KR101283095B1

KR101283095B1 - 보일러 튜브의 온도 측정장치

Info

Publication number: KR101283095B1
Application number: KR1020120069529A
Authority: KR
Inventors: 강신섭; 이종우
Original assignee: 주식회사 아이스기술
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-07-05

Abstract

본 발명은 보일러 튜브의 온도 측정장치에 있어서, 상기 보일러 튜브의 외면에 접촉되어 온도를 측정하는 열전대와, 상기 열전대와의 이격 공간이 형성되도록 열전대의 외측을 커버하여 상기 보일러 튜브의 외면에 부착되는 하우징과, 상기 하우징과 이에 연결되는 하우징을 상호 연결시키기 위해 연결부에 피복되는 클래딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치를 제공한다.
본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도측정장치에 의하면, 종래의 보일러 튜브에서와 같이 열전대를 설치하기 위한 홈을 형성하지 않아도 되므로 보일러 튜브의 균열 또는 파손의 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 보일러 튜브의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 열전대를 열팽창을 고려한 하우징으로 커버함으로써 열전대를 안전하게 보호하고, 하우징과 하우징을 열팽창을 고려한 클래딩으로 상호접합시켜 연결시킴으로써 하우징의 결합력을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 하우징이 열전대와의 이격된 공간을 형성하여 열전대의 외측을 커버함으로서 열전대가 보일러 튜브의 실제 온도 분포를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

보일러 튜브의 온도 측정장치{Temperature Measuring Apparatus of Boiler Tube}

본 발명은 보일러 튜브의 온도 측정장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 화력발전소의 과열기 및 재열기 등 보일러 튜브의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 열전대를 안전하게 보호하고 보일러 튜브의 손상을 방지하는 보일러 튜브의 온도 측정장치에 관한 것이다.

발전소 보일러 내부의 과열기(Super Heater) 및 재열기(Reheater)의 보일러 튜브는 터빈을 가동하기 위한 증기를 생성하는 곳이다. 그러나 석탄 발전소의 경우 보일러 튜브의 그을음(soot) 부착으로 열손실이 발생할 수 있으며, 또한 그을음(soot)의 제거 과정에서 보일러 튜브의 외관이 손상될 수도 있다.

이러한 불균형적인 보일러 튜브의 손상과 열손실을 방지하기 위해서는 상시 감시하거나 실시간으로 측정할 필요가 있어서 보일러 튜브의 각 지점의 온도 분포를 확인할 필요가 있으며 이에 열전대(Thermocouple)가 주로 사용된다.

도 1은 미국등록특허 4,671,675의 특허도면으로써, 열전대 설치구조를 나타낸 도면이고, 도 2(a)는 도 1의 열전대 설치과정을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2(a)를 살펴보면, 보일러 튜브 중 내측 튜브(12)의 외벽에 홈(13)을 만들고 열전대(TC:Thermocouple)(14)를 삽입한다. 이후 내측 튜브(12)를 외측 튜브(11)로 보호하고 내측과 외측의 튜브를 서로 밀착하기 위해 인발 가공을 한다. 즉, 내측과 외측에 2개의 튜브로 구성되어 있으며, 내측 튜브(12)에 홈(13)을 가공하고 홈(13) 안으로 열전대(14)를 삽입한 후 외측 튜브(11)를 인발 가공하여 내측-외측 튜브를 밀착한다. 도면번호 13은 열전대를 삽입하기 위한 홈(Groove)를 나타낸 것이고, 도면번호 20은 고정 및 열전달을 위한 용접부분을 나타낸 것이다.

