KR20090109531A

KR20090109531A - 배플 및 시일의 조립체 및 열교환기의 조립 방법

Info

Publication number: KR20090109531A
Application number: KR1020097011874A
Authority: KR
Inventors: 도미니쿠스 프레데리쿠스 물더
Original assignee: 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-10-20
Also published as: EP2118611A1; EA200900824A1; CN101558279B; EA015883B1; NO340212B1; CA2671785C; NO20092648L; ZA200903679B; CN101558279A; MX2009006110A; MY149783A; EG25973A; ES2421265T3; AU2007331545B2; WO2008071725A1; NZ577466A; PT2118611E; AU2007331545A1; BRPI0720316A2; EP2118611B1

Abstract

열교환기의 쉘 (4) 에 장착하기 위한 배플 및 시일의 조립체 (1) 로서, 다수의 종방향 배플 (6, 7) 과, 적어도 하나의 종방향 시일 (14, 16, 17) 을 포함하고,상기 조립체 (1) 는 장착 후에 열교환기의 쉘 (4) 과 함께 이중 벽을 형성하도록 이격된 종방향 배플 (6, 7) 사이에서 연장하도록 배열되는 벽 부재 (21, 22) 를 더 포함하고, 적어도 하나의 종방향 시일 (14, 16, 17) 은 장착 후에 열교환기의 쉘 (4) 에 대하여 벽 부재 (21, 22) 를 밀봉 장착하도록 종방향 배플 (6, 7) 로부터 떨어져 벽 부재에 배열된다.

열교환기, 배플 및 시일의 조립체, 쉘

Description

배플 및 시일의 조립체 및 열교환기의 조립 방법 {ASSEMBLY OF BAFFLES AND SEALS AND METHOD OF ASSEMBLING A HEAT EXCHANGER}

본 발명은 배플 및 시일의 조립체, 및 열교환기의 조립 방법에 이를 사용하는 것에 관한 것이다.

직접 열교환기로서는 쉘-다관식 열교환기 (shell-and-tube heat exchangers) 가 있다. 열교환기의 쉘내에서 연장하는 관 다발의 관 (관 측) 을 통과하는 유체와 관 외측 공간 (쉘 측) 을 통과하는 유체사이에서 열이 전달된다. 쉘-다관식 열교환기에 대해서는, 예를 들어 McGraw-Hill 사에서 발행한 Perry's Chemical Engineers' Handbook 제 6 판 (1984) 11-3 내지 11-21 페이지에 자세히 기재되어 있다.

주어진 쉘 크기에서 열 전달을 개선시키기 위해서, 2 쉘 통로 열교환기로서 알려진 특별한 형태의 열교환기가 개발되었다. 이러한 형태의 열교환기에서, 일반적으로 원통형 외부 관의 내부에는 축방향으로 또한 종방향으로 연장하는 분할 배플이 형성되어 있다. 이러한 종류의 쉘로는 Perry 의 상기 문헌에 있는 바와 같은 종방향 배플을 갖춘 2 쉘 통로, 분할 유동 쉘 및 이중 분할 유동 쉘을 포함한다. 이 종방향 배플은 쉘의 내부를 2 개의 종방향으로 연장하는 개별 격실로 분할하고, 이 격실은 통상적으로 쉘의 일단부에서 연통하도록 되어 있어서, 쉘내의 유체 유동은 이 쉘의 길이를 따라서 2 번 통과하게 된다.

가장 효율적인 열교환기에 있어서, 의도한 영역에서만, 즉 쉘의 단부 또는 양단부에서만 격실간의 유동이 가능하도록 배플은 종방향의 두 림 (rims) 을 따라서 비교적 기밀한 시일을 형성하여야 한다.

통상적으로, 이러한 구조물은 쉘 벽의 내경보다 약간 작은 폭으로 된 사각형 격판을 사용하여 형성되며, 그리하여 이 사각형 격판이 직경방향 평면에 위치될 때, 이 격판의 종방향 외부 림이 쉘의 내부벽면으로부터 반경방향 내부로 약간 이격되어 있다.

종래에는, 여러 가지 유형의 종방향 시일이 개발되었다. 종방향 시일은, 충분한 밀봉 이외에도, 열교환기의 쉘에 용이하게 장착되고 또한 비용 효율적인 것이 바람직하다. 이러한 조건들의 양호한 절충은, 예를 들어 독일 오버하우젠에 소재하는 Kempchen & Co. GmbH 사로부터 구입가능한 상표명 T4 인 배플 시일 프로파일에서 발견된다. 이러한 시일의 원리는, 또한 다른 종래 기술의 시일이 기재된 미국특허 제 4215745 호를 참조하면 된다.

