KR102460700B1 - 보일러 튜브의 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

보일러 튜브의 열처리 장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치는: 보일러 튜브와 용접부를 가열하는 가열부; 보일러 튜브와 용접부를 감싸고, 내부 공간에 가열부를 수용하는 내부용기; 내부용기의 외측면과 이격된 채로 내부용기를 감싸는 외부용기; 및 외부용기와 연결되어 외부용기의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러 튜브의 열처리 장치{HEAT TERATMENT APPARATUS FOR HEAT EXCHANGER TUBE OF BOILER}
본 발명은 보일러 튜브의 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러 튜브의 용접부에서의 균열 발생을 방지할 수 있도록 하는 보일러 튜브의 열처리 장치에 관한 것이다.
화력 발전에서 일정 시간 보일러를 운전하는 경우, 보일러 튜브의 용접부에 균열이 발생되는 사고가 빈번히 발생된다. 보일러 튜브에서 발생되는 균열의 대부분은 용접부와 모재 사이에서 용접열에 의해 발생되고, 보일러 튜브의 내면에서 외면으로 균열이 발생한다.
용접균열 발생을 예방하기 위해서는 균열이 시작되는 열영향부 내면에 용접과정 중에 소성변형(Plastic Strain)을 최소화하는 용접방법과, 발생한 소성변형을 후열처리를 통해 제거하는 두 가지 방법을 고려할 수 있다. 여기서, 후열처리는 재료 내에 존재하는 석출물을 모두 제거하고 다시 형성시키는 고용화 열처리(Solid Solution Heat Treatment)와 니오븀(Nb) 탄화물을 석출시키는 안정화 열처리(Stabilization Heat Treatment)가 있다.
안정화 열처리는 발열체인 니크롬선이 열화로 단락 또는 부분 용융이 발생되어 1회 사용 후 폐기되고, 고용화 열처리는 대기 중 산소의 유입으로 인해 보일러 튜브 표면에 산화층이 두껍게 형성되는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0018903호(2012.03.06, 발명의 명칭: 배관 용접용 분리형 아르곤 가스 퍼징 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 반영구적으로 여러 번 사용가능하고, 열처리 과정에서 보일러 튜브에 산화층이 형성되는 것을 방지할 수 있는 보일러 튜브의 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치는: 보일러 튜브와 용접부를 가열하는 가열부; 상기 보일러 튜브와 상기 용접부를 감싸고, 내부 공간에 상기 가열부를 수용하는 내부용기; 상기 내부용기의 외측면과 이격된 채로 상기 내부용기를 감싸는 외부용기; 및 상기 외부용기와 연결되어 상기 외부용기의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스저장부를 포함한다.
본 발명에서 상기 가열부는 자기장에 의해 발생되는 유도전류를 열원으로 제공하는 인덕션 코일로 이루어진다.
본 발명에서 상기 내부용기는, 내부가 빈 반원기둥 형상으로 형성되고, 가스출입홀부가 형성되며, 상기 보일러 튜브와 상기 용접부를 감싸는 한 쌍의 내부용기 케이스; 및 상기 가스출입홀부를 개폐 가능하도록 상기 내부용기 케이스에 장착되는 내부용기 개폐부를 포함한다.
본 발명에서 상기 가열부는 상기 내부용기 케이스의 내부 곡면을 따라서 지그재그 형상으로 설치된다.
본 발명에서 상기 가열부의 작동 시 상기 내부용기 케이스의 내부에는 비활성가스가 수용된다.
본 발명에서 상기 보일러 튜브와 상기 용접부가 상기 가열부에 의해 열처리되면 상기 내부용기 개폐부의 작동에 의해 상기 가스출입홀부가 개방되고, 상기 내부용기 케이스는 상기 가스출입홀부를 통해 내부로 공급되는 비활성가스에 의해 냉각된다.
본 발명에서 상기 외부용기는, 내부가 빈 반원기둥 형상으로 형성되고 상기 내부용기를 감싸는 한 쌍의 외부용기 케이스; 상기 외부용기 케이스에 형성되고, 상기 가스저장부로부터 비활성가스를 공급받는 가스공급부; 및 상기 외부용기 케이스에 형성되고, 상기 외부용기 케이스와 상기 내부용기 케이스 사이에서 유동되는 비활성가스를 외부로 배출시키는 가스배출부를 포함한다.
