KR102077700B1 - 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게 설명하자면, 열교환기용 튜브다발의 슬리브 외경부에 밀착 삽입되는 원통형 수밀관과; 상기 수밀관의 하단 외경부에서 둘레방향으로 확장되어 상기 슬리브의 외경 중간부위에 돌출된 중간환턱의 상단턱에 밀착되는 플랜지와; 상기 수밀관의 상면을 덮어서 상기 수밀관 내부에 정제수(W)를 채워 넣을 수 있는 수밀공간(C)을 형성하는 덮개판과; 상기 수밀관의 플랜지를 상기 슬리브의 중간환턱에 기밀 상태로 고정시켜 주는 고정수단과; 상기 수밀공간(C) 내부에 남아있는 공기를 강제 배기하는 배기수단; 을 포함하여 구성되는 튜브 누설 시험장치에 관한 것이다.

Description

튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치{Apparatus for testing leakage of heat exchanger with tube bundle}

본 발명은 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게 설명하자면, 열교환기용 튜브다발의 슬리브 외경부에 밀착 삽입되는 원통형 수밀관과; 상기 수밀관의 하단 외경부에서 둘레방향으로 확장되어 상기 슬리브의 외경 중간부위에 돌출된 중간환턱의 상단턱에 밀착되는 플랜지와; 상기 수밀관의 상면을 덮어서 상기 수밀관 내부에 정제수(W)를 채워 넣을 수 있는 수밀공간(C)을 형성하는 덮개판과; 상기 수밀관의 플랜지를 상기 슬리브의 중간환턱에 기밀 상태로 고정시켜 주는 고정수단과; 상기 수밀공간(C) 내부에 남아있는 공기를 강제 배기하는 배기수단; 을 포함하여 구성되는 튜브 누설 시험장치에 관한 것이다.

튜브다발형 열교환기는 우수한 내부식성과 내열성, 그리고 넓은 전열면적을 가지고 있어서, 예컨대 인산(燐酸)과 같은 고순도 정밀화학 제품의 제조공정에 사용되고 있다. 이러한 튜브다발형 열교환기는 불소수지로 이루어진 다수개의 미세한 튜브의 양쪽단부를 슬리브(sleeve)에 삽입하여 함께 융착시킨 튜브다발(tube bundle)을 가지며, 국내 특허등록 제10-0243641호(1999.01.17.) 및 특허등록 제10-0567194호(2006.03.28.) 등에는 상기 튜브다발을 제조하는 방법들이 소개되어 있다.

첨부 도 1은 상기 튜브다발을 쉘(shell) 내부에 장착한 소위 쉘앤튜브형(shell & tube type) 열교환기의 구조를 예시한 것으로, 냉매가 통과하는 쉘(l0) 내부에 불소수지 재질의 튜브다발(20)이 내장되어 있는 구조로 이루어진다. 상기 쉘(10)에는 냉매주입구(11)와 냉매배출구(12)가 설치되어 있고, 상기 튜브다발(20)은 각각 하나씩 드럼(drum) 주위에 권취되어 있다. 상기 쉘(10)을 통과하는 냉매로는 예컨대 물을 사용할 수 있다.

상기 튜브다발(20)의 양쪽 단부에는 각 튜브의 양쪽 단부를 서로 융착시킨 슬리브(sleeve)와 이를 수용, 지지하는 헤드부(21a,21b)가 설치되어 있고, 상기 헤드부(21a,21b)는 상기 쉘(10) 밖으로 노출되어 있다. 그래서 냉각대상 물질, 예컨대 고온의 인산이 한쪽 헤드부(21a)를 통해서 상기 튜브다발(20) 속으로 주입된 다음, 다른 한쪽 헤드부(21b)로 배출된다. 상기 인산은 튜브다발(20)을 구성하는 각각의 튜브를 통과하면서 쉘(10) 내부에 저장된 냉매와 열교환을 통해 냉각된다.

이러한 튜브다발형 열교환기는 사용시간이 경과함에 따라 상기 튜브에 핀홀이 발생하거나 파열, 부식 등으로 인해 냉각 대상물질이 누설되는 결함이 발생할 우려가 있고, 이러한 누설 결함은 오염물질에 의한 2차적인 부식이나 균열의 진행을 촉진할 뿐 아니라, 그로 인해 열교환 효율의 감소는 물론 각종 안전사고의 발생 원인을 제공할 수도 있다. 그래서, 튜브다발형 열교환기는 일정 주기마다 상기 튜브에 대한 누설시험을 실시해야 한다.