공지된 종방향 시일은, 열교환기 내부에 대향하고 또한 종방향 배플을 꼭맞게 수용하는 크기로 된 U 형의 플랜지를 포함한다. 시일의 맞은편 측에 있는 시일 부재는, 쉘의 내부벽을 탄성적으로 가압하는 외부로 연장하는 한쌍의 플랜지를 포함한다.

많은 경우에, 2 쉘 통로 열교환기는 최적의 구성이 아니다. 예를 들어, 기존의 1 통로 열교환기를 새로운 내장물으로 개량하고자 할 때, 쉘의 유체 입구 및 출구 위치는 열교환기의 쉘을 따라서 종방향으로 양 단부에 위치되고 또한 통상적으로 변경될 수 없다. 하지만, 2 통로 구성에 있어서, 쉘의 입구와 출구는 이 쉘의 동일한 종방향 단부에 배열되어야 한다.

쉘내의 유체 유동이 이 쉘의 길이를 전후로 3 번 곡류하도록 2 개의 종방향 배플이 배열되는 3 쉘 통로 구성에서는 상기 문제점이 해결된다. 하지만, 이는 실제로 이루어지지 못하는데, 왜냐하면 2 개의 종방향 배플을 신뢰성 있게 밀봉하는 것이 실제 문제가 되기 때문이다. 종방향 배플 각각은 쉘의 직경으로부터 실질적으로 거리를 두고 배열되기 때문에, 이 배플이 90 도와 상당히 상이한 각 (접선과 이루는 각) 으로 쉘과 만나게 된다. 이러한 특이한 기하학적 형상으로 인해, 예를 들어 Kempchen 시일에 의한 밀봉은 문제가 있는 것으로 보인다. 또한, 이러한 Kempchen 시일 등의 시일은 상당한 비용이 드는데, 3 통로 구성에는 4 개의 종방향 시일이 필요하게 된다.

본 발명의 목적은, 다중 통로 쉘 열교환기에서, 특히 열교환기를 개량하는데 밀봉을 개선시키는 종방향 배플 및 시일의 구성을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 2 개 이상의 종방향 배플을 가진 열교환기의 조립 방법을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 열교환기의 쉘에 장착하기 위한 배플 및 시일의 조립체를 제공하고, 이 배플 및 시일 조립체는,

다수의 종방향 배플과,

적어도 하나의 종방향 시일을 포함하고,

상기 조립체는 장착 후에 열교환기의 쉘과 함께 이중 벽을 형성하도록 이격된 종방향 배플 사이에서 연장하도록 배열되는 벽 부재를 더 포함하고,

적어도 하나의 종방향 시일은 장착 후에 열교환기의 쉘에 대하여 벽 부재를 밀봉 장착하도록 종방향 배플로부터 떨어져 벽 부재에 배열된다.

열교환기의 쉘과 함께 이중 벽을 형성하는 벽 부재가 제공되고, 그리고 이 벽 부재와 열교환기의 쉘 사이에 종방향 시일이 제공되면, 다중 통로 열교환기에서 2 개의 이격된 종방향 배플간에 신뢰성 있는 밀봉을 얻을 수 있음을 본 출원인은 알게 되었다. 이러한 방식으로, 종방향 시일을 위해 벽 부재상의 최적의 위치를 선택할 수 있고/있거나 시일과 쉘간의 기하학적 형상을 최적화시킬 수 있다. 쉘에 대하여 종방향 배플의 두 가장자리를 밀봉하기 위해서는 단지 하나의 시일만으로도 충분히 할 수 있다.

통상적으로, 쉘은 원통형이며, 벽 부재는 약간 더 작은 반경으로 된 실질적으로 호형을 가진다. 적절하게는, 종방향 시일은 벽 부재로부터 반경방향 외부로 연장하고, 통상적인 기하학적 형상에 있어서 시일은 수직 배향으로 쉘과 만나게 된다. 바람직하게는, 상기 종방향 시일은 벽 부재로부터 수직하게 연장하는 종방향 스트립에 장착된다.

