KR100472565B1 - 열교환기의 스케일 제거 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템에 관해 제시한다. 본 발명은 전처리 약품과 물을 적정비율로 혼합한 전처리 세정액이 충진되며 유체의 유입라인과 연결되는 전처리 세정액 탱크와, 후처리 약품과 물을 적정비율로 혼합한 후처리 세정액이 충진되며 유체의 유입라인과 연결되는 후처리 세정액 탱크와, 열교환기에 대한 유체의 유출라인과 전처리 및 후처리 세정액 탱크들을 연결하는 순환유로와, 전처리 세정액 및 후처리 세정액을 열교환기에 각각 순환시키는 세정액 순환수단과, 열교환기를 순환하고난 전처리 및 후처리 세정액이 일시 저장되는 세정액 회수탱크와, 유체의 유입 및 유출라인, 전처리 및 후처리 세정액 탱크의 유입로, 세정액 회수탱크의 유입 및 유출로를 선택적으로 개폐시키는 다수의 밸브들로 구성된다. 세정액 순환수단은 예를 들어 전처리 세정액과 후처리 세정액을 각각 순환시키는 제1, 2 펌프로 구성된다. 본 발명은 판형 열교환기내에 부착된 스케일을 자동으로 신속하게 제거할 수 있음은 물론 열교환기를 일일이 분해하지 않고서도 그 내부에 부착된 스케일을 확실하게 제거할 수 있게 된다.

Description

열교환기의 스케일 제거 시스템{a scale removal system of heat exchanger}

본 발명은 열교환기의 스케일 제거 시스템에 관한 것으로서, 특히 각종 산업현장에서 발생하는 온수의 냉각에 사용되는 판형 열교환기(plate type heat exchanger)의 부착 스케일을 제거하는데 적합한 열교환기의 스케일 제거 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 판형 열교환기(E)는 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 열교환판(P)들을 미세한 간격(약 3㎜ 이하)으로 배열하여 온수유로(Sh)와 냉각수유로(Sc)를 교번적으로 배치하고, 온수(Wh)와 냉각수(Wc)를 지그재그 형태로 서로 역방향으로 순환시키면서 온도가 다른 두 유체를 열교환시키는 것으로서, 열교환 효율이 우수하고 대량의 온수를 신속히 냉각시킬 수 있는 등의 장점에 따라 특히 각종 산업현장에서의 냉각수 열교환에 널리 사용되고 있다.

예컨대, 제철소에 있어서도 일련의 제철공정중 곳곳에 냉각수가 사용되고 있는데, 이와 같은 냉각수는 그 냉각대상물의 냉각과 동시에 뜨겁게 가열되는 바, 냉각수가 지속적으로 냉각작용을 수행하기 위해서는 대상물의 냉각 후 다시 적절한 온도로 냉각되어야 한다. 이를 위해 제철소 등에서는 냉각수의 재냉각을 위한 냉각설비를 함께 구비하고 있다.

한편, 여러 제조공정에서 사용되는 각각의 냉각수(이하 "온수"로 칭함)를 전용의 냉각탑에 의해 독립적으로 냉각시킬 경우, 과다한 냉각설비와 많은 설비면적이 소요될 뿐만 아니라 온수를 냉각하기 위한 냉각수의 관리에도 많은 인력과 기술 및 약품 등이 소요되는 불합리한 문제가 수반된다. 이에 따라 제철소 등의 산업현장에서는 하나 또는 몇 개의 대형 판형 열교환기를 적정장소에 설치하여 여러 제조공정에서 발생되는 온수를 하나의 냉각탑에 의해 동시에 재냉각시킴으로써 독립냉각에 따른 문제를 해소하는 추세에 있다.

위와 같은 냉각설비에 있어 온수의 경우에는 대부분 폐회로로 구성되어 스케일의 발생이 거의 없지만, 냉각탑을 경유하는 냉각수에는 여러 가지 이물질이 포함되어 있기 때문에 일정기간동안 사용하게 되면 열교환기(E)의 냉각수유로(Sc)쪽 열교환판(P)에 스케일이 부착되어 열교환기(E)의 성능을 떨어뜨리게 되므로 스케일이 부착될 경우 이를 확실히 제거해주어야 한다.

