KR100537943B1

KR100537943B1 - 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치

Info

Publication number: KR100537943B1
Application number: KR10-2003-0048945A
Authority: KR
Inventors: 설원실
Original assignee: 설원실
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-12-20
Also published as: KR20030064364A

Abstract

본 발명은 열교환기와, 열교환기 입구측에 연결되는 유체유입도관과, 유체유입도관에 설치된 유체순환펌프와, 열교환기 출구측에 설치된 볼분리기와, 볼분리기의 유체배출구에 연결된 유체유출 도관이 직렬로 연결되고, 상기 열교환기 입구측의 유체유입도관에 연결된 볼투입도관과 상기 볼분리기의 볼배출구에 연결된 볼회수도관 사이에 볼회수기가 설치됨으로써 볼회수기와 열교환기가 병렬로 설치되되, 상기 볼투입도관에는 체크밸브가 설치되고, 상기 볼회수도관은 유체유출도관에서 볼회수기 방향으로 유체와 볼을 흡입하여 토출하는 볼 순환펌프가 설치되고, 상기 볼회수기 하부에는 유체유출도관과 연결되는 볼반송유체회수도관이 설치되되, 상기 볼반송유체회수도관에는 유체의 흐름을 개폐하는 이방밸브(2-ways valve)가 설치되어, 상기 이방밸브를 닫은 상태에서 볼 순환펌프를 작동하면 볼회수도관과 볼회수기와 볼투입도관 등을 순환하여 유체와 볼이 흐르게 됨으로써 볼이 열교환기로 투입 · 순환되는 세정작업이 이루어지고, 상기 이방밸브를 열면 열교환기에서 발생하는 압력손실과 체크밸브의 기능이 복합적으로 작용하여 유체가 볼회수도관과 볼회수기와 볼반송유체회수도관 등으로 흐르게 됨으로써 볼이 볼회수기 내부로 회수되는 것을 특징으로 하는 볼순환펌프를 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치에 관한 것이다.

Description

볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치{Heat Exchanger tube auto cleaning system using a ball circulation pump}

냉동장치나 화학플랜트에서는 셀 내부에 다수의 튜브를 배열한 셀엔드튜브(shell ＆ tube)형 열교환기가 많이 사용되어 왔으며, 이 형식의 열교환기에서 열매체로 사용되는 유체는 대부분 냉각탑에서 대기와 열교환하여 냉각되는데, 열교환기를 장시간 사용하게 되면 대기 중의 미생물, 먼지 등의 이물질이 유체로 유입되어 이들이 열교환기튜브 내면에 쌓여 스케일, 슬라임등의 부착물을 형성하여 열교환기 성능이 저하되고 수명이 단축되는 등의 문제가 발생하고 있어, 이들 부착물을 정기적으로 세정해 줄 필요가 있다.

상기 부착물의 세정방법으로는 스폰지 볼과 같은 세정체를 이용하여 이것을 튜브 내에 유체흐름에 의해 강제적으로 통과시켜 튜브 내벽의 부착물을 제거하는 열교환기튜브 세정방법이 있다. 이 종래의 스폰지 볼을 세정체로 사용하는 열교환기튜브 세정장치는 열교환기를 통과하여 열교환기 출구에서 배출되는 볼을 포함한 냉각수를 체가 장착된 볼분리기에서 유체와 볼을 분리하여 유체는 다음 공정으로 보내지고 볼은 볼회수기에 저장하였다가 펌프나 압축기와 같은 유체기계에 의해 강제로 열교환기 입구측 유체유입도관에 투입하였다.

상기와 같은 종래의 장치로는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 삼방밸브를 장착한 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치가 있다. 이를 대략 살펴보면 다음과 같다.

