열교환기가 누수되면 어떻게 해야 하나요? 이 글은 누출 원인과 대처 방법을 알려줍니다

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열교환기의 누출은 종종 전체 설비의 가동을 중단시키며, 생산 효율성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 주요 기계나 다른 장비들의 안전한 작동까지 위협하고, 심각한 장비 손상 사고를 유발하기도 합니다. 관형 열교환기 소개 관형 열교환기는 현재 가장 널리 사용되는 열교환 장치입니다.다른 여러 종류의 간벽 열교환기와 비교할 때, 단위 부피당 제공되는 열전달 면적이 훨씬 크며, 열전달 효율도 더 우수합니다. 관식 열교환기는 관, 관판, 교류판, 하우징, 단부 커버(튜브 박스) 등으로 구성됩니다. 열교환을 할 때, 한 종류의 유체가 헤드의 연결관을 통해 들어와 파이프 내를 흐르다가 헤드의 반대쪽에 있는 출구관을 통해 나갑니다. 이것을 파이프 측이라고 합니다；또 다른 유체는 케이스의 연결관을 통해 들어오고, 케이스의 다른 연결관을 통해 나가는데, 이를 케이스 플로우라고 합니다. 열교환기 누출 원인 열교환기 내부 관로의 누출은 주로 관 자체의 누출과 관 포트의 누출로 나뉩니다. 열교환기 관의 포트에서 누출이 발생하는 원인 1. 열응력 과대: 튜브형 열교환기가 작동할 때, 차가운 유체와 뜨거운 유체의 온도가 다르기 때문에 케이스와 관벽의 온도에 차이가 생깁니다.이러한 차이로 인해 케이스와 파이프의 열팽창이 달라지며, 두 부분의 온도 차이가 클 경우 파이프가 비틀리거나 플레이트에서 빠져나올 수 있으며, 심지어 전체 열교환기가 손상될 수도 있습니다.이에 대해 구조적으로 열팽창의 영향을 고려하고, 다양한 보상 방법을 도입해야 한다. 열교환기가 가동 및 정지될 때 온도 상승률과 온도 하강률이 규정을 초과하면, 고압가열기의 관과 튜브플레이트에 큰 열응력이 가해져, 관과 튜브플레이트를 연결하는 용접부나 확장접합부가 손상되어 포트에서 누출이 발생합니다. 2. 튜브 플레이트의 변형은 주로 튜브 플레이트의 가공으로 인한 변형 및 가공 시 발생하는 변형을 말하며, 파이프가 튜브 플레이트에 연결되어 있기 때문에 튜브 플레이트가 변형되면 파이프의 단부에서 누수가 발생합니다. 3. 관 막음 공정이 부적절함. 일반적으로 원뿔형 플러그를 용접하여 관을 막습니다.원뿔형 플러그를 밀어넣을 때는 힘을 적당히 주어야 합니다；타격력이 너무 커서 관구가 변형되고, 이로 인해 인접한 관과 관판의 접합부에 영향을 미쳐 손상이 발생하고 새로운 누출이 생길 수 있습니다. 용접 과정에서 예열, 용접선의 위치 및 크기가 적절하지 않으면 인접한 파이프와 튜브플레이트의 연결 부위가 손상될 수 있습니다. 팽창식 튜브 차단법이나 폭발식 튜브 차단법과 같은 다른 튜브 차단 방법을 사용할 경우, 공정이 적절하지 않으면 인접한 연결부에서 누출이 발생할 수도 있습니다.따라서 엄격한 막힘 방지 공정을 준수해야 합니다. 열교환기 파이프의 누수 원인 1. 침식에 의한 손상: 한 가지 원인은 증기의 흐름 속도가 빠르고 증기 중에 큰 물방울들이 포함되어 있을 때, 파이프의 외벽이 증기와 물이 섞인 유체의 침식을 받아 얇아지고, 그로 인해 구멍이 생기거나 급수 압력으로 인해 파손될 수 있다는 것입니다. 또 다른 원인은 증기나 소수성 물질의 직접적인 충격 때문입니다.충격 방지판의 재질과 고정 방식이 적절하지 않기 때문입니다.운행 중에 파손되거나 떨어져 나와, 침식 방지 기능을 상실함；방충판의 면적이 충분히 크지 않아, 물방울들이 고속 기류에 의해 이동하면서 방충판 외부에 있는 관들에 부딪힙니다；케이스와 튜브 어셈블리 사이의 거리가 너무 작아서, 입구 부분의 증기 흐름 속도가 매우 높습니다. 2. 파이프의 진동: 급수 온도가 너무 낮거나 발전기가 과부하 상태에 있을 때, 열교환기 내의 증기 흐름량과 속도가 설계값을 크게 초과하면, 탄성이 있는 파이프들은 셸 측의 유체로 인한 외력에 의해 진동을 일으킵니다. 