그런데, 판형 열교환기(E)는 열교환판(P)들간의 간격이 매우 작기 때문에 스케일이 부착될 경우 그 제거에 큰 어려움이 있었다. 즉, 종래에는 열교환판(P)에 스케일이 부착된 경우, 열교환기(E)를 분해하여 각 열교환판(P)을 고압수로 세척하거나 세정약품으로 스케일을 제거한 후 열교환기(E)를 재조립하였는 바, 용량이 시간당 100톤이 넘는 대형 열교환기(E)의 경우 스케일의 제거에 많은 인력과 장비가 필요할 뿐 아니라 제거시간도 수일이 소요되고 그에 따라 조업시간이 줄어들어 생산성 저하로 이어지는 심각한 문제가 초래되었던 것이다.

또한, 스케일 제거작업에 넓은 면적이 필요하고, 사용된 세제와 제거된 스케일에 의한 주변환경 오염도 심한 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 판형 열교환기에 부착된 스케일을 자동으로 신속하게 제거할 수 있는 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 판형 열교환기를 분해하지 않고 그 내부에 부착된 스케일을 확실하게 제거할 수 있는 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 스케일 제거로 인한 환경오염을 확실하게 방지할 수 있는 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템은, 전처리 약품과 물을 적정비율로 혼합한 전처리 세정액이 충진되며, 상기 유체의 유입라인과 연결되는 전처리 세정액 탱크; 후처리 약품과 물을 적정비율로 혼합한 후처리 세정액이 충진되며, 상기 유체의 유입라인과 연결되는 후처리 세정액 탱크; 열교환기에 대한 유체의 유출라인과 전처리 및 후처리 세정액 탱크들을 연결하는 순환유로; 전처리 세정액 및 후처리 세정액을 열교환기에 각각 순환시키는 세정액 순환수단; 열교환기를 순환하고난 전처리 및 후처리 세정액이 일시 저장되는 세정액 회수탱크; 유체의 유입 및 유출라인, 전처리 및 후처리 세정액 탱크의 유입로, 세정액 회수탱크의 유입 및 유출로를 선택적으로 개폐시키는 다수의 밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 세정액 순환수단이, 전처리 세정액과 후처리 세정액을 각각 순환시키는 제1, 2 펌프로 구성된다.

이에 따라 본 발명은, 판형 열교환기내에 부착된 스케일을 자동으로 신속하게 제거할 수 있음은 물론 열교환기를 일일이 분해하지 않고서도 그 내부에 부착된 스케일을 확실하게 제거할 수 있게 되므로 판형 열교환기의 스케일 제거 작업성과 설비의 가동율 및 생산성 향상 등에 큰 효과를 발휘하게 된다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 2에서, 본 발명에 의한 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템은 열교환기(E)에 대한 유체, 예컨대 냉각탑을 순회하는 냉각수의 유출라인(C2)과 유입라인(C1)이 순환유로(R)에 의해 서로 연결되어 선택적으로 기능하는 폐회로를 구성한다. 순환유로(R)의 유출부에는 전처리 세정액 탱크(T1)와 후처리 세정액 탱크(T2)가 병렬로 배치되어 각각 냉각수 유입라인(C1)과 연결된다. 전처리 세정액 탱크(T1)에는 스케일의 화학적 분해를 위한 전처리 약품과 물을 적정비율로 혼합한 전처리 세정액이 충진되고, 후처리 세정액 탱크(T2)에는 화학적으로 분해된 스케일을 열교환판(P)으로부터 떼어내는 후처리 약품과 물을 적정비율로 혼합한 후처리 세정액이 충진된다.

전처리 세정액 탱크(T1)와 냉각수 유입라인(C1) 사이에는 전처리 세정액을 열교환기(E)로 순환시키는 제1펌프(M1)가 설치되고, 후처리 세정액 탱크(T2)와 냉각수 유입라인(C1) 사이에는 후처리 세정액을 열교환기(E)로 순환시키는 제2펌프(M2)가 설치된다.

한편, 냉각수 유출라인(C2)과 전처리 및 후처리 세정액 탱크(T1)(T2)들 사이의 순환유로(R)에는 열교환기(E)를 순환하고난 세정액들이 외부로 배출되기 전에 일시적으로 저장되는 세정액 회수탱크(T3)가 설치되는데, 이 세정액 회수탱크(T3)는 순환유로(R)로부터 분기되어 연결된다.