열교환기와, 열교환기 입구측에 연결되는 유체유입도관과, 유체유입도관의 적정위치에 설치된 유체순환펌프와, 열교환기 출구측에 설치된 볼분리기와, 볼분리기의 유체배출구에 연결된 유체유출 도관이 직렬로 연결되고, 상기 열교환기 입구측의 유체유입도관에 연결되어 분기되는 볼투입도관과 상기 볼분리기의 볼배출구에 연결되는 볼회수도관 사이에 볼회수기가 설치됨으로써 볼회수기와 열교환기가 병렬로 설치되되, 상기 볼투입도관의 적정위치에 삼방밸브가 설치되고, 상기 삼방밸브의 비어있는 연결구에는 볼회수기 하부의 연결구와 연결된 도관과 연결되되, 상기 삼방밸브와 볼회수기 하부의 연결구를 연결한 도관에는 삼방밸브 방향으로만 유체를 흐르게 하는 체크밸브가 설치되고, 상기 볼회수도관에는 볼 순환펌프가 설치되어, 상기 볼 순환펌프를 작동한 상태에서 삼방밸브를 유로를 변경하여 볼을 투입하거나 회수하는 것이 가능하게 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 삼방밸브를 장착한 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치는 스폰지 볼이 통과하는 유로에 삼방밸브가 설치되어 있어 다음과 같은 문제점이 있다.

제일 중요한 문제점으로, 유로를 변경하기 위하여 밸브가 개폐될 때 고형물인 스폰지 볼이 밸브에 끼여 밸브 구동기(actuator)에 과부하(over load)가 걸린다. 이로 인한 밸브고장이 빈번히 발생하여 자동세정장치 성능확보에 큰 장애가 되고 있다.

또한, 고형물인 스폰지 볼이 통과하는 유로에 밸브를 설치하여 개폐하여야 하므로 사용할 수 있는 밸브타입이 제한된다. 즉, 볼밸브(ball valve)와 같이 유로가 확보되는 타입은 사용이 가능하나, 글로브밸브(glove valve)와 같이 유로가 좁아지는 타입은 사용이 불가능하다.

그리고 경제적인 관점에서 보더라도, 고가인 볼밸브 타입 전동 삼방 밸브를 사용해야 하므로 제작비가 고가이다.

본 발명의 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치는 유체가 열교환기를 통과할 때 필연적으로 발생하는 압력손실을 시스템 구성에 활용한 것으로, 볼투입도관에 체크밸브가 설치되고, 볼회수도관에 볼순환펌프가 설치되고, 볼회수기 하부에 연결된 볼반송유체회수도관의 타단을 열교환기 출구측 유체유출도관에 연결하되, 이 도관에 물만 흐르는 도관에 설치하는 것이므로 비교적 다양하게 선택할 수 있는 단가가 저렴하면서도 고장이 적은 이방밸브(2-ways valve)가 설치되어 세정작용이 이루어지는 것으로, 종래의 열교환기튜브 자동세정장치에 비하여 무엇보다 전동밸브에 있어서 고장이 현저히 적으며, 또한 제작비가 저렴하고, 안정적인 운전이 가능하다.

특히, 본 발명에 있어서, 볼 회수를 위하여 볼반송유체회수도관에 설치된 이방밸브을 열었을 때 유체가 볼투입도관으로는 흐르지 않고 볼회수기 하부로만 흐르도록 볼회수기로 유입되는 유량을 일정범위 내로 제한하는 것이 필요한데, 이를 위하여 볼순환펌프의 출구측과 입구측을 연결하는 바이패스도관을 설치하되 수동밸브를 이 바이패스 도관에 설치함으로써, 상기 수동밸브를 필요에 따라 적정수준으로 개폐하여 정밀하게 조절할 수 있다.

본 발명의 구성을 제시된 도면에 따라 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래의 삼방밸브를 설치한 볼순환펌프를 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치이다. 도 2는 본 발명의 이방밸브를 설치한 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치이다. 도 3은 본 발명의 볼 투입 및 순환 과정을 나타낸 모식도이다. 도 4는 본 발명의 볼회수 과정을 나타낸 모식도이다.