만약 이러한 외력의 주파수가 파이프들의 자연 진동 주파수나 그 배수와 일치하면, 파이프들이 공명을 일으켜 진동의 크기가 증가합니다. 이로 인해 파이프와 튜브보드의 연결 부분에 반복적인 힘이 가해져 파이프들이 손상될 수 있습니다. 3. 급수 입구 부분의 침식: 입구 파이프 부분의 침식 손상은 탄소강 열교환기에서만 발생하며, 이는 침식과 부식이 함께 작용하여 생기는 손상 과정입니다. 그 원리는 파이프 벽면에 형성된 산화막이 높은 난류 상태의 급수에 의해 파괴되고 운반되면서 금속 재료가 지속적으로 손실되는 것입니다.결국 파이프가 손상되게 됩니다. 저압 열교환기의 파이프 재질이 구리인 경우, 저압 가열기의 구리 파이프는 누수가 심해지면서 교체될 수밖에 없습니다.pH 값이 8.5~8.8일 때 구리의 부식률이 가장 낮습니다. 반면, 탄소강의 경우 pH 값은 9.5 이상이어야 합니다.보일러 공급수의 pH 값이 너무 높아 구리관이 부식되었습니다. 5. 재질 및 가공 상태가 불량함: 파이프의 재질이 좋지 않으며, 파이프 벽의 두께가 고르지 않습니다. 조립 전에 파이프에 결함이 있으며, 확장부가 과도하게 팽창되어 있고, 파이프 외부에는 손상 흔적이 있습니다. 이러한 문제들로 인해 열교환기가 비정상적인 작동 조건에 처했을 때 파이프가 심하게 손상될 수 있습니다. 열교환기 누출 처리 방안 누출 발생 후의 처리 방안 누출이 발생하면 공급수 압력이 낮아져 보일러로 공급되는 공급수량이 줄어듭니다.따라서 열교환기 파이프라인에 누수가 발생하면 즉시 열교환기의 가동을 중단하여 파이프의 손상 범위를 줄이고 손상 정도를 완화해야 합니다. 기기가 정지될 때는 고압가열기에 누출이 없는지 점검하고, 이를 해결할 방법을 찾아야 합니다.포트 누수의 경우, 기존의 용접부 금속을 제거한 후 다시 용접을 해야 하며, 열응력을 제거하기 위해 적절한 열처리도 필요합니다. 파이프 자체의 누수인 경우에는 먼저 누수가 발생하는 형태와 위치를 확인한 다음, 적절한 막힘 처리 방법을 사용하여 파이프의 양쪽 끝을 막아야 합니다. 어떤 막힘 처리 공법을 사용하든, 막힘 처리의 품질을 보장하기 위해서는 막히는 파이프의 끝부분을 반드시 잘 처리해야 합니다. 그래야만 파이프 플레이트와 파이프 구멍이 매끄럽고 깨끗해지며, 막는 부품과의 접촉면도 원활해집니다.파이프와 튜브플레이트의 연결 부위에 균열이나 침식이 있는 경우, 반드시 해당 부분의 원래 파이프 재질과 용접부 금속을 제거하여 플러그가 튜브플레이트와 밀착되도록 해야 합니다. 열교환기 누출 방지 조치 1. 파이프 연결부의 누출 방지 조치 열교환기는 제조 과정에서 충분한 두께의 파이프 플레이트를 사용해야 하며, 적절한 파이프 홀 가공 기술, 스크램블 용접 기술, 파이프 연결 기술, 용접 기술도 필요합니다. 또한 운영 시에는 열교환기의 온도 상승률과 하강률이 규정을 초과하지 않도록 해야 하며, 물측에는 과압을 방지하기 위한 안전밸브가 있어야 합니다. 그리고 점검 시에는 올바른 파이프 차단 기술이 필요합니다. 2. 파이프 자체의 누출 방지 조치, 침식 방지 조치, 쉘 측의 증기나 드레인의 유량을 제한하고 냉각 구간에서의 급증기화를 방지하는 조치；증기 냉각 단계의 출구 증기는 충분한 잔여 과열도를 가져야 합니다；방충판은 단단히 고정되어야 하며, 면적도 충분하고 재질도 좋아야 한다；케이스 측의 수위를 정상적으로 유지하며, 저수위 또는 무수위 상태에서의 가동을 금지한다. 관리 진동 예방 조치: 고압가열기 증기측에 증기측 안전밸브 설치；쉘 측의 증기 또는 소수성 유체의 유속 제한；관자 간격은 충분히 넓어야 하며, 이는 한편으로는 케이스측의 유속을 낮추고, 다른 한편으로는 관들이 서로 부딪혀 마찰로 손상될 가능성을 줄여줍니다. 또한 이를 통해 관군의 자유 단부 길이도 제한됩니다. 관의 급수 입구 부분의 부식 방지 조치: 유체가 관 내를 흐를 때의 속도는 대류 열전달 계수의 값에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 오염물질에 의한 열저항에도 영향을 주어 결국 전체적인 열전달 계수에도 영향을 줍니다.