그리고, 냉각수 유입 및 유출라인(C1)(C2)과, 전처리 및 후처리 세정액 탱크(T1)(T2)들의 유입로, 세정액 회수탱크(T3)의 유입 및 유출로 및 순환유로(R)의 유입부에는 각각의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 다수의 솔레노이드 밸브(V1~V7:이하 "밸브"로 약칭함)들이 구비된다. 이러한 밸브(V1~V7)와 펌프(M1)(M2)는 도시하지 않은 제어부에 전기적으로 연결되어 제어부의 신호에 따라 자동으로 작동된다.

나머지 부호 H1과 H2는 온수라인의 유입 및 유출라인이다.

다음, 이와 같이 구성된 본 발명에 의한 스케일 제거 시스템의 작동에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 밸브(V5)와 밸브(V6)만 제외하고 나머지 밸브(V1~V4,V7)들을 모두 닫아 열교환기(E)와 전처리 세정액 탱크(T1)간에 폐회로를 구성한다. 이 상태에서, 제1펌프(M1)를 작동시켜 전처리 세정액 탱크(T1)내에 충진되어 있는 전처리 세정액을 열교환기(E)로 주입시킨다. 그러면, 전처리 세정액은 열교환기(E)의 해당 유로를 따라 흐른 뒤 순환유로(R)를 통해 전처리 세정액 탱크(T1)로 되돌아오며, 이러한 동작을 설정된 수시간 동안 반복한다.

그리고, 이와 같은 전처리의 마지막 사이클에 도달하면, 밸브(V5)가 닫혀 전처리 세정액 탱크(T1)의 유입로가 차단됨과 동시에, 밸브(V3)가 개방되어 세정액 회수탱크(T3)가 순환유로(R)와 연통한다. 이에 따라 전처리 세정액은 열교환기(E)를 통과한 뒤, 세정액 회수탱크(T3)로 회수되어 일시 저장됨으로써 전처리가 완료된다.

다음, 이와 같이 전처리가 완료되고 나면, 밸브(V4)와 밸브(V6)만 제외하고 나머지 모든 밸브(V1~V3,V5,V7)들을 닫아 열교환기(E)와 후처리 세정액 탱크(T2)간에 폐회로를 구성한다. 이 상태에서, 제2펌프(M2)를 작동시켜 후처리 세정액 탱크(T2)내에 충진되어 있는 후처리 세정액을 열교환기(E)에 주입시킨다. 그러면, 후처리 세정액은 열교환기(E)의 해당 유로를 따라 흐른 뒤 순환유로(R)를 통해 후처리 세정액 탱크(T2)로 되돌아오며, 이러한 동작을 설정된 시간동안 반복해서 수행한다.

그리고, 이와 같은 후처리의 마지막 사이클에 도달하면, 밸브(V4)가 닫혀 후처리 세정액 탱크(T2)의 유입로가 차단됨과 동시에, 밸브(V3)가 개방되어 세정액 회수탱크(T3)가 순환유로(R)와 연통한다. 이에 따라 후처리 세정액은 열교환기(E)를 통과한 뒤, 세정액 회수탱크(T3)로 회수되어 전처리 세정액과 함께 일시적으로 저장됨으로써 후처리도 완료된다.

다음, 전처리와 후처리가 모두 완료되고 나면, 밸브(V1)(V2)가 개방되어 냉각탑과 열교환기(E)가 연결됨과 동시에, 밸브(V3~V7)들은 모두 닫힌다. 또한, 제1, 2 펌프(M1)(M2)들도 동작을 멈춤으로써 스케일 제거작업을 마친다. 그리고, 세정액 회수탱크(T3)내에 저장된 폐 전·후처리 세정액은 밸브(V7)를 열어 폐수처리 설비로 이송한다.

한편, 도 3에는 본 발명에 의한 스케일 제거 시스템의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이것은 전술한 실시예의 구성에서, 냉각수 유출라인(C2) 개폐용 밸브와 순환유로(R) 개폐용 밸브를 하나의 삼방밸브(V2′)로 구성하고, 전처리 및 후처리 세정액 탱크(T1)(T2)의 유출부를 서로 연결하여 각각을 냉각수 유입라인(C1)과 선택적으로 연결하는 삼방밸브(V8)를 설치함과 함께 그와 냉각수 유입라인(C1) 간에 하나의 펌프(M)를 설치한 구성이다. 이러한 실시예의 경우, 하나의 펌프(M)로서 전처리 및 후처리 세정액을 모두 순환시킬 수 있어 시스템을 보다 간소화시킬 수 있게 된다.