본 발명은, 열교환기(3)와, 열교환기(3) 입구측에 연결되는 유체유입도관(2)과, 유체유입도관(2)의 적정위치에 설치된 유체순환펌프(1)와, 열교환기(3) 출구측에 설치된 볼분리기(5)와, 볼분리기(5)의 유체배출구에 연결된 유체유출 도관(7)이 직렬로 연결되고, 상기 열교환기(3) 입구측의 유체유입도관(2)의 외주면에 연결되어 분기되는 볼투입도관(16)과 상기 볼분리기(5)의 볼배출구에 연결되는 볼회수도관(8) 사이에 볼회수기(12)가 설치됨으로써 볼회수기(12)와 열교환기(3)가 병렬로 설치되되, 상기 볼투입도관(16)은 체크밸브(15)가 설치되어 볼회수기(12)에서 유체유입도관(2) 방향으로만 유체와 볼(13) 흐름이 가능케 되고, 상기 볼회수도관(8)에는 볼분리기(5)에서 볼회수기(12) 방향으로만 유체와 볼(13)을 흐르게 하는 볼 순환펌프(9)가 설치되고, 상기 볼회수기(12) 하부와 유체유출도관(7) 사이에는 볼회수기 체(14)에 의하여 볼(13)이 걸러져 유체만 흐르는 볼반송유체회수도관(18)이 연결되되, 상기 볼반송유체회수도관(18)에는 유체의 흐름을 개폐하는 이방밸브(17)가 설치되어, 상기 이방밸브(17)를 닫은 상태에서 볼순환펌프(9)를 작동하면 유로가 볼순환펌프(9)→볼회수기(12)→볼투입도관(16)→유체유입도관(2)→열교환기(3)→볼분리기(5)→볼순환펌프(9)로 형성되어 볼(13)이 계속 열교환기(3)를 순환하여 열교환기(3) 세정이 이루어지고, 볼순환펌프(9)가 작동하고 있는 상태에서 상기 이방밸브(17)를 열면 유로가 볼순환펌프(9)→볼회수기(12)→볼반송유체회수도관(18)→유체유출도관(7)으로 형성되어 볼(13)이 볼회수기(12) 내부로 회수되는 것을 특징으로 하는 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 각 구성품의 결합관계 및 유로는 제시된 도면에 잘 나타나 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 과정과 원리를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로, 열교환기튜브 자동세정장치는 적당한 시간 간격을 두고 정지상태와 작동상태를 반복하게 되며, 이 정지상태와 작동상태를 제어하는 것은 별도의 제어반에서 제어하는 것으로, 사전에 입력된 프로그램에 따라 제어반에서 전기적 신호를 보내면 이를 인지한 전동밸브나 펌프 등이 작용하여 정지상태 또는 작동상태가 된다. 상기 정지상태는 열교환기튜브 자동세정장치가 작용을 하지 않는 상태를 의미하며, 이 때 유체는 메인 펌프인 유체순환펌프(1)의 작동에 의해 유체가 유체유입도관(2)과 열교환기(3)와 볼분리기(5)와 유체유출도관(7)을 따라서만 흐르게 된다.

본 발명에 있어서, 정지상태는 이방밸브(17)는 닫혀있고 볼순환펌프(9)는 정지 상태에 있는 것을 의미하며, 작동상태는 다시 볼순환 과정과 볼회수 과정으로 나눌 수 있는 데, 볼순환 과정은 볼반송유체회수도관(18)에 설치된 이방밸브(17)가 닫혀있는 상태에서 볼순환펌프(9)가 작동되면 유로가 볼순환펌프(9)→볼회수기(12)→볼투입도관(16)→유체유입도관(2)→열교환기(3)→볼분리기(5)→볼순환펌프(9)로 형성되어 이 유로를 따라 유체와 볼(13)이 순환하여 흐르게 되어 세정작용이 이루어지는 과정으로, 이는 제시된 도 3에 잘 나타나 있다.