2 개의 종방향 시일은 장착 후에 열교환기의 쉘과 함께 밀봉된 내부 공간을 형성하도록 벽 부재에 배열된다. 그러면, 정상적인 작동시 한 격실로부터의 유체가 종방향 시일을 따라서 누출되면, 이 유체는 이중 벽의 내부 공간안으로 유입하게 되어, 다른 격실에 직접 들어가지 않게 된다. 다른 격실안으로 누출하기 위해서는 이 유체는 또 다른 종방향 시일을 통하여 누출되어야 한다. 이중 밀봉된 벽 부재는 누출 배리어로서 작용하게 된다. 이러한 구성은, 매우 신뢰성 있고 견고한 밀봉이 필요한 경우, 예를 들어 열교환기의 내장물이 점검 및/또는 세척을 위해 쉘로부터 정기적으로 제거되어야 할 때 특히 바람직할 수 있다.

또한, 벽 부재에 이중 시일이 형성되면, 추가의 밀봉재인 압착 거즈 재료가 제공될 수 있으며, 이 압착 거즈 재료는 두 종방향 시일 사이에 배열될 수 있다. 적절한 압착 거즈 재료로서는 강모 (steel wool) 또는 압착된 전신 금속 (expanded metal) 이다.

적절하게는, 종방향 시일은 벽 부재로부터 연장하는 스트립을 수용하기 위한 U 형 플랜지를 포함한다. 적절하게는, 종방향 시일은 벽 밀봉 부재를 포함하고, 이 벽 밀봉 부재는 반대방향 외부로 연장하는 탄성 플랜지로 형성된다. 이러한 적합한 종방향 시일로서는 Kempchen & Co. GmbH 사의 배플 시일 T4 가 있으며, 또한 U 형 플랜지를 포함한다.

적절하게는, 상기 조립체는 관 다발을 지지하기 위한 다수의 횡방향 배플을 더 포함한다. 이 횡방향 배플은 전신 금속으로 된 요소를 포함할 수 있다 (국제특허출원 제 WO2005/067170 호, 제 WO2005/015107 호 및 제 WO2005/015108 호 참조).

다르게는, 본 발명은 종방향 유동 패턴을 갖는 다른 유형의 열교환기, 예를 들어 로드 배플 관 지지부를 갖춘 열교환기 또는 비틀린 관을 갖춘 열교환기에도 사용될 수 있다.

열교환기의 쉘에 장착된 후 입구 및 출구 사이에 n 개의 통로의 곡류 유체 유동로를 형성하기 위해서, n-1 개의 종방향 배플을 가진 조립체가 배열되면 (여기서, n > 2), 횡방향 배플은 n 개의 세그먼트로 형성된다. 인접한 종방향 배플사이의 횡방향 배플의 세그먼트는 인접한 종방향 배플의 대향하는 이중 벽사이의 단면에 대응하는 단면을 가진다.

특정 실시형태에 있어서, 관은 관의 시트로부터 횡방향 배플 및 횡방향 단부 배플을 통과하여 관의 단부 시트까지 연장하고, 벽 부재는 일단부에서 관의 시트에 연결되고 또한 타단부에서는 단부 배플에 연결된다. 바람직하게는, 상기 단부 배플에는 쉘의 통로사이의 유체가 단부 배플의 주변으로 우회하지 않도록 시일이 제공된다.

상기 조립체는, 선택적으로 횡방향 배플을 관통하는 관 및 관의 시트와 함께 미리 제조될 수 있고 또한 특히 교체 작업시 열교환기의 쉘안으로 미끄러져 들어갈 수 있다. 물론, 상기 조립체는 열교환기의 쉘에 바로 장착될 수 있다.

본 발명은 열교환기의 조립 방법을 제공하고, 이 방법은,

- 열교환기의 쉘을 제공하는 단계,

- 다수의 종방향 배플, 적어도 하나의 종방향 시일 및 벽 부재를 포함하는 배플 및 시일의 조립체를 제공하는 단계,

- 열교환기의 쉘 외부에서 상기 배플 및 시일의 조립체를 조립하여, 적층된 종방향 배플의 구성체를 얻는 단계로서, 벽 부재는 이격된 종방향 배플사이에서 연장하고, 적어도 하나의 종방향 시일은 종방향 배플로부터 떨어져서 벽 부재에 배열되는 단계, 및

- 열교환기의 쉘안으로 상기 구성체를 도입시켜, 벽 부재가 적어도 하나의 종방향 시일을 통하여 열교환기의 쉘에 대하여 밀봉 장착되는 단계를 포함한다.