본 발명에서 상기 내부용기와 상기 외부용기는 세라믹 소재를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치는, 보일러 튜브와 용접부를 열처리하여 용접부에서 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 용접부에서 균열이 발생되는 것을 방지하여 발전 설비의 안정적인 운영이 가능하게 되어 발전 설비의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 발전 설비가 안정적으로 운영되어 수리 유지 비용이 감소될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 반영구적으로 여러 번 사용하는 것이 가능하여 제품의 사용 기간이 연장되고 사용 비용이 단축될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치에서 내부용기로 비활성가스가 공급되는 상태를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치에서 외부용기와 내부용기 사이로 비활성가스가 유동되는 상태를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 평단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치는 가열부(10), 내부용기(20), 외부용기(30), 가스저장부(40)를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치는 반원기둥 형상인 한 쌍으로 이루어져 보일러 튜브(100)를 감싸면서 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 가열한다.
보일러 튜브(100)는 일정 직경의 관으로, 발전 설비에 장착되어, 고온의 유체를 이송시킨다. 보일러 튜브(100)의 단부는 용접에 의해 용접부(110)가 형성된다. 발전 설비를 일정 시간 작동시키면, 용접부(110)를 중심으로 보일러 튜브(100)의 내면에서 외면으로 균열이 발생된다. 본 발명은 용접부(110)와 용접부(110)에 인접한 보일러 튜브(100)를 가열하는 열처리를 통하여 용접부(110)와 보일러 튜브(100)에 균열이 발생되는 것을 방지한다.
가열부(10)는 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 가열하는 것으로, 전류가 흐르면 자기장이 발생되는 인덕션 코일(Induction Coil)로 이루어진다. 인덕션 코일은 자기장에 의해 발생된 유도전류를 열원으로 제공하는 가열기이다. 인덕션 코일은 전자기 유도 현상에 의해 보일러 튜브(100)와 용접부(110)에 전류를 발생시키고 줄열(Joule's Heat)에 의해 보일러 튜브(100)와 용접부(110)와 보일러 튜브(100)를 가열한다. 본 발명의 실시예에서 가열부(10)는 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 1100℃로 가열한다. 1100℃로 가열된 보일러 튜브(100)와 용접부(110)의 상(相)이 변화되면서 재결정된다.
가열부(10)는 하기에서 설명하는 내부용기(20)의 내부용기 케이스(21)의 내부 곡면을 따라서 내부용기 케이스(21)의 상하방향으로 지그재그 형상으로 설치된다. 가열부(10)가 내부용기 케이스(21)에 지그재그 형상으로 설치되어 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 가열하는 전열면적이 증대되고, 균일하게 가열할 수 있다.
내부용기(20)는 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 감싸고, 내부 공간에 가열부(10)를 수용한다. 내부용기(20)는 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 감싸고 외부로부터 공기가 유입되지 않도록 차단한다. 내부용기(20)가 외부 공기 유입을 차단함으로써, 가열부(10)에 의해 가열되는 보일러 튜브(100)와 용접부(110)가 외부 공기와 접촉되어 산화층이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 내부용기(20)는 내부용기 케이스(21)와, 내부용기 개폐부(23)를 포함한다.
내부용기 케이스(21)는 내부가 빈 반원기둥 형상으로 형성되고, 비활성가스가 출입되는 가스출입홀부(22)가 형성되며, 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 감싸는 한 쌍으로 이루어진다. 내부용기 케이스(21)의 내부 곡면을 따라서 가열부(10)가 설치된다. 가열부(10)는 내부용기 케이스(21)의 내부면에 설치된 고정 수단에 의해 고정된다.
내부용기 개폐부(23)는 내부용기 케이스(21)에 형성된 가스출입홀부(22)를 개폐 가능하도록 내부용기 케이스(21)에 장착된다. 내부용기 개폐부(23)는 가스출입홀부(22)를 개방하여 가스저장부(40)로부터 외부용기(30)로 공급되는 비활성가스를 내부용기 케이스(21) 내부로 수용 가능하게 한다. 내부용기 개폐부(23)는 내부용기 케이스(21)에 슬라이드 이동가능하게 설치되거나, 힌지 등에 의해 회동가능하게 형성된다. 내부용기 개폐부(23)는 제어부(미도시)에서 보내는 전기적 신호에 의해 자동적으로 개폐 가능하게 설치된다.
가열부(10)의 작동 시, 내부용기 개폐부(23)가 개방되어 가스출입홀부(22)를 통하여 내부용기 케이스(21)의 내부에 비활성가스가 수용된다. 내부용기 케이스(21) 내부에 비활성가스를 수용하여, 내부용기 케이스(21)의 내부에 있던 공기를 외부로 배출됨으로써, 가열부(10)의 작동 시 공기에 의한 산화층 형성이 차단될 수 있다. 내부용기 케이스(21)에 비활성가스로 채워지면, 내부용기 개폐부(23)를 폐쇄하여 내부용기 케이스(21)를 밀폐시킨다.
