KR100535707B1 - 고온, 고압용 이중배관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내관과 외관의 이중구조로 이루어지고, 내관의 일단이 열팽창에 의해 신장 가능하도록 설치하여 배관의 변형이 방지되고 외부로의 열전달을 감소시키는 고온, 고압용 이중배관에 관한 것으로서, 고온, 고압의 환경에서 사용되는 플랜트 설비의 배관에 사용되어 내관의 열이 외부로 전달되는 것을 감소시켜 플랜트 설비 등의 열효율을 저하시키지 않고, 열팽창시 배관의 신장을 흡수할 수 있도록 하여 배관의 뒤틀림과 같은 변형이 방지되는 고온, 고압용 이중배관을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중배관은 내관과, 상기 내관의 외측으로 소정간격 이격되게 배치된 외관과, 상기 내관 및 외관의 일단부가 접합되는 제1플랜지와, 상기 외관의 타단부가 접합되고 상기 내관의 타단부와 소정거리 이격된 제2플랜지를 포함한다.

Description

고온, 고압용 이중배관 {DOUBLE PIPE FOR HIGH PRESSURE AND TEMPERATURE}

본 발명은 고온, 고압용 이중배관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내관과 외관의 이중구조로 이루어지고, 내관의 일단이 열팽창에 의해 신장 가능하도록 설치하여 배관의 변형이 방지되고 외부로의 열전달을 감소시키는 고온, 고압용 이중배관에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 배관설비에서는 복수의 금속재 배관들이 다양한 결합방식으로 연결되어 있다. 이러한 배관설비는 관부재의 단부에 각각 플랜지를 용접과 같은 접합수단을 매개로 장착시킨 다음, 결합된 플렌지 사이를 나사 체결시켜 연결하도록 되어 있다.

전술된 결합방식의 배관설비는 고온, 고압의 환경에 사용될 경우 배관이 열에 의해 신장되거나 다른 외적인 요인으로 인해 배관에 뒤틀림 같은 변형이 발생하는 경우가 발생하고 있으며, 변형이 심한 경우 배관이 파손되는 경우가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 종래에는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 배관이 신장 또는 수축될 수 있도록 일측에 굴곡부(12)를 포함하는 배관(10)을 연결하는 방법이 사용되거나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 배관(20)의 양단부에는 플랜지가 접합되고, 상기 플랜지에 배관의 수축 또는 팽창을 흡수하는 신축조인트(25)를 연결하는 방법이 사용된다.

여기서, 도 1a에 도시된, 굴곡부(12)를 포함하는 배관(10)은 설치공간에 따라 설치가 제한되고, 고압의 환경이 사용시 안정성에 문제가 제기되고 있다.

또한, 도 1b에 도시된 상기 신축조인트(25)는 파형으로 굴곡진 형태의 벨로우즈관(26)과, 상기 벨로우즈관(26)의 양선단에 일체로 결합된 연결용 플랜지(27)로 이루어진다.

상기 신축조인트(25)는 상기 연결용 플랜지(27)가 상기 배관(20)의 플랜지(21)와 나사 체결됨으로서 결합된다. 전술된 신축조인트(25)는 고온의 가스가 배관 내부를 계속해서 통과함으로써 배관의 열팽창이 발생할 경우 상기 벨로우즈관(26)이 수축하면서 배관(20)의 팽창을 흡수하여 배관의 변형을 방지한다.

전술된 신축조인트(25)에 있어서, 상기 벨로우즈관(26)은 고온에서의 신장 또는 수축을 위해 두께가 얇은 금속재질로 이루어지고, 외형이 파형으로 굴곡지게 형성되는바, 고온, 고압의 배관에서 사용하기에는 부적합하다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 고온, 고압의 환경에 사용가능한 이중구조의 배관이 제안되었다. 즉, 도 2와 같이, 고온, 고압의 환경에서 사용하기 위해 배관을 내관(32)과 외관(34)으로 이루어진 이중구조로 배치하고, 상기 내관(32)과 외관(34)의 양단부가 플랜지(35)에 접합된다. 또한, 상기 내관(32)과 외관(34) 사이에 단열재(38)가 충진된 이중배관(30)이 제안되었다. 여기서, 상기 이중배관(30)의 플랜지(35)는 다른 배관과의 연결을 위한 연결용 플랜지(31)가 접합된다.