기존 열교환기의 개량시에는, 상기 열교환기의 쉘을 제공하는 단계는 이 쉘으로부터 이전의 열교환기의 내장물을 제거하는 것을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 배플 및 시일 조립체를 도시한 개략도,

도 2 는 열교환기내의 본 발명에 따른 배플 및 시일 조립체를 도시한 개략도,

도 3 은 도 2 의 열교환기의 개략적인 단면도,

도 4 는 도 3 의 IV 를 확대한 개략적인 상세도,

도 5 는 본 발명에 사용하기 위한 전신된 금속 관 지지 횡방향 배플의 개략도, 및

도 6 은 전신된 금속을 통과하는 관 다발의 개략도.

상이한 도면에서 동일한 도면 부호를 사용하면, 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.

도 1 은 본 발명에 따른 배플 및 시일 조립체 (1) 의 3 차원 개략도이다. 명확하게 하기 위해서 열교환기의 쉘 (4) 의 일부분을 조립체의 주변에 나타내었지만, 이 쉘 (4) 은 일반적으로 조립체의 일부를 형성할 필요는 없음을 이해해야 할 것이다.

조립체는 이격된 2 개의 종방향 배플 (6, 7) 을 포함하고, 이 배플 각각은 한 쌍의 종방향 림 (11a, 11b; 12a, 12b) 을 가지고 또한 열교환기의 내부 공간을 3 개의 격실로 분할한다. 조립체는 림 (11a, 12a; 11b, 12b) 근방에 종방향 배플 (6, 7) 사이에서 연장하는 벽 부재 (21, 22) 를 더 포함한다. 이 벽 부재는 장착한 된에 열교환기의 쉘 (4) 과 함께 이중 벽을 형성하고 또한 열교환기의 중간 격실의 종방향 횡단 벽을 나타낸다. 2 개의 실시형태를 설명하기 위해서, 벽 부재 (22) 에는 하나의 종방향 시일 (14) 이 제공되고, 벽 부재 (21) 에는 2 개의 종방향 시일 (16, 17) 이 제공되고, 이 시일들은 쉘에 장착된 후에 열교환기의 쉘 (4) 에 대하여 벽 부재를 밀봉 장착시킨다. 벽 부재와 시일을 단지 개략적으로 도시하였지만, 도 3 과 도 4 를 참조하여 그 실시형태를 보다 자세히 설명한다.

2 개의 종방향 배플의 2 개의 종방향 림에는 쉘과 함께 단지 하나의 종방향 시일이 필요하기 때문에, 벽 부재 (22) 의 하나의 시일 (14) 이 비용 효과적이다.

종방향 배플 (6, 7) 에는 쉘내에 형성된 3 개의 격실간의 곡류 유체 유동을 가능케 해주는 실질적으로 사각형 절취부 (26, 27) 가 형성된다.

열교환기의 쉘 (34) 와 함께 열교환기 (31) 내에 장착된 조립체 (1) 를 개략 도시한 도 2 를 참조한다. 열교환기의 쉘 (34) 은 종방향 일 단부 근방의 상측 에 있는 입구 (36) 와 종방향 반대 단부의 하측에 있는 출구 (37) 를 구비한다. 종방향 배플은 그 장착 위치에서 쉘의 폭보다 약간 작은 폭을 가지고, 그리하여 배플 판 각각의 종방향 외부 림은 쉘의 내부벽면으로부터 약간 내부로, 통상적으로 2 ~ 20 ㎜ 이격되어 있다. 이 종방향 배플은 쉘 (34) 의 내부를 3 개의 격실 (41, 42, 43) 로 분할하고, 이 격실은 절취부 (26, 27) 를 통하여 유체 연통한다.