이러한 목적으로 종래에도 여러 가지 튜브누설 시험방법 및 시험장비들이 제안되어 있다. 예를 들면, 국내 특허등록 제10-0529251호(2005.11.10.) 및 특허공개 제10-2009-0033344호(2009.04.02.) 등에는 열교환기에 설치된 튜브다발의 양쪽 절단면을 가압플러그로 밀봉하고 상기 튜브다발 내부에 시험공기를 주입한 후 일정시간 동안 튜브 내부의 압력변화를 측정하여 누설여부를 판단하는 튜브의 누설 시험방법 및 시험장비가 소개되어 있다.

특허등록 제10-0529251호(2005.11.10.) 특허공개 제10-2009-0033344호(2009.04.02.)

상기와 같은 종래의 공압식 튜브누설 시험방법은 여러개의 튜브다발을 동시에 시험할 수 있고, 전체적인 시험조작을 자동으로 원격 수행하므로 작업성을 향상시킬 수 있는 효과는 있으나, 검사결과 튜브다발의 누설결함이 발견되더라도 어떤 튜브에서 누설이 발생하는지 정확한 누설부위를 확인할 수가 없기 때문에 고가의 튜브다발 전체를 교체해야 하고, 따라서 열교환기의 누설 결함을 보수하는데 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치에 있어서, 튜브다발의 누설여부와 누설부위와 손상위치를 육안으로 정확하게 확인하여 손상부위만 부분적으로 교체할 수 있도록 하는 튜브누설 시험장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치는, 열교환기용 튜브다발의 슬리브 외경부에 밀착 삽입되는 원통형 수밀관과; 상기 수밀관의 하단 외경부에서 둘레방향으로 확장되어 상기 슬리브의 외경 중간부위에 돌출된 중간환턱의 상단턱에 밀착되는 플랜지와; 상기 수밀관의 상면을 덮어서 상기 수밀관 내부에 정제수(W)를 채워 넣을 수 있는 수밀공간(C)을 형성하는 덮개판과; 상기 수밀관의 플랜지를 상기 슬리브의 중간환턱에 기밀 상태로 고정시켜 주는 고정수단과; 상기 수밀공간(C) 내부에 남아있는 공기를 강제 배기하는 배기수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 튜브다발형 열교환기의 누설 시험방법은, A) 튜브다발형 열교환기에서 튜브다발의 양쪽 절단면을 각각 밀봉한 상태에서 상기 튜브다발 내부에 공기압을 주입한 다음, 압력변화를 확인하는 단계와; B) 상기 A)단계의 시험결과 압력변화가 있는 튜브다발에 대해서는 한쪽 슬리브에다 상기 누설시험 측정장치를 설치하는 단계와; C) 상기 측정장치의 수밀관 내부에 상기 튜브다발의 절단면이 모두 덮이도록 정제수(W)를 채우고 반대쪽 절단면을 밀봉하여 수밀공간(C)을 형성하는 단계와; D) 상기 수밀공간(C) 내부에 채워진 정제수(W)의 수면을 상기 튜브다발의 절단면과 나란히 수평으로 유지한 상태에서 상기 수밀공간(C) 내에 남아있는 공기를 배기한 후 육안으로 기포의 발생위치를 확인하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치는, 튜브누설 부위를 육안으로 정확하게 확인할 수 있기 때문에 손상부위만 부분적으로 교체할 수 있고 따라서 열교환기 보수에 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상적인 쉘앤튜브형 열교환기의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 누설 시험장치에 따라 수밀공간(C) 내부에서 기포가 발생하고 있는 상태를 촬영한 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 다만, 첨부한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이므로 이들 실시예에 의해서 본 발명의 보호범위가 제한되는 것은 아니다. 또한 본 발명을 실시하는데 꼭 필요한 구성이라 하더라도 종래기술에 소개되어 있거나, 통상의 기술자가 공지기술로부터 용이하게 실시할 수 있는 사항에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 누설 시험장치 및 누설 시험방법을 실시하기 위해서는 먼저 도 1의 쉘(10)에서 튜브다발(20)의 양쪽 단부를 지지하고 있는 헤드부(21a,21b)를 분리한다. 이렇게 하면, 도 2에서 보는 바와 같이 상기 튜브다발(20)의 양쪽 단부에 융착되어 있는 슬리브(22)가 쉘(10) 밖으로 노출된다. 상기 슬리브(22)의 외경부에는 둘레방향으로 중간환턱(23)이 돌출되어 있다.

본 발명에 따른 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치(30)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 원통형 수밀관(31)과, 상기 수밀관(31)의 하단 외경부에 돌출된 플랜지(32)와, 상기 수밀관(31)의 상면을 덮는 덮개판(33)과, 상기 수밀관(31)을 튜브다발(20)의 슬리브(22)에 고정시켜 주는 고정수단(34)을 포함하여 구성된다.

