddle Heat Exchanger를 Foundation에 Anchor Bolt를 이용하여 고정시킬 수 있도록 Heat Exchanger를 지지하는 철구조물 이다. 고정되는 부위(Fixed Side)와 움직이는 부위(Sliding Side)로 구분되어 있다. (25) Lifting Lug 들어올리기 용이하도록 만든 일종의 고리이다. 2) Fixed Type Heat Exchanger (1) Bonnet (2) Bonnet Flange (3) Bonnet Nozzle (4) Stationary Tubesheet (5) Tube (6) Shell (7) Shell Nozzle (8) Expansion Joint (9) Tie Rod (10) Spacer (11) Baffle Plate (12) Vent Connection (13) Drain Nozzle (14) InstrumentConnection (15) Support Bracket [그림 9] Fixed Heat Exchanger 의 구조 (1) Bonnet Tube Side를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능하게 하는 공간을 제공한다. (2) Bonnet Flange Bonnet과 Shell을 Bolt와 Nut로 고정시킨다. (3) Bonnet Nozzle Bonnet 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (4) Stationary Tube sheet Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube를 배열시키고 지지하며, Tube와 Shell 간을 분리·밀폐한다. (5) Tube 뜨거운 유체와 차가운 유체간에 열전달을 일으킨다. (6) Shell Heat Exchanger의 최외곽부분으로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키 고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (7) Shell Nozzle Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (8) Expansion Joint Shell이 온도나 다른 힘의 변화에 의한 팽창 또는 수축으로 인해 발생된 변형을 흡수할 수 있게 한 주름(Bellows)이다. (9) Tie Rod Tube Sheet와 Baffle Plate가 일정한 간격을 유지하게 하고, 이들을 지지한다. (10) Spacer Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 하다. (11) Baffle Plate Heat Exchanger 내의 유체흐름을 유도하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube를 지지한다. (12) Vent Connection Shell Cover의 최상단에 위치하여 수압시험 시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다. (13) Drain Connection Shell Cover의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다. (14) Instrument Connection 온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다. 3) U-Tube Type Heat Exchange (1) Channel (2) Channel Flange (3) Channel Cover (4) Channel Nozzle (5) Stationary Tube sheet (6) Tube (7) Shell (8) Shell Cover (9) Shell Flange (10) Shell Nozzle (11) Tie Rod (12) Spacer (13) Baffle Plate (14) Longitudinal Baffle (15) Partiton Plate (16) Vent Connection (17) Drain Connection (18) Instrument Connection (19) Support Saddle (20) Lifting Lug [그림 10] U-Tube Type Heat Exchanger 의 구조 (1) Channel Tube Side를 흐르는 유체의 유입· 방출을 가능케하는 공간을 제공한다. (2) Channel Flange Channel Cover와 Channel, Channel과 Shell을 Bolt와 Nut로 조여 고정시킨다. (3) Channel Cover Channel을 외부로부터 밀폐시킨다. (4) Channel Nozzle Channel 쪽의 유체를 유입 또는 방출한다. (5) Stationary Tubesheet Channel 쪽에 위치하며 일정간격으로 Tube를 배열시키고 지지하며, Tube와 