열교환기에는 또한 관 다발이 형성되는데, 명확하게 하기 위해 관 다발 중 4 개의 관 (45, 46, 47, 48) 만이 도시되었다. 열교환기 (31) 의 관 측은 점으로 나타내었다. 이 실시형태에 있어서, 관 측은 2 관 통로 배열을 가진다. 관 측은 관의 입구 헤더 (53) 로의 입구 (51) 를 구비한다. 관의 입구 헤더 (53) 는 관 다발의 하부, 즉 관 (47, 48) 과 유체 연통하고, 이 관 (47, 48) 은 관의 단부 헤더 (55) 에 연결되는 관의 단부 시트 (54) 까지 연장하고, 이 관의 단부 헤더는 관 측으로부터의 출구 (59) 가 배치되어 있는 관의 출구 헤더 (57) 안으로 연장하는 관 다발의 상부, 즉 관 (45, 46) 과 유체 연통한다. 관의 입구 및 출구 헤더 (53, 57) 는, 쉘 (34) 의 중심에서 쉘 단부에서부터 관 시트 (62) (관들이 고정됨) 까지 수평으로 연장하는 수평판 (61) 에 의해 분리된다. 관 시트는 플랜지 (63) 에 의해 쉘에 고정되고, 내장물을 삽입하거나 분리하기 위해서 이 플랜지를 통하여 쉘의 입구 단부가 개방될 수 있다. 쉘의 단부를 분리할 때 사용될 수 있는 플랜지 (64) 가 또한 후방 단부에 배열된다.

반대편 단부에 있는 관의 단부 시트 (54) 또한 관을 고정시키지만, 관의 시트 (62) 와는 다르게, 서로 연결되는 관의 단부 시트 (54) 와 관의 단부 헤더 (55) 는 쉘 (34) 에 연결되지 않고, 즉 단부 헤더가 부유 상태로 있다. 이렇게 함으로써, 쉘 내에서 관이 열팽창할 수 있다. 모든 관의 유체를 수용하고 또한 분배하는 단부 헤더 대신에, 별도의 U 형 관이 사용될 수 있다.

관들은 다수의 횡방향 배플 (65) 에 의해 지지된다. 관의 입구/출구로부터 가장 멀리 있는 횡방향 배플 (66) 은 다른 배플과는 다르다. 무엇보다도, 이 배플은 쉘의 단면에 대하여 엄격한 공차로 제조되는 솔리드 판으로 형성되고, 또한 이 배플에는 관이 통과만 할 수 있는 개구부만이 형성되지만, 이 관은 배플판에 연결되지는 않는다. 단부 배플 (66) 은 격실 (41) 로부터의 쉘의 유체가 관의 헤더 (55) 주변을 유동하여 격실 (43) 로 바로 누출되지 않도록 해준다. 이러한 누출이 있을 경우, 첫번째 통로로부터의 쉘의 유체가 상이한 통로 사이에 존재하는 작은 압력 강하에 의해 구동되면서 지름길로 쉘의 출구 (37) 에 바로 도달하게 된다. 이를 방지하기 위해서, 점선 (69) 으로 도시된 바와 같이, 단부 배플 (66) 의 원주의 적어도 하부에서 쉘 (34) 에 대하여 패킹재 (68) 를 가압하는 프로파일 형태의 시일 (67) 이 상기 배플 (7) 의 상방까지 배치된다. 이러한 시일에 의해, 관 및 헤더 (55) 근방의 자유 공간 (70) 으로부터 제 3 통로, 즉 격실 (43) 안으로의 누출이 방지된다. 이 시일은 단부 배플 (66) 의 전체 원주를 따라 있을 수 있지만, 제 2 통로, 즉 격실 (42) 로의 누출은 문제되지 않기 때문에 엄격하게 필요하지는 않은데, 왜냐하면 이 격실은 2 쉘 통로 열교환기처럼 지름길을 형성하지 않기 때문이다. 횡방향 배플은 기계적 안정성을 위해, 예를 들어 종방향 로드 (도시하지 않음) 에 의해 적절하게 서로 연결된다.

도 3 에서는 배플 및 시일이 장착된 열교환기의 쉘을 도 2 의 선 Ⅲ-Ⅲ 를 따라 취한 단면을 도시하고 또한 각측에 1 개 또는 2 개의 종방향 시일을 가진 도 1 의 2 개의 실시형태를 나타낸 것이다. 관 및 횡방향 배플은 도시하지 않았다. 내부 공간 (71) 을 한정하는 쉘 (34) 및 벽 부재 (21) 에 의해 이중 벽이 형성된다. 벽 부재 (21, 22) 는 관의 시트 (62) 로부터 단부 배플판 (66) (도 2 참조) 끝까지 연장하고 또한 이 관의 시트 및 단부 배플판에 밀봉 연결된다. 이를 위해, 적절한 패킹재를 사용하여 관의 시트 및 단부 배플판에 각각 볼트체결되는 플랜지 (도시하지 않음) 가 벽 부재 (21, 22) 의 양단부에 용접되어 있다.

