KR20160020687A - 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석유화학 기초원료인 에틸렌과 프로필렌을 생산하는 나프타 분해공정의 필수 설비인 열분해 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열분해 히터의 내부의 상태를 관찰하기 위한 단열 감시창을 시공하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 열분해 히터의 내벽면에 내화단열벽돌을 이용하여 열분해 히터의 측부에 형성된 감시공의 가장자리로부터 일정거리를 유지하는 공간부(S)가 형성되도록 단열벽(20)을 축조하는 단계;
상기 공간부에 감시창 축조벽돌(110)을 적층하여 축조벽(100)을 축조하는 단계; 및
상기 축조벽의 전면에 감시공과 수평선상으로 연통되면서 히터의 내부로 갈수록 확장되는 연통공(C2)이 형성되도록 열분해 히터의 내측에서 상기 감시창 축조벽돌을 절단하는 단계를 포함하는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법을 제공한다.

Description

열분해 히터의 단열 감시창 시공방법{Method for constructing peep hole insulation of pyrolysis heater}

본 발명은 석유화학 기초원료인 에틸렌과 프로필렌을 생산하는 나프타 분해공정의 필수 설비인 열분해 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열분해 히터의 내부의 상태를 관찰하기 위한 단열 감시창을 시공하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 석유화학 플랜트의 종류로는 상압정제공정(Atmospheric Distillation Unit), 감압정제공정(Vacuum Distillation Unit), 수첨탈황공정(HDS Unit), 수소처리 및 분해공정(Hydrotreating & Cracking Unit), 비스브레이킹 및 딜레이드 코킹 공정(Visbreaking & Delayed Coking Unit), 방향족 공정(Aromatic Unit), 탈수소공정(Dehydrogenation Unit), 에틸벤젠/스타이렌모너머 공정(EB/SM Unit), 나프타분해공정(NCC Unit), 피티에이 & 피에이 공정(PTA & PA Unit), 수소 및 암모니아 합성가스 공정(Hydrogen & Ammonia Unit) 이외에 가스처리, LNG 관련설비가 있다.

이중 나프타분해공정은 나프타를 열분해(Cracking Heater)하는 공정과 열분해하여 얻어진 에틸렌과 프로필렌 가스들을 분리하는 공정으로 크게 이루어진다.

그리고 열분해 공정을 수행하기 위해서는 나프타(Naphtha)의 탄소 연결고리가 분해(Cracking)될 수 있도록 섭씨 1100℃ 정도까지 가열할 수 있는 열분해 히터의 설비가 필수적이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 열분해 히터(10)는 고온으로 운전되기 때문에 성능이 우수한 단열 내장재로 마감 처리된다. 그리고 상기 히터(10)의 측부에는 히터(10) 내부의 운전상태, 나프타 코일 상태, 내화재 상태 등을 작업자가 직접 육안으로 확인할 수 있도록 복수의 단열 감시창(1)이 마련되어 있다.

미설명부호 B 및 C는 감시공(A)에 인접하게 설치된 보강내화물이다.

종래의 단열 감시창(1)은 다음과 같은 방법으로 시공된다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 열분해 히터(10)의 내벽면에 내화벽돌을 이용하여 단열벽(20)을 축조한다. 상기 단열벽(20)은 감시공(A)의 가장자리로부터 일정거리를 유지하는 공간부(S)가 구비되도록 축조된다.

그리고 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 공간부에 캐스타블(castable)로 제작된 프리캐스트(precast) 구조물(40)을 삽입한다. 상기 프리캐스트 구조물(40)의 중앙에는 상기 감시공(A)과 수평선상상으로 연통되는 연통공(41)이 형성되어 있으며, 상기 연통공(41)은 히터(10) 내부의 시야 확보를 좋게 하기 위하여 히터(10)의 내부로 갈수록 확장된 형태로 이루어져 있다.

그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이 프리캐스트 구조물(40)과 히터(10)의 외벽면 사이에 약 10mm 내지 12mm 두께로 세라믹 블랑켓(ceramic blanket)(50)을 투입하여 프리캐스트 구조물(40)이 열 수축 팽창을 할 때 완충작용을 할 수 있는 팽창대 역할을 하도록 한다.

그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 열분해 히터(10)의 외부에서 감시공(A)을 선택적으로 개폐할 수 있는 도어(60)를 설치한다. 상기 도어(60)는 열분해 히터(10)의 표면과 동일한 스틸재질로 제작된다.

