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글쓴이 운영자 날짜 2017-06-20
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제 목 : 열교환기 튜브 누설 원인 규명
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열교환기 튜브 누설 원인 규명
{A study for Tube failure analysis of Shell -Tube Heat-Exchanger}
(최초 작성 : 2017.04.05., 최종 수정일 : 2017.04.27.)
저자 : RYU-CHANG MYONG / P.E (기술사 류창명 / 건설기계기술사/산업기계설비기술사) /피이에스기술사사무소 대표

요 약
열교환기 튜브 누설은 해당 장치기기의 수명을 결정하는 핵심부로서 다른 구성품과는 달리 튜브 두께를 결정할 때 해당 적용 기준(ASME 및 TEMA)에서는 특이하게 Erosion(침식) 및 Corrosion(부식)에 대한 여유치를 별도로 고려하지 않는 것이 바로 열교환기 튜브이다. 달리 말하면, 튜브 이외의 부자재는 기기의 안전성이 지배한다면, 튜브는 열교환기의 수명 경제성이 지배한다고 볼 수 있다. 따라서, 이러한 열교환기 튜브가 지닌 수명 특성으로 인해 현재까지 국내외 해당 분야에서 열교환기 운전 자료를 바탕으로 최적의 설계 기준을 마련하기 위해 다각적인 아이디어를 제시하고 있으나, 현실적으로 만족할 만한 수준에 크게 미치지 못하는 실정이다.

일반적으로 열교환기의 튜브 설계 기준은 TEMA(Standards of the Tubular of Heat Exchanger Manufacturer Association) 규정을 따르게 되어 있으나, 여기서의 기준은 열교환기 자체 기능과 운전 특성을 구조설계에 완벽하게 반영할 수는 없는 것이 사실이다. 예를 들면, 튜브 재질의 야금학적인 특성과 부식과의 관계를 비롯하여 튜브의 구조적인 만족도와 실제 부과되는 열응력, 국부응력 및 튜브 진동에 따른 피로 응력 등은 실제 튜브의 운전 수명을 결정하는 가장 중요한 요인으로 작용하고 있다는 것이다.
따라서, 열교환기의 튜브 손상 또는 튜브의 사용 내구 수명이 예상 기대치 보다 짧은 경우는 우선적으로 열교환기의 기능과 설계적인 불만족 여부를 함께 검토하는 것이 바람직하여 본 기술 보고서에서는 열교환기의 구조 설계 과정에서 해당 운전 조건 만족 여부와 함께 열교환기 튜브 내구성에 대한 취약점과 튜브 누설의 원인을 보다 기술적으로 해석하는데 그 목적이 있다.

주제어 : heat exchanger, tube fatigue analysis, Tube thickness, Tube material 열교환기 튜브누설, 열교환기 튜브재질, 튜브피로파손, 튜브응력해석, 열교환기 튜브 피로수명

ABSTRACT: This paper describes the behaviour of tube failure in Shell and Tube Heat Exchanger, thereby, This analysis has been introduced to review the structure design criteria as per related regulation based on technical experience. Even though, so many tube failure analysis report has been issued on the subject of most vulnerable for tube dynamic stress and corrosion mechanism related both factor. Thereby this study was performed to get what is the governs to decide the tube material and thickness considering various operating condition as well as tube material properties for tube expectancy life. and also, this paper shows tube failure mechanism when we use Austenite Stainless Steel where vulnerable stress corrosion cracking in Shell-Tube Heat Exchanger that is the major cause of tube failure reason. In there also we need to consider requirement in related regulation such as TEMA(Standards of the Tubular of Heat Exchanger Manufacturer Association) but also, plant operation character together. And moreover, there are many referring codes and standards the minimum tube wall thickness of the heat exchanger in the engineering stage. However, the code and standards did not clearly shows criteria of tube expectancy life due to the tube wall thickness.

****************************목 차*******************************


1. 열교환기 운전 조건

2. 튜브 파손 현상 파악

3. 열교환기 튜브 파괴 거동

4. 튜브 응력부식 메커니즘

5. 스텐인레스강과 탄소강 튜브 재질 특성 비교

6. 튜브 파괴 역학적 구조 검토

7. 열교환기 튜브 파손 관련 TEMA 요구 사항

8. SS316L 튜브의 Pitting(공식)에 의한 파괴 형상

9. 튜브 파손 원인 및 개선안

10. 군집성 튜브 손상 원인 및 대책

11. 튜브 THINNING에 따른 예상 수명 평가

12. 결 론

13. 첨부

14. 참고 문헌


* 원문은 피이에스 회원자료실에 있습니다.
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