특허상 보일러 튜브의 열전도를 위해 용접을 권고하고 있으나, 완벽한 밀착은 어려우며 또한 고온 고압의 보일러 튜브의 홈은 보일러 튜브의 구성 중 가장 취약한 부분이 될 수 있어서 균열 또는 파손의 원인이 될 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 도 2(b)는 종래의 다른 형태의 열전대 설치과정를 나타낸 도면으로써, 보일러 튜브(22)의 홈(Groove)(23)에 열전대(24)를 삽입 후 이를 용접하는 방법도 제품화된 사례(도 2(b) 참조)가 있으나 이 경우에도 고온고압의 조건에서 사용될 경우, 보일러 튜브(22)의 홈(23) 부분의 상대적인 두께 감소로 인하여 압축력의 집중이 발생되며 이에 따라 균열 또는 파손이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

한국등록특허: 10-0923792 (공고일 2009.10.27)

한국등록특허: 10-0719510 (공고일 2007.05.18)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서,

본 발명의 목적은 보일러 튜브의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 열전대를 열팽창을 고려한 하우징으로 커버하여 보일러 튜브와 일체화시키고, 하우징과 하우징을 열팽창을 고려한 클래딩으로 상호접합시켜 연결시킴으로써 열전대를 안전하게 보호하며 보일러 튜브의 손상을 방지할 수 있는 보일러 튜브의 온도 측정장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열전대가 보일러 튜브의 실제 온도 분포를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도 측정장치는 보일러 튜브의 온도 측정장치에 있어서, 상기 보일러 튜브의 외면에 접촉되어 온도를 측정하는 열전대; 상기 열전대와의 이격 공간이 형성되도록 열전대의 외측을 커버하여 상기 보일러 튜브의 외면에 부착되는 하우징; 및 상기 하우징과 이에 연결되는 하우징을 상호 연결시키기 위해 연결부에 피복되는 클래딩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 하우징은 열전대와의 이격 공간이 형성되도록 열전대의 외경보다 큰 내경으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 클래딩부는 텅스턴카바이드와 용매제를 일정비율로 혼합하는 분말혼합단계와, 상기 혼합된 분말을 볼밀러 작업하여 WC 피막재를 성형하는 단계와, 상기 WC 피막재와 별도로 니켈 합금재를 롤러에 통과시켜 정해진 두께와 밀도로 압연하는 브레이징 피막재를 성형하는 단계와, 상기 WC 피막재와 브레이징 피막재를 압축롤러로 가압하여 클래딩소재가 제조하는 단계와, 상기 제조된 클래딩소재를 하우징의 연결부에 피복하는 단계와, 상기 하우징에 피복된 클래딩소재를 소결 브레이징하는 단계를 거쳐 피복되는 것을 특징으로 한다.

상기 텅스턴 카바이드와 용매제의 혼합비율은 80 내지 90 : 10 내지 20의 비율로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 분말 혼합에는 테프론 및 분산재가 더 혼합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보일러 튜브의 외면에는 하우징에 커버된 열전대가 포인트에 따라 다수개 설치될 수도 있다.

본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도측정장치에 의하면, 종래의 보일러 튜브에서와 같이 열전대를 설치하기 위한 홈을 형성하지 않아도 되므로 보일러 튜브의 균열 또는 파손의 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 보일러 튜브의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 열전대를 열팽창을 고려한 하우징으로 커버함으로써 열전대를 안전하게 보호하고, 하우징과 하우징을 열팽창을 고려한 클래딩으로 상호접합시켜 연결시킴으로써 하우징의 결합력을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 하우징이 열전대와의 이격된 공간을 형성하여 열전대의 외측을 커버함으로서 열전대가 보일러 튜브의 실제 온도 분포를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 공개된 특허의 열전대 설치구조를 나타낸 도면.
도 2(a)는 도 1의 열전대 설치과정을 나타낸 도면.
도 2(b)는 종래의 다른 형태의 열전대 설치과정를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도측정장치가 보일러 튜브에 설비된 상태를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 A-A’선 단면도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도측정장치에서 클래딩부의 결합과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 열전대가 하우징에 의해 커버되어 보일러 튜브에 설치된 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 보일러 튜브에 다수의 열전대가 하우징에 의해 커버되어 설치된 상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 보일러 튜브 및 하우징에 커버된 열전대의 열분포도를 도시한 도면.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 보일러 튜브의 온도 측정장치를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성부분을 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도측정장치가 보일러 튜브에 설비된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A’선 단면도를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 보일러 튜브의 온도측정장치에서 클래딩부의 결합과정을 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 보일러 튜브의 온도측정장치는 보일러 튜브(100)의 온도 분포를 측정하는 열전대(200)와, 열전대(200)를 커버하는 하우징(300)과, 하우징과 하우징을 연결하는 클래딩부(400)를 포함한다.