그러나, 이와 같은 프리캐스트 공법으로 시공되는 단열 감시창(1)은 프리캐스트 구조물(40)을 이루고 있는 캐스타블이 물성상 성형성과 내화성이 우수하다는 장점이 있지만, 단열성이 떨어지고 열전도율도 높아 도어(60)를 개폐할 때 발생되는 열충격과 스폴링(spoiling)에 취약하여 손상되기 쉽다는 문제가 있다.

특히, 상기 캐스타블 구조물(40)과 내화벽돌들은 상호간에 열팽창계수가 서로 달라 열간에서 체적팽창율이 각기 다르다. 따라서, 시공 후 구조적 손상이 조기에 발생하면서 단열 감시창(1) 곳곳에 크랙이 발생하게 된다.

도 2e에 도시된 바와 같이, 단열 감시창(1)에 크랙이 일단 발생하게 되면, 발생된 크랙은 빠른 속도로 전파되면서 단시간에 단열 감시창(1)의 단열성능은 물론 히팅 및 열분해 능력을 급격히 떨어뜨리게 되므로 결국 조업을 중단하고 단열 감시창(1)을 재시공해야만 한다.

KR 10-0540004 B1

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열충격과 스폴링성이 우수하여 장기간의 사용에도 균열이 발생되지 않는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법은 열분해 히터의 내벽면에 내화단열벽돌을 이용하여 열분해 히터의 측부에 형성된 감시공의 가장자리로부터 일정거리를 유지하는 공간부가 형성되도록 단열벽을 축조하는 단계와, 상기 공간부에 감시창 축조벽돌을 적층하여 축조벽을 축조하는 단계와, 상기 축조벽의 전면에 감시공과 수평선상으로 연통되면서 히터의 내부로 갈수록 확장되는 연통공이 형성되도록 상기 감시창 축조벽돌을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축조벽을 축조하는 단계는 상기 축조벽의 중앙에 상기 감시공과 연통되는 예비연통공이 형성되도록 감시창 축조벽돌을 적층하는 단계를 거치도록 할 수 있다.

이 경우, 예비연통공이 형성되도록 감시창 축조벽돌을 적층하는 단계는 예비연통공이 형성될 위치의 중앙에 제1감시창 축조벽돌을 위치시키는 단계와, 제1감시창 축조벽돌과 동일층을 이루면서 축조벽의 가장자리가 형성될 위치에 제2감시창 축조벽돌을 위치키는 단계와, 상기 제1감시창 축조벽돌과 제2감시창 축조벽돌의 상부에 감시창 축조벽돌을 적층하는 단계와, 축조벽의 축조가 완료된 이후 상기 제1감시창 축조벽돌을 제거하는 단계를 거치도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2감시창 축조벽돌들은 각각 감시공을 향해 수렴하는 경사면을 가지며, 각 제2감시창 축조벽돌들은 상기 경사면이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

한편,, 상기 감시창 축조벽돌들을 절단하는 단계는 상기 예비연통공의 높이가 감시공의 높이와 일치하도록 상기 경사면을 상부와 하부로 연장시키면서 예비연통공의 상단과 하단을 확장 절단하는 단계와, 상기 예비연통공의 확장된 상단과 확장된 하단이 감시공을 향해 수렴하는 경사면을 가지도록 상기 예비연통공의 확장된 상단과 확장된 하단을 경사지게 절단하는 단계를 거치도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 내화단열벽돌로 축조된 축조벽을 톱으로 절단하여 단일 재질로 이루어진 단열 감시창을 시공하므로, 내화단열벽돌과 캐스타블의 이종재질로 단열 감시창을 시공하는 종래와는 달리 열충격과 스폴링성이 매우 우수하여 장기간의 사용에도 균열 발생이 없는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 열분해 히터의 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 일반적인 열분해 히터의 단열 감시창이 시공되는 과정을 순서대로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법에 따라 공간부가 구비된 단열벽이 축조된 상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법에 따라 공간부에 축조벽이 축조된 상태를 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법에 따라, 예비연통공의 상단과 하단을 확장 절단하고, 확장된 예비연통공의 상단과 하단이 감시공을 향해 수렴하는 경사면을 가지도록 확장된 예비연통공의 상단과 하단을 경사지게 절단한 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법에 따라 예비연통공의 하단이 확장 절단된 상태를 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법에 따라 완성된 단열 감시창의 정면도.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

본 발명에 따른 열분해 히터의 단열 감시창은 프리캐스트 공법으로 시공되는 종래와는 달리 감시창 축조벽돌을 이용하여 다음과 같은 방법에 따라 시공된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 열분해 히터(10)의 내벽면에 내화단열벽돌을 이용하여 단열벽(20)을 축조한다. 상기 단열벽(20)은 감시공(A)의 가장자리로부터 일정거리를 유지하는 공간부(S)가 구비되도록 축조된다.