벽 부재 (21, 22) 는 또한 종방향 배플 (6, 7) 에 밀봉 연결된다.

벽 부재 (21) 와 종방향 배플 (6) 간의 연결부 뿐만 아니라 종방향 시일 (16) 의 일실시형태가 부분 Ⅳ 을 확대한 도 4 에 상세하게 도시되어 있고, 다른 종방향 시일 (14, 17) 도 유사하게 구성될 수 있다.

종방향 배플 (6) 은 접선 (72a) 에 대하여 소정의 각 (72), 즉 90 도보다 작은 각 (예를 들어 80 도 이하) 으로, 즉 법선 (72b) 과 상당히 불일치되어 쉘 (34) 과 만난다. 따라서, 직접 종방향 림 (11a) 에서 종방향 배플을 시일링하는 것은 문제가 된다. 본 발명에 따라서, 벽 부재 (21) 가 제공되고, 또한 이 벽 부재의 접힌 림 (88) 이 림 (11a) 근방에서 배플 (6) 에 밀봉 연결, 예를 들어 패킹재를 사용하여 볼트체결된다.

종방향 시일 (16) 은 스트립 (73) 을 통하여 벽 부재 (21) 에 배치된다. 이 시일은 바닥 플랜지 (78) 를 통하여 연결되는 내부 플랜지 (76, 77) 로 형성되 는 U 형 플랜지 (75) 를 포함할 수 있고, 이 모든 플랜지는 일체의 스트립 금속으로 제조된다. 스트립 금속은 접혀서 접힘부 (79, 80) 를 형성한다. 이 접힘부는 외부로 연장하는 탄성 플랜지 형태의 벽 밀봉 부재, 즉 금속 층판 (82, 83, 84, 85) 을 유지하도록 배열되어 있다. 도면에는 각 측에 2 개씩, 4 개의 층판이 도시되었지만 이보다 많거나 적은 층판 시일이 배열될 수 있다. 통상적인 개수는 양 측에 4 개의 층판이 있다.

다른 방법으로, 시일은 가스켓 또는 당업계에 알려진 어떠한 다른 밀봉 장치를 포함할 수 있다.

U 형 프로파일 (75) 에 의해 형성되는 홈은 스트립 (73) 이 꼭맞게 수용되도록 하는 폭을 가진다. 바람직하다면, 테플론 등의 작동 온도에 적합한 패킹재를 사용할 수 있다. 도면에서 부품간의 간극은 명확성을 위해 과장되게 도시되었다.

벽 부재 (21) 의 호 (arc) 형 부분은 쉘 (34) 과 실질적으로 평행하다. 이 호형 부분은 쉘의 반경보다 작은 반경을 가진다. 스트립 부재 (73) 는 벽 부재 (21) 로부터 반경방향으로 연장하여, 벽 부재로부터 실질적으로 수직하게 연장하며 또한 접선 (74a) 에 대하여 실질적으로 수직한 각 (74) 으로 쉘 (34) 과 만난다. 실질적으로 수직하다는 것은, 통상적으로 수직에서 10 도 이내의 각, 바람직하게는 5 도 이내의 각에 있다는 것이다. 이렇게 해서, 시일의 각 측에 있는 층판 (82, 83 및 84, 85) 은 쉘에 대하여 유사하게 상대 배향되어 있고 또한 동일한 방식으로 작동할 수 있다. 이러한 경우는, 종방향 시일이 배플 (6) 의 종 방향 림 (11a) 에 배열되고 여기서 각 측의 층판이 실질적으로 다른 변형을 받게 되는 경우와는 다르다. 스트립 부재 (73) 는 벽 부재 (21) 에 적절하게 용접되지만 또한 다른 수단에 의해 체결될 수 있거나 벽 부재와 일체로 형성될 수 있다.

도 5 는 3 개의 세그먼트 (91a, 91b, 91c) 로 형성되는 횡방향 배플 (65) 을 도시하였고, 이 횡방향 배플은 3 쉘 통로 열교환기의 두 종방향 배플 (6, 7) 과 상호 작용하게 된다. 이 실시형태의 세그먼트는, 적당한 크기로 절단되어 프레임 (93a, 93b, 93c) 에 용접되는 전신 금속 시트 (92a, 92b, 92c) 로 제조되고, 이 프레임은 기계적 안정을 위해 필요하다면 쉘 및/또는 종방향 배플에 연결될 수 있다.

