Fouling Factor의 정의와 이해

Fouling은 사전적으로 유로의 표면적에 발생한 이물질과 퇴적물의 축적으로 정의합니다. 기본적인 발생 메커니즘은 침전물의 형성 - 압착 - 증착 - 스케일 형성 순으로 나타나며 이는 배관과 같이 유체의 운송 공정의 효율을 떨어뜨리는 원인이 됩니다.  장치류의 내부 표면 및 열교환기 튜브에 발생하는 것이 대표적이며 원치 않은 물질의 축적으로써 이로 인한 공정에 미치는 주요 영향은 다음과 같습니다.

• 유량의 저하
• 차압 증가로 인한 열전달 능력 저하
• 부식 및 오염
• 부분적 온도 상승 (고온)  

열교환기와 같은 장치류의 경우 파울링에 의해 유체의 흐름 및 열 전달 능력을 감소시키고 압력 손실 (△P) 의 증가로 인해 전체적인 성능을 떨어뜨리게 됩니다. 따라서 열교환기 업체에서는 엔지니어링 단계에서 필수적으로 냉각수의 종류를 확인하고 그에 맞는 Fouling factor 를 적용하게 됩니다. 파울링을 적용하지 않는다면 설치 후 상업운전 초반에는 문제가 없을지라도 시간이 지나면서 성능 저하가 발생하여 공정 효율을 떨어뜨리게 됩니다. 다시 말해 파울링 양을 고려한다는 것은 열교환기의 수명 및 성능의 유효성을 상승시킨다는 것을 의미합니다.

파울링이 발생하는 원인은 유체 내부에 포함된 1μm 미만의 입자들이 서로 달라 붙으면서 표면적에 축적되어 결정화 되는 것으로 염류성 냉각수에서 더욱 빠른 속도로 진행되는데  유체 내 소금물질이 열교환에 의한 온도의 상승으로 인해 관로 내에서 스케일 형태로 남게 되면서 발생합니다. 또는 강물이나 민물속에 흙, 모래, 퇴적물에 의해 흔히 발생하게 되며 이는 열교환기 설계시 유속을 조절하여 어느정도 해결할수가 있습니다.

 

Fouling factor 를 적용하면 열교환기 전열 면적이 증가 합니다. 기대효과로 장시간동안의 효율성 있는 운전을 가능하게 할 수 있습니다. Fouling factor 는 특정 유체들에 대해 오염계수가 결정되있는 값을 적용하며 U-Clean 의 역수인 총 열저항을 계산과정에 열저항을 추가하는 것으로 TEMA Code 에서 이에 대한 설계 기준과 값을 확인할 수 있습니다.

파울링을 낮춘다는 것은 침전물의 형성을 방지하는 것으로 이야기 할 수 있으며 가장 제어하기 쉬운 것은 적정 유속을 적용하는 것으로 이는 파울링 증착을 방해하여 오염도를 낮출수가 있습니다. 다시 말해 유속이 너무 낮을 경우 파울링이 촉진될 가능성이 높다는 것을 의미하나 너무 높을 경우 침식을 유발할 수 있기 때문에 제한치를 초과하지 않는 것 또한 중요합니다.

상업운전시에 열교환기의 효율이 떨어질 경우 청소를 실시합니다. 이는 튜브 내 쌓여 있는 침전물을 제거하여 오염도를 낮추 성능을 보존하기 위한 것으로 정기적으로 혹은 필요에 따라 수행하며 반복도의 정도에 따라 오염도의 정도를 역으로 추정할 수 있습니다.

내용정리

파울링은 유체의 흐름에서 발생하는 퇴적물이 유로 내 침전물을 형성하여 스케일을 형성하는 과정으로 열교환기와 같은 장치류의 성능에 좋지않은 영향을 미칩니다. 이는 전체 공정의 성능과 연관이 있으므로 사전에 이를 낮추는 설계를 진행해야 합니다. Fouling factor 는 관행적인 데이터이며 해당 유체의 열교환기 제작에 반영하는 것으로 오염도에 의한 성능 저하를 완하할 수 있습니다. Fouling factor 값을 적용하면 열교환기 전열면적의 크기를 증가시켜 제작 비용이 상승하게 됩니다. 입찰 업체들이 견적 과정에서 Fouling factor 를 포함하지 않아 수주 후 진행 과정에서 Argue 가 발생하는 경우가 있으므로 사양 검토 중에 빼 먹지 말고 확인해야 할 사항이라는 것을 기억해야 겠습니다.

By Inside Insights (Chandler)