이와 같이 단열재(38)를 포함하는 이중배관(30)은 외부로의 열전달을 감소시킬 수 있으나, 상기 내관(32) 및 외관(34)의 양단부가 상기 플랜지(35)에 용접으로 고정된 상태이므로 고온상태에서 사용이 지속되면 내관(32)에 열팽창이 발생하게 되어 뒤틀림과 같은 변형이 발생하고 심할 경우 내관(32) 또는 외관(34)이 파손되는 위험한 상황이 발생할 수 있다.

이에 상기 내관(32)과 외관(34) 사이를 히트파이프로 구성하고 내관(32)의 열이 외부로 방열되도록 하여 이중배관(30)의 변형을 방지하는 방법이 제안되었으나 변형 방지에 대한 근본적인 원인이 해결되지 못하는 실정이다.

도 3은 종래 기술에 따른 이중배관의 부분 단면도로서, 고온, 고압의 유체가 통과하는 내관(42)과 외관(44)으로 이루어진 이중배관(40)으로 구성하고, 외관(44)의 일측에는 냉각수를 유, 출입할 수 있는 냉각수 유입구(44a)와 냉각수 배출구(44b)가 설치된다. 또한, 상기 내관(42)과 외관(44)의 양단부가 플랜지(45)에 접합된다. 더불어, 상기 이중배관(40)의 플랜지(45)는 다른 배관과의 연결을 위한 연결용 플랜지(41)가 접합된다.

전술된 이중배관(40)은 상기 내관(42)으로는 고온, 고압의 유체가 순환되고, 상기 내관(42)과 외관(44)사이에는 상기 냉각수 유입구(44a)를 통해 냉각수를 공급하여 상기 냉각수 배출구(44b)로 배출시키며 고온의 유체와 접촉되며 발생하는 열팽창에 의한 변형을 방지되도록 상기 내관(42)을 냉각시킨다.

전술된 이중배관(40)은 상기 내관(42)에 통과되는 유체의 온도가 높을 경우 상당히 많은 양의 냉각수가 지속적으로 순환되어야 하는 문제점이 있으며, 냉각수에 의해 유체의 온도가 떨어짐으로서 플랜트의 열효율이 낮아지게 되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온, 고압의 환경에서 사용되는 플랜트 설비의 배관에 사용되어 내관의 열이 외부로 전달되는 것을 감소시켜 플랜트 설비 등의 열효율을 저하시키지 않고, 열팽창시 배관의 신장을 흡수할 수 있도록 하여 배관의 뒤틀림과 같은 변형이 방지되는 고온, 고압용 이중배관을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중배관은 내관과, 상기 내관의 외측으로 소정간격 이격되게 배치된 외관과, 상기 내관 및 외관의 일단부가 접합되는 제1플랜지와, 상기 외관의 타단부가 접합되고 상기 내관의 타단부와 소정거리 이격된 제2플랜지를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2플랜지는 상기 내관의 타단부가 삽입가능한 홈부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 내관과 외관 사이에 설치된 단열재를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 이중배관의 부분 단면도이고, 도 5a와 도 5b는 도 4의 A와 B부분이 확대된 도이다. 본 발명에 따른 이중배관(100)은, 도 4 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 내관(102)과, 상기 내관(102)의 외측으로 소정간격 이격되게 배치된 외관(104)을 포함한다. 상기 내관(102)과 외관(104)은 일단부는 모재(P)에 의해 제1플랜지(105)와 용접된다. 또한, 상기 외관(104)의 타단부는 모재에 의해 제2플랜지(106)와 용접된다. 이때, 상기 내관(102)의 타단부는 상기 제2플랜지(106)와 소정거리 이격되게 배치된다. 여기서, 상기 내관(102)의 타단부가 상기 제2플랜지(106)와 이격된 거리는 상기 내관(102)에 통과되는 유체의 온도조건과 내측관의 재질 특성에 따라 설정된다.

바람직하게는 상기 제2플랜지(106)에는 상기 내관(102)의 타단부가 삽입되고 열변형에 의해 신축 또는 신장 가능한 홈부(107)가 형성된다. 여기서, 상기 내관(102)의 길이는 외관(104)의 길이보다 길게 형성되어 상기 제2플랜지(106)의 홈부(107)에 전진 삽입된다. 이에 따라 상기 내관(102)과 외관(104)이 서로 연통되지 않게 되어 상기 내관(102)을 통과하는 고온, 고압의 유체가 상기 외관(104)측으로 유출되지 않게 된다.

또한, 상기 내관(102)과 외관(104) 사이의 공간에는 상기 내관(102)에 통과되는 유체와 외부와의 열전달을 감소시키기 위한 단열재가 충전될 수 있다.