보일러 튜브(100)와 용접부(110)가 가열부(10)에 의해 열처리되면, 내부용기 개폐부(23)는 가스출입홀부(22)를 개방하여 내부용기 케이스(21) 내부로 비활성가스가 유입될 수 있게 한다. 내부용기 케이스(21) 내부로 유입된 비활성가스는 가열부(10)에 의해 열처리된 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 냉각시켜 냉각에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 재결정된 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 안정적인 상으로 변화시킨다.
외부용기(30)는 내부용기(20)를 감싸고, 내부용기(20)와 이격되게 설치되어, 내부용기(20)외 외부용기(30)가 이격된 사이로 비활성가스가 유동됨으로써, 내부용기(20)로 외부 공기의 유입이 차단된다. 즉, 외부용기(30)는 내부용기(20)에 의해 외부 공기의 유입이 차단되는 것을 한층 더 차단함으로써, 가열부(10)에 외부 공기가 유입되는 것을 차단한다. 외부용기(30)는 외부용기 케이스(31), 가스공급부(33), 가스배출부(35)를 포함하여 이루어진다.
외부용기 케이스(31)는 내부가 빈 반원기둥 형상으로 형성되고, 내부용기(20)를 감싸는 한 쌍으로 형성된다. 외부용기 케이스(31)는 내부용기 케이스(21)와 이격되게 설치되어 외부용기 케이스(31)와 내부용기 케이스(21) 사이로 비활성가스가 유동될 수 있도록 하여, 가열부(10)에 의해 가열된 내부용기(20)를 냉각시킬 수 있다.
외부용기 케이스(31)에는 보일러 튜브(100)의 반대편에 위치하는 다른 외부용기 케이스(31)에 결합될 수 있도록 브라킷(51)이 설치된다. 브라킷(51)에는 복수개의 관통공(52)이 형성된다. 볼트(53)가 관통공(52)을 관통하여 너트(55)와 체결됨으로써, 보일러 튜브(100)의 양측에 한 쌍의 보일러 튜브(100)의 열처리 장치가 서로 연결된다. 본 발명에 따른 열처리 작업을 마친 후, 볼트(53)와 너트(55)를 해제하면 연결된 한 쌍의 보일러 튜브(100)의 열처리 장치는 서로 분리된다.
가스공급부(33)는 외부용기 케이스(31)에 형성되고, 가스저장부(40)에 연결되어 가스저장부(40)로부터 비활성가스를 공급받는다.
가스배출부(35)는 외부용기 케이스(31)에 형성되어 가스공급부(33)를 통하여 외부용기 케이스(31) 내부로 유입된 비활성가스를 외부로 배출시킨다. 이때, 비활성가스는 가스공급부(33)를 통하여 유입되고, 서로 이격된 외부용기 케이스(31)와 내부용기 케이스(21) 사이를 유동하여 내부용기(20)를 냉각시키고 가스배출부(35)를 통하여 외부로 배출된다. 비활성가스는 가열부(10)가 작동되는 동안 계속적으로 가스공급부(33)를 통하여 유입되고, 가스배출부(35)를 통하여 외부로 배출된다. 비활성가스가 외부용기 케이스(31)와 내부용기 케이스(21) 사이를 유동함으로써, 가열부(10)에 의해 가열된 내부용기(20)가 비활성가스에 의해 냉각될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 내부용기(20)와 외부용기(30)는 세라믹 재질을 포함하여 이루어진다. 세라믹 재질을 포함하는 내부용기(20)와 외부용기(30)는 1100℃로 가열하는 가열부(10)에 대해 내열성을 가지고, 고온에 의해 파손되는 것이 방지될 수 있다.
가스저장부(40)는 외부용기(30)와 연결되어 외부용기(30)로 비활성가스를 공급한다. 가스저장부(40)에서 공급하는 비활성가스는 다른 원소와 반응을 일으키지 않는 안정적인 기체인 아르곤가스(Ar), 네온가스(Ne), 헬륨가스(He), 질소가스(N2) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다. 가스저장부(40)는 가스통(41), 가스배관(43), 밸브(45)를 포함하여 이루어진다.
가스통(41)은 내부 공간에 비활성가스를 수용한다. 가스배관(43)은 가스통(41)과 가스공급부(33)를 연결하여 외부용기 케이스(31) 내부로 비활성가스가 공급될 수 있게 한다. 밸브(45)는 가스배관(43)에 설치되어, 가스배관(43)을 개폐한다. 본 발명의 실시예에서 보일러 튜브의 열처리 장치가 작동되는 동안에는 밸브(45)는 계속 개방된 상태를 유지하여 비활성가스를 계속적으로 공급한다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치의 작동을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치에서 내부용기로 비활성가스가 공급되는 상태를 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치에서 외부용기와 내부용기 사이로 비활성가스가 유동되는 상태를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
도 5를 참조하면, 가열부(10)의 작동 시 내부용기 개폐부(23)를 이동시켜 가스출입홀부(22)를 개방하여 내부용기 케이스(21)의 내부에 비활성가스가 유입될 수 있게 한다. 내부용기 케이스(21) 내부에 비활성가스로 가득차고 공기가 없는 상태가 된 후, 내부용기 개폐부(23)에 의해 가스출입홀부(22)를 폐쇄하여 내부용기 케이스(21) 내부를 밀폐시킨다.