상기 수밀관(31)은 원통형 관체로서 상기 튜브다발(20)의 슬리브(22) 외경부에 밀착 삽입되는 구조를 갖는다. 상기 수밀관(31)은 상기 슬리브(22)의 외경 중간부위에 돌출된 중간환턱(23) 까지 삽입된다. 그래서 상기 수밀관(31)의 하단에는 상기 중간환턱(23)의 상단턱에 밀착되도록 둘레방향으로 상기 플랜지(32)가 확장되어 있다.

상기 덮개판(33)은 상기 수밀관(31)의 상면을 덮는 것으로, 상기 튜브다발(20)의 절단면(24)과 상기 덮개판(33) 사이에는 정제수(W)를 채워 넣을 수 있는 수밀공간(C)이 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 덮개판(33)은 상기 수밀관(31)의 상단에 기밀 상태로 분리가능하게 결합되어 있고, 또한 상기 덮개판(33)은 상기 정제수(W)에서 기포가 발생하는지 여부를 육안으로 확인할 수 있도록 투명재질로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 고정수단(34)은 상기 수밀관(31)의 플랜지(32)를 상기 중간환턱(23)에 기밀 상태로 고정시켜 주는 것으로, 상기 고정수단(34)은 상기 슬리브(22)의 중간환턱(23) 하단에 삽입되는 고정링(34a)과, 상기 플랜지(32)와 상기 고정링(34a) 사이에 체결되는 결속볼트(34b)로 구성될 수 있다. 상기 고정링(34a)은 상기 슬리브(22)에 용이하게 장착할 수 있도록 반원형 부재 2개를 결합한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 배기수단(35)은 상기 수밀공간(C) 내부에 남아있는 공기를 강제 배기시키는 기능을 하는 것으로, 배기펌프(도시하지 않음)을 포함한다. 도 2에서는 상기 배기수단(35)이 덮개판(33)에 설치된 구조를 예시하였으나, 상기 배기수단(35)은 상기 수밀관(31)의 일측에 설치될 수도 있다.

그래서 상기 덮개판(33)을 열고 상기 수밀관(31) 내부에 정제수(W)를 채워 넣은 다음, 상기 덮개판(33)을 덮어서 수밀공간(C)을 형성하고, 상기 배기수단(35)을 이용하여 상기 수밀공간(C) 내부에 남아있는 공기를 모두 배기 시킬 수 있도록 구성되어 있다. 도 2에서 미설명 부호 ‘36’은 기밀을 유지하기 위한 고무링이다.

다음으로, 본 발명에 따른 튜브다발형 열교환기의 누설 시험방법은, 먼저 시험준비 단계를 거친 다음, (A) 튜브다발 내부에 공기압을 주입하고 공기압의 변화를 확인하는 단계와, (B) 압력변화가 있는 튜브다발에 대해서 본 발명의 누설 시험장치를 설치하는 단계와, (C) 누설 시험장치의 수밀공간에 정제수를 채우는 단계, 그리고 (D) 상기 수밀공간에서 기포발생을 확인하는 단계를 포함하여 구성된다.

먼저 시험 준비단계에서는, 예컨대 도 1의 쉘앤튜브형 열교환기에서 튜브다발(20) 내부에 남아있는 액체, 예컨대 화학약품을 모두 배액하고, 쉘(10)에서 튜브다발(20)의 헤드부(21a,21b)를 분리하여 양쪽 슬리브(22)를 상기 쉘(10) 밖으로 노출시킨다. 그리고 상기 슬리브(22) 주변을 육안으로 관찰하여 상기 튜브다발(20)에서 혹시 누설 흔적이 있는지 여부를 확인한다. 이때 필요에 따라서는 pH 시험지를 사용하여 누설 여부를 확인해도 좋다.

다음으로 상기 (A)단계는, 통상적인 공압식 튜브누설 시험방법과 실질적으로 동일하다. 예컨대 가압플러스(도시하지 않음)를 이용하여, 상기 튜브다발(20)의 양쪽 절단면(24)을 각각 밀봉한 상태에서 상기 튜브다발(20) 내부에 공기압을 주입한 다음, 압력계(도시하지 않음)를 통해서 압력변화를 확인한다.

상기 (A)단계의 시험결과, 압력변화가 없는 튜브다발(20)은 누설이 없는 것이므로 다시 헤드부(21a,21b)를 결합하여 그대로 열교환 작업에 배치한다. 그러나, 압력변화가 있는 튜브다발(20)은 손상에 의해 누설이 발생하고 있는 것이므로 구체적인 손상위치를 확인하기 위하여 다음 (B)단계를 실시한다.