더불어, 상기 내관(102)과 외관(104) 사이의 이격된 거리가 크게 이격될 경우 외부로의 열전달을 감소시키는데 효과적이나 다른 공정과의 연계 및 재질, 설치장소의 특성 등을 고려하여 적절한 간격으로 이격되도록 설정한다.

한편, 상기 제1플랜지(105)와 제2플랜지(106)에는 다른 배관에 연결하기 위한 플랜지(101)가 용접된다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 고온, 고압용 이중배관(100)의 제작과정을, 도 6에 도시된 공정예시도를 참고하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 사용될 환경에 따라 적절한 재질의 내관(102)을 선정하고, 상기 내관(102)의 일단부를 제1플랜지(105)에 용접한다. 다음으로 필요에 따라 상기 내관(102)의 외측에 단열재를 설치하고 상기 단열재 또는 내관(102)의 외측으로 외관(104)을 삽입한다. 또한, 상기 외관(104)의 일단부를 상기 제1플랜지(105)에 용접한다. 다음으로 상기 내관(102)의 타단부를 제2플랜지(106)의 홈부(107)에 끼운 후, 상기 외관(104)의 타단부가 제2플랜지(106)와 밀착된 상태에서 상기 외관(104)의 타단부와 상기 제2플랜지(106)를 용접한다. 이와 같이 이중배관(100)이 제작되면, 다른 배관과의 연결을 위해 양단부에 연결용 플랜지(101)를 용접한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 고온, 고압용 이중배관(100)의 작용을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 본 발명에 따른 이중배관(100)을 플랜트의 배관설비와 연통되게 설치한 후 고온, 고압의 연소가스 또는 합성가스를 통과시킨다. 이때, 상기 이중관의 내관(102)은 고온의 가스와 지속적으로 접촉하면서 온도가 높아지게 되지만, 상기 내관(102)의 길이가 상기 외관(104)의 길이보다 긴 상태에서 제2플랜지(106)의 홈부(107)에 삽입되는 바, 상기 내관(102)과 외관(104) 사이의 공간에서는 가스의 유동이 거의 없으므로 열전도가 이루어지지 않는다. 또한, 단열재가 설치된 경우 열전달율이 감소되므로 외부로의 열전달이 감소하게 된다. 이와 같이, 상기 내관(102)으로 지속적으로 가스가 통과하면 내관(102)이 열팽창되며 상기 제2플랜지(106)의 홈부(107)로 신장된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 고온, 고압용 이중배관을 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 고온, 고압용 이중배관은 내관과 외관의 이중관으로 구성되어 외부로의 열전달이 감소되는 효과가 있다. 또한, 내관의 일단부가 제1플랜지와 용접되되 타단부가 제2플랜지와 소정거리 이격되도록 설치함으로서, 상기 내관이 고온의 가소에 의해 열팽창될 경우 내관의 단부가 자유롭게 확장되도록 하여 배관의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 상기 내관의 길이가 상기 외관의 길이보다 길게 형성된 상태에서 상기 2플랜지의 홈부에 삽입 설치되도록 하여 상기 내관을 통과하는 고온, 고압의 유체가 상기 외관으로 유출되지 않게 되고, 이로 인해 상기 이중배관의 단열효과가 향상되는 효과가 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 배관의 연결상태가 도시된 도.

도 1b는 종래 기술에 따른 배관에 신축조인트가 설치된 부분 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 고온, 고압용 이중배관이 도시된 부분 단면도.

도 3은 종래 기술의 다른 실시예에 의한 고온, 고압용 이중배관이 도시된 부분 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 고온, 고압용 이중배관의 부분 단면도.

도 5a와 도 5b는 도 4의 A와 B부분이 확대된 도.

도 6은 본 발명에 따른 고온, 고압용 이중배관의 제작공정이 도시된 공정예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이중배관

101 : 연결용 플랜지

102 : 내관

104 : 외관

105 : 제1플랜지

106 : 제2플랜지

107 : 홈부

Claims (3)

1. 내관과,

   상기 내관의 외측으로 소정간격 이격되게 배치된 외관과,

   상기 내관 및 외관의 일단부가 접합되는 제1플랜지와,

   상기 외관의 타단부가 접합되고 상기 내관의 타단부와 소정거리 이격된 제2플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중배관.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2플랜지는 상기 내관의 타단부가 삽입가능한 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 이중배관.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 내관과 외관 사이에 설치된 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중배관.