도 6을 참조하면, 가열부(10)가 작동되어 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 가열한다. 이때 가열부(10)에서 보일러 튜브(100)와 용접부(110)에 제공하는 온도는 1100℃이다. 가열부(10)에 의해 가열된 보일러 튜브(100)와 용접부(110)의 상이 변화된다.
이때, 가스저장부(40)로부터 공급되는 비활성가스는 외부용기 케이스(31)와 내부용기 케이스(21) 사이로 유동되면서 내부용기(20)를 냉각시킨다. 비활성가스는 가열부(10)가 작동되는 동안 가스공급부(33)를 통하여 유입되고 가스배출부(35)를 통하여 외부로 배출된다.
일정 시간 보일러 튜브(100)와 용접부(110)가 가열부(10)에 의해 열처리되면, 내부용기 개폐부(23)의 작동에 의해 가스출입홀부(22)가 개방되고 내부용기 케이스(21) 내부로 비활성가스가 유입된다. 내부용기 케이스(21) 내부로 유입된 비활성가스에 의해 보일러 튜브(100)와 용접부(110)가 냉각되면서 재결정된 보일러 튜브(100)와 용접부(110)는 안정적인 상으로 변화된다.
본 발명에 따른 보일러 튜브의 열처리 장치는, 보일러 튜브(100)와 용접부(110)를 가열부(10)에 의해 열처리하여 용접부(110)에서 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 용접부(110)에서 균열이 발생되는 것이 방지되어 발전 설비의 안정적인 운영이 가능하게 되어 발전 설비의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 발전 설비가 안정적으로 운영되어 수리 유지 비용이 감소될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 반영구적으로 여러 번 사용하는 것이 가능하여 제품의 사용 기간이 연장되고 사용 비용이 단축될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 가열부 20: 내부용기
21: 내부용기 케이스 22: 가스출입홀부
23: 내부용기 개폐부 30: 외부용기
31: 외부용기 케이스 33: 가스공급부
35: 가스배출부 40: 가스저장부
41: 가스통 43: 가스배관
45: 밸브 51: 브라킷
52: 관통공 53: 볼트
55: 너트 100: 보일러 튜브
110: 용접부

Claims (8)

  1. 보일러 튜브와 용접부를 가열하는 가열부;
    상기 보일러 튜브와 상기 용접부를 감싸고, 내부 공간에 상기 가열부를 수용하는 내부용기;
    상기 내부용기의 외측면과 이격된 채로 상기 내부용기를 감싸는 외부용기; 및
    상기 외부용기와 연결되어 상기 외부용기의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스저장부를 포함하고,
    상기 내부용기는,
    내부가 빈 반원기둥 형상으로 형성되고, 가스출입홀부가 형성되며, 상기 보일러 튜브와 상기 용접부를 감싸는 한 쌍의 내부용기 케이스; 및
    상기 가스출입홀부를 개폐 가능하도록 상기 내부용기 케이스에 장착되는 내부용기 개폐부를 포함하고,
    상기 보일러 튜브와 상기 용접부가 상기 가열부에 의해 열처리되면 상기 내부용기 개폐부의 작동에 의해 상기 가스출입홀부가 개방되고,
    상기 내부용기 케이스는 상기 가스출입홀부를 통해 내부로 공급되는 비활성가스에 의해 냉각되고,
    상기 외부용기는,
    내부가 빈 반원기둥 형상으로 형성되고 상기 내부용기를 감싸는 한 쌍의 외부용기 케이스;
    상기 외부용기 케이스에 형성되고, 상기 가스저장부로부터 비활성가스를 공급받는 가스공급부; 및
    상기 외부용기 케이스에 형성되고, 상기 외부용기 케이스와 상기 내부용기 케이스 사이에서 유동되는 비활성가스를 외부로 배출시키는 가스배출부를 포함하고,
    상기 비활성가스는 상기 가열부가 작동되는 동안 계속적으로 상기 가스공급부를 통하여 유입되고, 상기 가스배출부를 통하여 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 자기장에 의해 발생되는 유도전류를 열원으로 제공하는 인덕션 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 열처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 내부용기 케이스의 내부 곡면을 따라서 지그재그 형상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 열처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열부의 작동 시 상기 내부용기 케이스의 내부에는 비활성가스가 수용되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 열처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부용기와 상기 외부용기는 세라믹 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 열처리 장치.
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