[10회] 열교환기 P&ID 기본 배열의 이해

열교환기 P&ID 기본 배열 및 원리 실무

Shell & Tube Heat Exchanger의 P&ID Configuration 을 살펴보겠습니다.

열교환기(Heat exchanger)는 뜨거운 Fluid(Gas,유체등)를 

 

차가운 Fluid(Cooling source)와 서로 교차 시키면서 냉각 시켜주는 

 

장치의 총칭으로써 Plant 산업에서 많이 사용되는 장치중에 하나 입니다. 

 

흔히 뜨거운 유체를 Hot side 라고 하며 Cooling source를 Cold side라고 호칭 합니다.

<Figure 1-1 Shell & Tube Heat exchanger>

STEP 1.

그림 1-1과 같이 HEX-001A 를 배치하였습니다.

Heat exchanger(열교환기)는 그 사용 목적에 따라서 종류와 타입이 다양합니다. 

 

우선 가장 기본 타입인 Shell & Tube를 바탕으로 P&ID configuration 을 살펴 보겠습니다.

 

<Figure 1-2 Tube side in/out, Shell side in/out>

STEP 2.

그림 1-2과 같이 Tube side와, Shell side의 Fluid 흐름을 표시하였습니다.

Shell side => 뜨거운 Fluid가 흐로는 구간이며 화살표 방향을 따라 

 

In에서 Out 방향으로 이동하면서 냉각됩니다.

Tube side => Shell side로 들어오는 Fluid를 냉각시켜주기 위한 

 

Source가 들어오는 곳입니다. 냉각수의 Source로는 바닷물, 강물, 

 

공업용수 등 다양한 Fluid 를 사용합니다. 

 

Tube side의 재질 선정시에는 Source에 의한 부식 여부와 

 

열전달계수등을 고려해야 합니다.

 

<Figure 1-3 Temperature Indicator In/out>

 

STEP 3.

그림 1-3과 같이 Temperature indicator TI-001A/B를 

 

Shell side의 In/out에 부착하였습니다. 

 

이는 현장에서 Operator에 의해서 혹은 점검시에 온도를 측정하기 위한 목적입니다.

TI-001B쪽으로는 뜨거운 유체가 흐르고 TI-001A로는 

 

냉각된 유체가 흐르기 때문에 온도 차이가 있어야 합니다.

예를 들어 TI-001B의 온도가 40 Deg.C 였다면 TI-001A의 

 

온도는 38 Deg.C 이런식으로 온도가 냉각된 수치를 확인할 수 있습니다. 

 

이를 Differential temperature 라고 합니다. 

 

 

서류상에는 보통 △T 라고 얘기하며 이 값이 열교환기 

 

설계의 가장 기본 Factor 라고 할 수 있습니다.

 

온도차이가 커지면 커질 수록 열교환기의 열 

 

냉각 표면적 (Surface area)또한 커져야 합니다. 

 

그만큼 냉각을 위한 표면적이 커야 한다고 이해하시면 됩니다.

 

<Figure 1-4 Temperature transmitter tube side in/out>

 

STEP 4.

그림 1-4와 같이 Tube side에 흐르는 유체의 온도를 측정하기 

 

위해 Temperature element를 부착하였습니다. 

 

Tube in방향에는 Temperature 001C를 Tube out에는 

 

Temperature transmitter 001A를 부착해서 측정값을 제어실로 보내고 있습니다.

위의 Configuration중에서 Transmitter 대신에 

 

Temperature indicator 를 부착하여도 됩니다. 

 

이는 공정의 종류 및 요구사항에 따라 응용해야 하는 부분입니다.

 

<Figure 1-5 Safety valve>

 

 

 

STEP 5.

그림 1-5에서는 Tube side 의 출구방향에 안전을 위해서 

 

Safety valve를 부착하였습니다. 

 

이는 tube 내에서 이상현상에 의한 압력증가시 

 

Safety valve가 Set pressure에 의해서 작동하며 이때 분출된 

 

Cooling water 는 Waste water 로 배출 됩니다. 

 

GV001A 는 게이트 벨브이며 Safety valve의 유지보수 

 

목적으로 부착하였습니다. 평소에는 N/O (Normal Open) 상태를 유지해야 합니다. 

 

 

안전밸브를 교체하거나 수리할 때 유체의 흐름을 일시적으로 차단하는 역할을 수행합니다.

 

<Figure 1-6 Valve for maintenance>

 

STEP 6.

그림 1-6에는 Shell/Tube side 에 유지보수 목적의 밸브를 부착하였습니다.

Shell side에는 BV001A/B 볼밸브를 부착하였습니다. 

 

상태는 N/O입니다.

Tube side에는 GV001B/C 게이트밸브를 부착하였습니다. 

 

마찬가지로 상태는 N/O입니다.

밸브의 크기나 타입은 임의대로 결정하는 것이 아니라 

 

공사별 밸브 사양서에 배관 사이즈에 따른 

 

밸브의 크기나 타입이 지정되어 있습니다. 

 

공사 수행시에 주의해야 하는 사항중에 하나입니다. 

 

위의 설치한 밸브를 모두 잠금상태로 전환하는 경우는 

 

Overhall 이나 Maintanence 를 할 때를 제외하고는 사용할 일이 거의 없습니다. 

 

Hot side 의 밸브를 이용해서 유량을 제어할 때 예를 

 

들어 유량을 줄일 때 간혹 사용하는 일이 생기기도 합니다.

 

<Figure 1-7 Temperature transmitter>

 

STEP 7.

이번에는 냉각된 Process liquid 가 얼마나 냉각되었는지 확인하기 

 

위해서 Temperature transmitter TT-001B 를 

 

Shell side의 outlet 배관에 부착하였습니다. 

 

이는 마찬가지로 측정값을 제어실로 보내지게 됩니다.

P&ID 가 완성된 모습입니다.

이상 궁금한 이야기였습니다.

 

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