여기서, 보일러 튜브(100)는 외주면에 홈을 형성하지 않는다. 즉, 보일러 튜브(100)는 열전대(200)의 설치를 위하여 별도의 홈을 형성하지 않으므로 악조건의 환경에서도 보일러 튜브(100)가 쉽게 균열되거나 파손되지 않는다. 그리고, 이러한 보일러 튜브(100)의 외주면 상에는 열전대(200)가 배치된다.

열전대(200)는 보일러 튜브(100)의 외주면 상에 용접으로 고정되고 보일러 튜브(100)의 메탈온도를 부위별로 측정하여 각 지점의 온도 분포를 제공한다.

그리고, 하우징(300)은 열전대(200)의 열팽창을 고려하여 열전대(200)와의 이격 공간(310)이 형성되도록 열전대(200)의 외경보다 큰 내경으로 이루어지며, 열전대(200)의 외측을 커버하여 보일러 튜브(100)의 외면에 부착된다. 또한, 하우징(300)은 열전대(200)의 외측을 커버하기 위해 열전대(200)의 길이방향으로 복수개가 연결되게 되는데, 제 1 하우징(300a)과 제 2 하우징(300b)을 클래딩부(400)가 상호 연결시키게 된다.

클래딩부(400)는 하우징(300)과 다른 피복금속으로서, 하우징(300)의 연결부에 피복된다. 도 5에 도시된 바와 같이 클래딩부(400)는 내마모성, 내침식성이 우수한 텅스턴카바이드와, 텅스턴카바이드 분말의 성형을 돕기 위한 용매제를 일정비율로 혼합(a)한 후 볼밀러 작업을 거쳐 WC 피막재를 성형(b)하고, WC 피막재와 별도로 니켈 합금재를 롤러에 통과시켜 정해진 두께와 밀도로 압연하는 브레이징 피막재를 성형한 다음, WC 피막재와 브레이징 피막재를 압축롤러로 가압하여 일체화함으로써 클래딩소재가 제조(c)된다. 그리고, 상기와 같이 제조된 클래딩소재를 제 1 하우징(300a)과 제 2 하우징(300b)의 연결부에 피복한 다음 약 1100℃ 이하의 불활성 환경의 소결로에 넣고 소결 브레이징(d)하면, 브레이징 피막재가 WC 피막재와 하우징(300)에 확산 침투해 들어가며 두 재료 간의 강한 결합력을 만들며, 아울러 브레이징 피막재가 WC 피막재로 스며들어가 강화된 표면을 형성하게 된다. 즉, 제 1 하우징(300a)과 제 2 하우징(300b)은 클래딩부(400)의 결합력에 의해 견고한 연결이 이루어지게 된다.

여기서, 텅스턴카바이드와 용매제는 80 내지 90 : 10 내지 20의 비율로 혼합되는 것이 가장 바람직하고, 분말 혼합에는 테프론 및 분산재가 더 혼합될 수도 있다. 테프론은 고기능성 불소수지로서, 특유의 이형성뿐만 아니라 내화학성, 내열성, 절연 안전성 및 낮은 마찰계수를 가지고 있어서 다른 수지에서 해결하지 못한 표면 처리의 문제를 보다 쉽게 풀어준다. 그리고 분산재는 혼합된 성분들이 뭉쳐지지 않고 잘 분산되도록 하는 역할을 한다.