전신 금속 (92) 은 도 6 에 개략 도시된 바와 같이 관을 지지한다.

도 4 의 림 (11a) 과 같은 종방향 림을 접는 것도 고려할 수 있는데, 이러한 경우 림은 거의 수직한 배향으로 쉘과 만나게 되어, 종방향 배플 림에서의 밀봉이 가능할 수 있다. 하지만, 이렇게 하면 횡방향 배플이 그러한 기하학적 형상을 따르도록 해야하므로, 제조는 보다 복잡해지고 값비싸지게 된다. 본 발명에서는 보다 용이하고 값싼 방안을 제공해준다.

열교환기를 제조하기 위해서, 필요하다면 원래 내장물을 분리한 후에 열교환기의 쉘이 제공된다. 본 발명에 따른 배플 및 시일의 조립체는 바람직하게는 쉘의 외부에서 조립되어, 종방향 시일이 제공되는 적층된 종방향 배플의 구성을 얻게 되고, 벽 부재는 인접한 종방향 배플 사이에서 연장한다. 이 조립체는 횡방향 배플 및 관, 적절하게는 관의 시트 및 관의 단부 시트로 더 완성될 수 있고, 완성된 이 조립체는 쉘안으로 미끄러져 들어갈 수 있다. 이를 위해, 관의 입구/ 출구 헤더가 분리되고, 적절하게는 단부 (도 2 의 플랜지 (63, 64)) 도 분리된다. 관의 단부 시트 (54) 는 쉘을 통과해야 하기 때문에 관의 시트 (62) 보다 작은 직경을 가진다. 관의 헤더 (55) 는 조립된 배열체를 쉘을 통하여 이동시킨 후에 적절하게 장착된다. 적절하게는, 슬라이딩 스트립이 횡방향 배플의 원주에 배열된다.

본 발명에 따른 내장물을 가진 열교환기의 정상적인 작동의 일실시예가 이하 설명된다. 본 실시예의 열교환기는 원료 증류 유닛의 예열 트레인에 사용되고, 벽 부재당 2 개의 시일이 사용되고 도 2 내지 도 6 에 도시된 조립체와 유사한 조립체를 설치하여 이전의 쉘측 1 통로 세그먼트 열교환기를 개량하였다. 관의 전체 길이는 약 6 미터이고, 원통형 쉘의 내경은 약 1.2 미터이다. Kempchen T4 배플 시일이 사용되고, 탄성적인 층판 시일은 스테인리스강 316 TI 로 제조된다. 이중 벽은 양측의 벽 부재에서 50 ㎜ 폭으로 된 내부 공간을 형성한다 (도 3 에서 도면부호 (71) 참조). 관의 입구 및 출구 헤더를 분리하는 수평방향 판 (61) 으로 인해 쉘의 수평방향 중심선을 따라서는 관이 배열될 수 없었다. 총 866 개의 관이 설치되었다.

관 측을 관류하는 유체는, 쉘 측을 관류하고 또한 270℃ 내지 220℃ 로 냉각되는 고온의 긴 잔류물에 의하여 155℃ 내지 180℃ 로 예열되는 원료이다. 이러한 경우에, 전신 금속 배플을 사용하는 것이 특히 바람직한데, 전신 금속이 쉘 측의 오염 및 유지보수/세척 비용을 줄여주기 때문이다. 3 쉘 통로 구성은 쉘 측의 유속을 증가시키고, 이는 컴팩트한 쉘에서의 고 듀티 (duty) 열전달에 바람직 하다. 또한, 이 3 쉘 통로 구성에서는 가용 압력 강하가 잘 이용될 수 있다. 3 쉘 통로 및 2 관 통로를 가진 실시예의 구성의 특징은, 쉘 및 관의 유동이 격실 (41) 내에서 대향류이고, 격실 (42) 내에서는 부분적인 대향류 및 부분적인 병류이며, 그리고 격실 (43) 내에서는 병류라는 것이다.

마찬가지로, 본 발명에서는 2 개 이상의 종방향 배플을 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 3 개의 종방향 배플이 있는 경우 적절하게는 4 개의 벽 부재가 제공되고, 특히 4 개의 이중 벽이, 제 1 및 제 2 종방향 배플사이에 2 개, 제 2 및 제 3 종방향 배플사이에 2 개 배열될 수 있다. 제 2 (중앙) 종방향 배플의 종방향 시일은 이 시일로부터 상방 및 하방으로 연장하는 두 벽 부재의 접힌 종방향 림을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 4 쉘 통로 구성에서, 쉘의 입구 및 출구는 일반적으로 이 쉘의 동일한 단부에 형성된다. 이러한 구성에서 종방향 배플이 쉘의 수평방향 직경을 따라 형성되기 때문에, 관의 입구/출구 헤더사이의 수평방향 분리판과 충돌하지 않게 된다.