적절한 유속을 선택하는 것은 매우 중요합니다.급수 속도를 제한하거나, 일부 열교환기를 사용하지 않거나, 열교환기의 막힌 관의 수가 많아질 경우, 관 내부의 유속이 현저히 증가합니다. 이런 경우에는 일부 급수를 우회경로를 통해 보일러로 보내거나, 발전기의 부하를 줄여야 합니다. 부식 예방 조치: 응력을 제거하는 것입니다. 응력에는 외부에서 가해지는 응력, 잔류 응력, 용접으로 인한 응력, 그리고 부식 생성물로 인해 생기는 응력 등 다양한 원인이 있습니다.재료를 선택할 때, 기기를 무구리 시스템으로 만들면 전체 기기의 부식 방지 및 증수 결질 제어에 유리합니다； 완벽한 배기 시스템이 필요하며, 파이프 연결 시에는 응축되지 않는 가스가 압력이 낮은 열교환기에 축적되는 것을 방지하기 위해 단계별로 직렬로 연결하는 방식은 권장되지 않습니다； 배기 시스템이 정상적으로 작동하도록 하여, 가동 시 물측과 증기측의 공기를 반드시 제거해야 하며, 공급되는 물의 품질도 기준에 부합해야 합니다； 출하 시에는 부식을 방지하기 위한 적절한 조치가 필요하며, 이는 운송 과정에서의 부식을 막기 위함입니다. 탄소강으로 만들어진 열교환기의 경우, 보통 증기측과 물측 모두에 질소를 주입하여 부식을 방지합니다； 열교환기가 사용되지 않을 때는, 정지 시간의 길이에 따라 물을 채우거나 증기나 질소를 주입하는 방식 등의 부식 방지 조치가 취해집니다. 또한 물측에서는 보호 효과를 위해 탈산수의 pH 값을 적절히 조절합니다. 재질 및 가공상의 문제로 인한 파이프 누수 예방 조치: 마모에 대한 저항력을 높이기 위해 파이프 벽의 두께는 최소 2.0mm 이상이어야 합니다.조립하기 전에 각 관에 대해 nondestructive 검사, 수압 시험 등의 검사를 실시해야 합니다； 관속부는 열처리를 거쳐야 하며, 눈에 보이는 결함이 있어서는 안 됨；관판의 관구멍은 일정한 거칠기, 공차 및 동심도를 유지해야 하며, 관구멍의 모서리는 매끄럽고 버가 없어야 합니다. 예방적 막힘 방지 예방적 막힘 방지를 실시합니다.일부 관을 막는 동시에 관판에 적절한 크기의 우회구멍을 뚫어 주수의 흐름 속도를 낮추고 부식을 줄이는 것이 좋습니다. 이 방법은 국내외 여러 발전소에서 이미 사용된 바 있으며, 열교환기의 수명을 적절히 연장하고 누출 횟수를 줄일 수 있다는 것이 입증되었습니다. 프로세스 선택: 열교환기에서 어떤 유체를 관로를 통해 보내고, 어떤 유체를 케이싱로를 통해 보낼지 결정할 때는 다음과 같은 사항들을 일반적인 원칙으로 고려할 수 있습니다. a) 불순물이 많거나 쉽게 침전물이 생기는 유체는 청소가 용이한 쪽을 통해 보내야 합니다.직관형 관다발의 경우, 상기 물질은 일반적으로 관 내부로 흐르게 해야 하지만, 관다발을 분해하여 세척할 수 있을 때는 관 외부로도 흐를 수 있다. b) 대류 열전달 계수를 높이기 위해 유속을 증가시켜야 하는 유체는 관 내부를 통과해야 한다. 왜냐하면 관 내부의 단면적은 일반적으로 관 사이의 단면적보다 작으며, 유속을 높이기 위해 다중 관식 구조를 적용하기도 용이하기 때문이다. 다) 부식성 물질은 관 내부을 통해 이동해야 하므로, 용기의 외부 케이스는 일반 재료로 만들 수 있고, 관, 튜브 시트 및 헤드만이 내부식성 재료를 사용해야 한다. d) 압력이 높은 물질은 관 내를 통과하므로, 외부 케이스는 고압을 견딜 필요가 없습니다. e) 온도가 매우 높거나 낮은 물질은 열 손실을 줄이기 위해 관 내부로 이동시켜야 한다.물론, 더 나은 열 방출을 위해 고온의 물질을 케이싱 측으로 보내는 것도 가능합니다. f) 증기는 일반적으로 쉘 측으로 공급되는데, 이는 응축액을 배출하기가 용이하며, 증기 자체도 깨끗하기 때문입니다. 또한, 그 전달열 계수는 유속과의 관계가 적습니다. g) 점도가 높은 유체는 일반적으로 쉘 측 공간을 통과하며, 가이드판이 설치된 쉘 측에서 흐를 때는 유로 단면과 흐름 방향이 지속적으로 변하기 때문에, 낮은 Re 수치(Re가 100보다 큼)에서도 난류가 발생하여 관 외부의 유체의 대류 열전달 계수를 높이는 데 도움이 된다.