(실시예)

본 발명자는 시간당 150톤 정도의 냉각수를 사용하는 판형 열교환기를 분해해본 결과 개회로로 구성된 냉각수 유로측에 스케일이 많이 부착되는 것으로 나타나, 냉각수의 성분을 분석해 보았다. 그 결과, Ca 55~58ppm, Mg 51~58ppm, Na 595~637ppm, Fe 0~0.3ppm, Si 2~3ppm, Mn 3~14ppm, K 180~190ppm, Zn 0.3~3ppm 및 T-S 512~547ppm 으로 나타났다.

이에 따라 본 발명자는 전처리 약품으로 시트릭 액시드(citric acid)와 포르믹 액시드(formic acid)를 각각 1~10%의 중량비로 담수와 혼합한 전처리 세정액을 사용하여 전술한 방법으로 약 1~3시간 동안 전처리 하고, 후처리 약품으로 소디움 포스페이트(sodium phosphate)를 1~5%의 중량비로 담수와 혼합한 후처리 세정액을 사용하여 전술한 방법으로 약 0.5~1시간 동안 후처리를 실시하였다. 이 후, 열교환기(E)를 분해하여 육안으로 확인한 결과, 열교환판(P)에 스케일이 부착되어 있지 않은 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 판형 열교환기내에 부착된 스케일을 종래와 달리 열교환기를 분해하지 않으면서 약 1.5 내지 4시간 정도의 매우 짧은 시간안에 확실하게 제거할 수 있게 된다.

또한, 스케일 제거작업을 단순히 밸브조작에 의해 자동으로 수행할 수 있어 작업인력 절감과 아울러 스케일 제거작업이 매우 용이해진다. 뿐만 아니라, 스케일 제거에 사용된 세정액과 제거된 스케일에 의한 주변환경 오염이 전혀 발생되지 않는다.

따라서 본 발명은, 판형 열교환기의 스케일 제거 작업성과 설비의 가동율 및 생산성 등을 향상시킬 수 있음은 물론 작업인력 감소와 환경오염을 방지할 수 있는 매우 우수한 효과가 있다.

도 1은 판형 열교환기의 유체흐름을 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템을 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

E: 판형 열교환기 P: (판형 열교환기의) 열교환판

C1, C2: 냉각수 유입 및 유출라인 T1: 전처리 세정액 탱크

T2: 후처리 세정액 탱크 T3: 세정액 회수탱크

M, M1, M2: 펌프 V1~V8: 밸브

Claims (3)

1. 온수라인 및 냉각수라인과 연결되어 온도가 다른 두 유체를 서로 열교환시키는 판형 열교환기의 스케일을 제거하기 위한 시스템에 있어서,

   시트릭 액시드(citric acid) 1~10%의 중량비와, 포르믹 액시드(formic acid) 1~10%의 중량비를 담수에 혼합한 전처리 세정액이 충진되며, 상기 유체의 유입라인과 연결되는 전처리 세정액 탱크;

   소디움 포스페이트(sodium phosphate)를 1~5%의 중량비로 하여 담수와 혼합한 후처리 세정액이 충진되며, 상기 유체의 유입라인과 연결되는 후처리 세정액 탱크;

   상기 유체의 유출라인과 상기 전처리 및 후처리 세정액 탱크들을 연결하는 순환유로;

   상기 전처리 세정액 및 후처리 세정액을 상기 열교환기에 각각 순환시키는 세정액 순환수단;

   상기 열교환기를 순환한 전처리 및 후처리 세정액이 일시 저장되는 세정액 회수탱크; 및

   상기 유체의 유입 및 유출라인, 상기 전처리 및 후처리 세정액 탱크의 유입로, 상기 세정액 회수탱크의 유입 및 유출로를 선택적으로 개폐시키는 다수의 밸브;로 구성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 세정액 순환수단은, 상기 전처리 세정액과 후처리 세정액을 각각 순환시키는 제1, 2 펌프와, 상기 각각의 펌프에 상기 전처리 세정액 탱크 및 후처리 세정액 탱크를 선택적으로 연결시키기 위한 유로전환밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 판형 열교환기의 스케일 제거 시스템.
3. 삭제