볼회수 과정은 상기 볼순환 과정 다음에 이어지는 과정으로, 볼순환펌프(9)는 계속 작동하고 있는 상태에서 볼반송유체회수도관(18)에 설치된 이방밸브(17)를 열면 유로가 볼분리기(5)→볼순환펌프(9)→볼회수기(12)→볼반송유체회수도관(18)→유체유출도관(7)으로 형성되어 볼(3)이 볼회수기(12) 내부로 회수되어 저장되는 과정으로, 제시된 도 4에 잘 나타나 있다. 여기서 볼회수시의 유로형성에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 열교환기(3)를 중심으로 볼 때 열교환기(3) 출구측 즉 유체유출도관(7)측은 열교환기(3) 입구측 즉 유체유입도관(2)보다 적어도 열교환기(3)에서 발생하는 압력손실만큼 압력이 낮다. 열교환기(3)에서 발생하는 이 압력손실과 볼투입도관(16)에 설치된 체크밸브(15)의 기능이 복합적으로 작용하여 볼투입도관(16)에 별도로 밸브를 설치하지 않고 볼반송유체회수도관(18)에만 전동밸브 등 유체흐름을 개폐할 수 있는 밸브를 설치하여도 이 밸브를 열면 유체흐름이 볼분리기(5)→볼순환펌프(9)→볼회수기(12)→볼반송유체회수도관(18)→유체유출도관(7)으로 형성되어 볼회수가 가능하다.

이방밸브(17)를 닫은 상태에서 볼순환펌프(9)를 운전하면 볼(13)이 체크밸브(15), 볼투입도관(16)을 거쳐 열교환기(3) 입구측 유체유입도관(2)에 투입되고, 투입된 스폰지 볼(13)은 유체유입도관(2) 내를 흐르는 유체흐름에 의해 강제적으로 열교환기(3)의 튜브(4) 내부를 통과하며, 이때 튜브(4) 내부의 스케일, 슬라임 등의 부착물을 세정한다. 열교환기(3)를 통과한 볼(13)은 볼분리기(5)에서 유체와 분리되며, 일부 유체와 함께 볼순환펌프(9)에 흡입·토출되어 볼회수기(12)를 거쳐 다시 열교환기(3)로 투입된다. 이렇게 일정시간 순환을 반복한 다음 도시되지 않은 자동제어장치(제어반)에 의해 볼반송유체회수도관(18)에 설치되어 있는 이방밸브(17)를 열면 볼순환펌프(9)에서 토출된 유체는 열교환기(3)에서의 압력손실과 체크밸브(15)의 역할에 의해 볼투입도관(16)으로는 흐름이 생기지 않고 볼회수기(12) 하부로만 흐르게 되며, 이때 볼(13)은 볼회수기 체(14)에 의해 걸려지고 유체만 볼반송유체회수도관(18)을 통하여 유체유출도관(7)으로 흘려 나가게 된다.

볼회수를 위하여 이방밸브(17)를 열었을 때 소량의 유체가 볼투입도관(16)으로도 흐르는 현상이 생길 수도 있다. 따라서, 유체가 볼투입도관(16)으로는 흐르지 않고 볼회수기(12) 하부의 볼반송유체회수도관(18)으로만 흐르게 하기 위하여, 볼회수기(12) 내부로 유입되는 유량을 일정범위 내로 제한하는 것이 필요한 데, 볼순환펌프(9) 흡입측과 토출측이 연통되게 바이패스도관(10)을 설치하되 수동밸브(19)를 바이패스도관(10)에 설치하여 이 수동밸브(19) 개도를 적절하게 조절함으로써 볼회수기(12)로 유입되는 유량을 일정범위 내로 맞출 수 있다.

본 발명에 있어서, 열교환기(3)와, 열교환기(3) 입구측에 연결되는 유체유입도관(2)과, 유체유입도관(2)의 적정위치에 설치된 유체순환펌프(1)와, 열교환기(3) 출구측에 설치된 볼분리기(5)와, 볼분리기(5)의 유체배출구에 연결된 유체유출도관(7)이 직렬로 연결되고, 상기 열교환기(3) 입구측의 유체유입도관(2)의 외주면에 연결되어 분기되는 볼투입도관(16)과 상기 볼분리기(5)의 볼배출구에 연결되는 볼회수도관(8) 사이에 볼회수기(12)가 설치됨으로써 볼회수기(12)와 열교환기(3)가 병렬로 설치되는 구성, 간단히 요약하면 열교환기(3)와 병렬로 볼회수기(12)(또는 볼저장탱크라고도 한다.)를 구성하는 것은, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 볼순환펌프(9)를 이용하는 열교환기(3)에서도 기본적으로 이용되는 구성으로, 볼순환을 위한 일반적인 구성이라고 볼 수 있다.