다음 (B)단계에서는 상기 (A)단계에서 압력변화가 있는 튜브다발(20)에 대하여 한쪽 슬리브(22)에다 첨부 도 2와 같이, 본 발명에 따른 누설시험 측정장치를 설치한다. 본 발명에 따른 누설시험 측정장치의 설치방법은, 상기 수밀관(31)을 튜브다발(20)의 슬리브(22) 외경부에 밀착 삽입하고, 상기 슬리브(22)의 중간환턱(23) 하단에 고정링(34a)을 삽입한 다음, 상기 수밀관(31)의 플랜지(32)와 상기 고정링(34a) 사이에 결속볼트(34b)를 체결한다.

상기 (C)단계에서는, 상기 누설시험 측정장치의 덮개판(33)을 열고 수밀관(31) 내부에 정제수(W)를 채워 넣는다. 이때, 상기 튜브다발(20)에서 상기 측정장치가 설치되지 않은 반대쪽 슬리브(22)에는 절단면(24)을 개방시켜 두는 것이 바람직하다. 그래야 상기 튜브다발(20) 내부에도 정제수(W)가 용이하게 채워지기 때문이다.

다음으로 상기 측정장치의 덮개판(33)을 덮고 상기 튜브다발(20)의 반대쪽 절단면(24)을 밀봉하여 상기 수밀관(31) 내부에 수밀공간(C)을 형성한다. 이때 상기 튜브다발(20)의 반대쪽 절단면(24)은 예컨대 상기 (A)단계에서 사용한 가압플러스를 체결하여 밀봉할 수 있다. 그리고, 상기 수밀공간(C)에는 상기 튜브다발(20)의 절단면(24)이 모두 덮이도록 절반 정도만 정제수(W)를 채우는 것이 바람직하다.

마지막으로 상기 (D)단계에서는 상기 수밀공간(C) 내부에 채워진 정제수(W)의 수면을 상기 튜브다발(20)의 절단면(24)과 나란히 수평으로 유지한 상태에서 상기 배기수단(35)을 이용하여 상기 수밀공간(C) 내에 남아있는 공기를 배기한다. 이렇게 하면, 도 3에서 보는 바와 같이 튜브다발(20)의 손상부위에서 기포가 발생하게 되고, 덮개판(33)을 통하여 육안으로 기포의 발생위치를 확인할 수 있다. 이렇게 하여 튜브다발(20)의 정확한 손상위치를 확인할 수 있고, 따라서 상기 기포가 발생하는 손상된 튜브를 슬리브에 재용접하는 방법으로 튜브다발의 누설결함을 신속하고 간편하게 보수할 수 있다.

10; 쉘(shell) 20; 튜브다발
21a,21b; 헤드부 22; 슬리브(sleeve)
23; 중간환턱 30; 누설 시험장치
31; 수밀관 32; 플랜지(flange)
33; 덮개판 34; 고정수단
34a; 고정링 34b; 결속볼트
35; 배기수단 36; 고무링
C; 수밀공간(水密空間) W; 정제수

Claims (4)

1. 열교환기용 튜브다발(20)의 슬리브(22) 외경부에 밀착 삽입되는 원통형 수밀관(31)과;
   상기 수밀관(31)의 하단 외경부에서 둘레방향으로 확장되어 상기 슬리브(22)의 외경 중간부위에 돌출된 중간환턱(23)의 상단턱에 밀착되는 플랜지(32)와;
   상기 수밀관(31)의 상면을 덮어서 상기 수밀관(31) 내부에 정제수(W)를 채워 넣을 수 있는 수밀공간(C)을 형성하는 것으로, 상기 수밀관(31)의 상단에 기밀상태로 분리가능하게 결합되어 있고, 상기 정제수(W)에서 기포가 발생하는지 여부를 육안으로 확인할 수 있도록 투명재질로 이루어진 덮개판(33)과;
   상기 수밀관(31)의 플랜지(32)를 상기 슬리브(22)의 중간환턱(23)에 기밀 상태로 고정시켜 주는 것으로, 상기 슬리브(22)의 중간환턱(23) 하단에 삽입되는 고정링(34a)과, 상기 플랜지(32)와 상기 고정링(34a) 사이에 체결되는 결속볼트(34b)로 구성된 고정수단(34)과;
   상기 수밀공간(C) 내부에 남아있는 공기를 강제 배기하는 배기수단(35);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브다발형 열교환기의 누설 시험장치.
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