도 6은 열전대가 하우징에 커버되어 보일러 튜브에 설치된 상태를 나타낸 것이다. 도 6을 살펴보면, 보일러 튜브(100)에 장착된 열전대(200)는 화력발전소 내 과열기(Superheater) 및 재열기(Reheater)에 설치되어 각 부분별 온도분포 측정이 가능하며 특히 도 6은 2Pass 보일러 튜브의 설치 위치를 도식화한 것으로 증기 생성을 모니터링하고 이에 따른 데이터를 입수하여 운전할 수 있는 이점이 있다.

도 7은 보일러 튜브에 다수의 열전대가 하우징에 커버되어 설치된 상태를 나타낸 것으로서, 필요 시 포인트에 따라 다수의 열전대를 설치할 수 있다.

또한, 도 8의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 보일러 튜브 및 하우징에 커버된 열전대의 열분포도를 도시한 것으로서, 도 8(a)는 보일러 튜브(100) 내부의 온도가 약 500℃이고, 보일러 튜브(100)의 외부 온도가 약 1000℃일 때, 하우징(300)에 커버된 열전대(200)는 약 700℃로 보일러 튜브(100)의 실제 온도에 가깝게 측정되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8(b),(c)에서 알 수 있듯이 하우징(300)에 커버된 열전대(200)는 하우징(300)과의 이격 공간에 의해 보일러 튜브(100)의 외부 온도에 비해 상대적으로 낮은 것을 알 수 있으며, 외부 온도로부터 보호되는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 종래의 보일러 튜브에서와 같이 열전대를 설치하기 위한 홈을 형성하지 않아도 되므로 보일러 튜브의 균열 또는 파손의 위험성을 줄일 수 있다. 또한, 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위하여 사용되는 열전대를 열팽창을 고려한 하우징으로 커버함으로써 열전대를 안전하게 보호하게 되고, 하우징과 하우징을 열팽창을 고려한 클래딩으로 상호접합시켜 연결시킴으로써 하우징의 결합력을 향상시킨다. 또한, 하우징이 열전대와의 이격된 공간을 형성하여 열전대의 외측을 커버함으로서 열전대가 보일러 튜브의 실제 온도 분포를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.

100: 보일러 튜브 200: 열전대
300: 하우징 300a: 제 1 하우징
300b: 제 2 하우징 310: 이격공간
400: 클래딩부

Claims

보일러 튜브의 온도 측정장치에 있어서,
상기 보일러 튜브의 외면에 접촉되어 온도를 측정하는 열전대;
상기 열전대와의 이격 공간이 형성되도록 열전대의 외측을 커버하여 상기 보일러 튜브의 외면에 부착되는 하우징; 및
상기 하우징과 이에 연결되는 하우징을 상호 연결시키기 위해 연결부에 피복되는 클래딩부;를 포함하며,
상기 클래딩부는 텅스턴카바이드와 용매제를 일정비율로 혼합하는 분말혼합단계와, 상기 혼합된 분말을 볼밀러 작업하여 WC 피막재를 성형하는 단계와, 상기 WC 피막재와 별도로 니켈 합금재를 롤러에 통과시켜 정해진 두께와 밀도로 압연하는 브레이징 피막재를 성형하는 단계와, 상기 WC 피막재와 브레이징 피막재를 압축롤러로 가압하여 클래딩소재가 제조하는 단계와, 상기 제조된 클래딩소재를 하우징의 연결부에 피복하는 단계와, 상기 하우징에 피복된 클래딩소재를 소결 브레이징하는 단계를 거쳐 피복되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 열전대와의 이격 공간이 형성되도록 열전대의 외경보다 큰 내경으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 텅스턴카바이드와 용매제의 혼합비율은 80 내지 90 : 10 내지 20의 비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분말 혼합에는 테프론 및 분산재가 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보일러 튜브의 외면에는 하우징에 커버된 열전대가 포인트에 따라 다수개 설치되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도 측정장치.