그러나, 상기 볼순환을 위한 구성에 덧붙여 어떤 식으로 볼회수 과정에 필요한 유로를 구성하느냐 하는 것은 당업자에 의하여 여러 가지로 궁리되는 기술로서, 이 때 우선적으로 고려할 사항으로 설치비용과 작동의 안정성을 들 수 있다.

설치비용과 작동의 안정성을 확보하기 위해서 구성품의 수를 최소한으로 하되, 상기 구성품은 단가가 저렴하면서도 고장이 적은 제품을 사용하되 열교환기튜브 자동세정장치의 기능이 충분히 구현되도록 구성하여야 하는데, 이와 같은 관점에서 본 발명의 시스템 구성은 이방밸브(17) 1개로 삼방밸브(20) 기능을 만족하도록 시스템을 구성하여 제작단가를 낮추었다는 점 외, 이방밸브(17)를 볼(13)이 유체에 섞여 흐르는 유로가 아니라 유체만 흐르는 유로에 설치함으로서 고형물인 볼(13)이 밸브에 끼여 발생하는 고장의 원인을 근본적으로 제거였다는 특징이 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 열교환기에서 발생하는 압력손실을 시스템 구성에 활용함으로써 삼방밸브(또는 이방밸브 2개)의 기능을 한 개의 이방밸브 설치로 대신할 수 있을 뿐 아니라, 이방밸브의 설치위치를 볼과 유체가 섞여 흐르는 유로가 아니라 유체만 흐르는 유로에 설치함으로써 종래장치에서 빈번히 발생했던 볼이 밸브에 끼여 발생하는 고장의 원인을 근본적으로 제거했다.

도 1은 종래의 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치.

도 2는 본 발명의 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치.

도 3은 본 발명 장치의 볼순환 과정을 나타낸 모식도.

도 4는 본 발명 장치의 볼회수 과정을 나타낸 모식도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 유체순환펌프 2 : 유체유입도관

3 : 열교환기 4 : 튜브(tube)

5 : 볼분리기 6 : 볼분리기 체

7 : 유체유출도관 8 : 볼회수도관

9 : 볼순환펌프 10 : 바이패스(by-pass)도관

11 : 수동밸브 12 : 볼회수기

13 : 볼(세정체) 14 : 볼회수기 체

15 : 체크밸브 16 : 볼투입도관

17 : 이방밸브(2-ways valve) 18 : 볼반송유체회수도관

19 : 수동밸브 20 : 삼방밸브(3-ways valve)

Claims

열교환기(3)와, 열교환기(3) 입구측에 연결되는 유체유입도관(2)과, 유체유입도관(2)에 설치된 유체순환펌프(1)와, 열교환기(3) 출구측에 설치된 볼분리기(5)와, 볼분리기(5)의 유체배출구에 연결된 유체유출도관(7)이 직렬로 연결되고, 상기 열교환기(3) 입구측의 유체유입도관(2)에 연결되는 볼투입도관(16)과 상기 볼분리기(5)의 볼배출구에 연결되는 볼회수도관(8) 사이에 볼회수기(12)가 설치됨으로써 볼회수기(12)와 열교환기(3)가 병렬로 설치되되, 상기 볼투입도관(16)에는 체크밸브(15)가 설치되고, 상기 볼회수도관(8)에는 볼분리기(5)에서 볼회수기 방향으로 유체와 볼을 흡입하여 토출하는 볼순환펌프(9)가 설치되고, 상기 볼회수기(12) 하부와 유체유출도관(7) 사이에는 볼회수기 체(14)에 의하여 볼(13)이 걸러져 유체만 흐르는 볼반송유체회수도관(18)이 연결되되, 상기 볼반송유체회수도관(18)에는 유체의 흐름을 개폐하는 이방밸브(17)가 설치되는 것을 특징으로 하는 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치.
제 1항에 있어서, 상기 볼순환펌프(9)가 설치된 볼회수도관(8)에 있어서, 상기 볼순환펌프(9)의 양측에 별도의 바이패스도관(10)을 더 연결하되, 상기 바이패스도관(10)에는 수동밸브(11)를 설치한 것을 특징으로 하는 볼순환펌프를 이용한 열교환기튜브 자동세정장치.