Claims

열교환기의 쉘에 장착하기 위한 배플 및 시일의 조립체로서,

다수의 종방향 배플과,

적어도 하나의 종방향 시일을 포함하고,

상기 조립체는 장착 후에 열교환기의 쉘과 함께 이중 벽을 형성하도록 이격된 종방향 배플 사이에서 연장하도록 배열되는 벽 부재를 더 포함하고,

적어도 하나의 종방향 시일은 장착 후에 열교환기의 쉘에 대하여 벽 부재를 밀봉 장착하도록 종방향 배플로부터 떨어져 벽 부재에 배열되는 배플 및 시일의 조립체.
제 1 항에 있어서, 종방향 시일은 벽 부재로부터 반경방향 외부로 연장하고, 상기 종방향 시일은 벽 부재로부터 수직하게 연장하는 종방향 스트립에 장착되는 배플 및 시일의 조립체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 2 개의 종방향 시일은 장착 후에 열교환기의 쉘과 함께 밀봉된 내부 공간을 형성하도록 벽 부재에 배열되는 배플 및 시일의 조립체.
제 3 항에 있어서, 상기 조립체는 2 개의 종방향 시일 사이에 압착 거즈 재 료를 더 포함하는 배플 및 시일의 조립체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 종방향 시일은 벽 부재로부터 연장하는 스트립을 수용하기 위한 U 형 플랜지를 포함하는 배플 및 시일의 조립체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 종방향 시일은 벽 밀봉 부재를 포함하고, 이 벽 밀봉 부재는 반대방향 외부로 연장하는 탄성 플랜지로 형성되는 배플 및 시일의 조립체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조립체는 관 다발을 지지하기 위한 다수의 횡방향 배플을 더 포함하고, 특히 이 횡방향 배플은 전신 금속으로 된 요소를 포함하는 배플 및 시일의 조립체.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 열교환기의 쉘의 입구 및 출구 사이에 n 개의 통로의 곡류 유체 유동로를 형성하기 위해서, 종방향 배플의 개수는 n-1 개이고, 여기서, n > 2 이며, 횡방향 배플은 n 개의 세그먼트로 형성되고, 특히, 인접한 종방향 배플사이의 횡방향 배플의 세그먼트는 인접한 종방향 배플의 대향하는 이중 벽사이의 단면에 대응하는 단면을 가지는 배플 및 시일의 조립체.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 관은 관의 시트로부터 횡방향 배플 및 횡방향 단부 배플을 통과하여 관의 단부 시트까지 연장하고, 벽 부재는 일단부에서 관의 시트에 연결되고 또한 타단부에서는 단부 배플에 연결되는 배플 및 시일의 조립체.
제 9 항에 있어서, 상기 단부 배플에는 쉘의 통로사이의 유체가 단부 배플의 주변으로 우회하지 않도록 시일이 제공되는 배플 및 시일의 조립체.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조립체는 열교환기의 쉘안에 배열되는 배플 및 시일의 조립체.
열교환기의 조립 방법으로서,

- 열교환기의 쉘을 제공하는 단계,

- 다수의 종방향 배플, 적어도 하나의 종방향 시일 및 벽 부재를 포함하는 배플 및 시일의 조립체를 제공하는 단계,

- 열교환기의 쉘 외부에서 상기 배플 및 시일의 조립체를 조립하여, 적층된 종방향 배플의 구성체를 얻는 단계로서, 벽 부재는 이격된 종방향 배플사이에서 연장하고, 적어도 하나의 종방향 시일은 종방향 배플로부터 떨어져서 벽 부재에 배열되는 단계, 및

- 열교환기의 쉘안으로 상기 구성체를 도입시켜, 벽 부재가 적어도 하나의 종방향 시일을 통하여 열교환기의 쉘에 대하여 밀봉 장착되는 단계를 포함하는 열교환기의 조립 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 열교환기의 쉘을 제공하는 단계는 이 쉘으로부터 이전의 열교환기의 내장물을 제거하는 것을 포함하는 열교환기의 조립 방법.