Shell 간을 분리, 밀폐한다. (6) Tube 뜨거운 유체와 차가운 유체간의 열전달을 일으킨다. (7) Shell Heat Exchanger의 최외각부로서 외부환경으로부터 내부를 차단시키고, 열전달이 일어나는 공간을 제공한다. (8) Shell Cover Floating Head 쪽에 위치하며 Rear End 부분을 밀폐시킨다. (9) Shell Flange Shell에 부착되어 있으며 Shell과 Shell Cover를 Bolt와 Nut로 고정시킨다. (10) Shell Nozzle Shell 쪽의 유체를 유입 또는 방출시킨다. (11) Tie-Rod Tube sheet와 Baffle Plate가 일정한 간격을 유지하게 하고 이들을 지지한다. (12) Spacer Baffle Plate 간의 간격을 일정하게 한다. (13) Baffle Plate Heat Exchanger 내의 유체흐름을 불규칙하게 하여 열교환 효율을 향상시키고 Tube를 지지한다. (14) Longitudinal Baffle U-Bending 된 Tube Bundle의 중간에 위치하여 유체가 들어오는 Tube와 유체가 나가는 Tube를 분리한다. (15) Partition Plate Channel을 나누어주는 판으로 Heat Exchanger 내의 Tube Flow 형태를 결정한다. (16) Vent Connection Shell Cover의 최상단에 위치하여 수압시험시 또는 Steam Purge 시 기체를 외부로 방출시킨다. (17) Drain Connection Shell Cover의 최하단에 위치하여 Heat Exchanger 내부에 남아있는 액체를 방출시킨다. (18) Instrument Connection 온도와 압력을 측정하기 위한 계기를 부착하는 곳이다. (19) Support Saddle Heat Exchanger를 Foundation에 Anchor Bolt를 이용하여 고정시킬 수 있도록 Heat Exchanger를 지지하는 철구조물이다. (20) Lifting Lug 들어올리기 용이하도록 만든 일종의 고리이다. 5. 열교환기의 종류별 적용 및 비교 Type 구조상 특징 적용 제한 또는 단점 제작비 비교(C.S) Fixed Type 양측의 Tubesheet가 Shell에 용접되어 고정 Shell측의 유체가 고온, 고압 Shell측의 청소 불가능 일반적으로 Shell과 Tube의 온도차가 30℃ 이상일 경우에는 Expansion Joint를 설치함. 1.0 Floating Head Type 양측의 Tubesheet가 열팽창의 영향을 받지 않는다. Tube Bundle을 인출가능한 경우와 불가능한 경우가 있으며 이경우에는 반대측 Cover를 개방하여 가능하게 한다. 부식이 삼하지 않은 유체의 경우에 사용. Floating Head의 Gasket 부분에서 누출 위험성이 있다. 가격이 높다. 1.2 ~ 1.3 U-Tube Type 1개의 Tubesheet로 되어있으며 Tube는 U자형으로 휘어져 있다. 한쪽이 구속되어 있지 않으므로 열팽창에 대하여 자유롭다. Tube Bundle의 인출이 가능하다. Tube 측의 고온, 고압 또는 부식성 유체에 적용한다. Tube측 청소곤란, Bend부분 제작시 주의 (두께감소) Tube 측 과대 유속은 Tube 내측을 손상시킬 우려가 있다. 액체중에 유동입자가 있는 경우에는 좋지 않음. 0.95 ~ 1.05 Kettle Type Tube로는 U Bundle 또는 Floating Head Bundle 사용. 냉매 및 Process Fluid가 Shell측에서 증발하고 Tube측 유체를 증발시킨다. 수평설치 다른 Type에 비해 Shell이 크다. 1.2 ~ 1.4 Double Pipe Type 큰 외관의 가운데에 작은 내관이 위치한다. Shell측의 유체는 환상부로 흐른다. 비교적 적은 전열면적을 요구할 경우(20㎡이하) 적용하며 30kg/㎠이상의 고압의 경우처럼 이점이 있을 경우에 사용한다. Pipe의 수가 증가하면 Cost가 높아진다. 0.8 ~ 1.4 Air Cooled Type 대부분 Finned Tube를 사용하며 정방형이고 Fan을 사용하여 공기 를 유통시킨다. Condenser, Cooler에 적용하며 초기비용이 높으나 종합적인 견지에서 경제적인 경우가 있다. 최종냉각 온도가 기온에 의해 제한 받는다. 설치면적이 크며 Fan때문에 소음이 크다. 1.5 ~ 2.5 Plate Type 금속의 Plate를 성형하여 조립하고 그 사이로 유체가 흐르도록 설계. Liquid-Liquid Exchanger(식룸, 약품등) 분해, 청소, 소독이 용이함. 1대로 2종 이상의 유체가 열 및 냉각처리 가능함. Compact함. 10 ~ 15kg/㎠ 150℃ 대당 125㎡ 오염의 영향이 크다. 출처 : 나의자료보관통 글쓴이 : 가을하늘 원글보기 : 가을하늘 메모 :

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