그리고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공간부(S)에 감시창 축조벽돌(110)을 적층하여 축조벽(100)을 축조한다. 상기 감시창 축조벽돌(110)은 단열벽(20)을 이루는 내화단열벽돌과 체적팽창율과 같은 기본물성이 대체적으로 동일하지만 스폴링성이 우수하다.

미설명부호 B 및 C는 감시공(A)에 인접하게 설치된 보강내화물이다.

만일 종래기술에서 언급한 바와 같이 단열벽의 공간부에 캐스타블(castable)로 제작된 프리캐스트 구조물을 삽입하는 공법으로 시공되었던 단열 감시창이 손상되어 이를 재시공하는 경우에는 손상된 프리캐스트 구조물을 제거하고 프리캐스트 구조물이 삽입되었던 자리에 축조벽(100)을 축조하면 된다.

한편, 상기 축조벽(100)의 중앙에 상기 감시공(A)과 수평선상으로 연통되는 예비연통공(C1)이 형성되도록 감시창 축조벽돌을 적층하는 것이 바람직하다.

즉, 감시창 축조벽돌을 적층할 때, 예비연통공(C1)이 형성될 위치의 중앙에 제1감시창 축조벽돌(111)을 위치시키고, 제1감시창 축조벽돌(111)과 동일층을 이루면서 축조벽(100)의 가장자리가 형성될 위치에 제2감시창 축조벽돌(112)을 위치시킨 다음, 상기 제1감시창 축조벽돌(111)과 제2감시창 축조벽돌(112)의 상부에 정상적으로 감시창 축조벽돌을 적층하는 것이다.

상기 제1감시창 축조벽돌(111)은 상부에 적층되는 감시창 축조벽돌이 예비연통공(C1)측으로 무너져 내리지 않도록 축조벽(100)이 완전히 경화될 때까지 예비연통공(C1)의 내부를 지지하게 된다. 그리고 상기 제1감시창 축조벽돌(111)은 축조벽(100)의 축조가 완료된 이후에 제거된다.

여기서, 상기 제2감시창 축조벽돌(112)들은 각각 감시공(A)을 향해 수렴하는 경사면(112a)을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 각 제2감시창 축조벽돌(112)의 경사면(112a)은 서로 마주하게 된다. 이는 이후에 감시창 축조벽돌을 톱으로 절단할 때 상기 경사면(112a)이 절단기준이 되어 매우 용이하고 정확하게 절단작업을 수행할 수 있게 되기 때문이다.

상기 경사면(112a)의 형성 각도와 기타 세부적인 치수들은 특별히 한정되지 않으며 히터 제조사의 요구사항에 따라 얼마든지 변경될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 예비연통공(C1)이 형성된 축조벽(100)이 완성되면, 상기 내부연통공(C1)이 감시공(A)과 수평선상으로 연통되면서 히터의 내부로 갈수록 확장되도록 열분해 히터의 내측에서 톱을 이용하여 감시창 축조벽돌들을 단계적으로 절단한다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 예비연통공(C1)의 높이가 감시공(A)의 높이와 일치할 때까지 예비연통공(C1)의 상단과 하단을 확장 절단한 다음, 상기 확장된 예비연통공(C1)의 상단과 하단이 감시공(A)을 향해 수렴하는 경사면(112a)을 가지도록 상기 확장된 예비연통공(C1)의 상단과 하단을 경사지게 절단하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 작업자는 예비연통공(C1) 내에 톱을 집어넣고 상기 톱을 제2감시창 축조벽돌(112)의 경사면(112a)에 밀착시킨 상태에서 예비연통공(C1)의 상단과 하단을 수직으로 절단하여 감시공(A)의 전면에 감시공(A)을 향해 수렴하는 서로 나란한 한 쌍의 절단라인(L)을 형성시킨 후에, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 상기 절단라인(L)을 기준으로 예비연통공(C1)의 하부영역을 톱을 이용하여 단계적으로 절취하여 예비연통공(C1)의 하단을 확장 절단한다.

그리고, 예비연통공(C1)의 상부영역(D2)을 톱을 이용하여 단계적으로 절취해 가면서 예비연통공(C1)의 상단을 확장 절단하면, 도 9에 도시된 바와 같이 연통공(C2)이 완성되며, 상기 연통공(C2)의 내벽면을 이루는 감시창 축조벽돌들의 절단면들을 매끈하게 연마한 다음 열분해 히터의 외부에서 감시공(A)을 선택적으로 개폐할 수 있는 도어(미도시)를 설치하면 단열 감시창(2)의 시공이 완료된다.

본 실시예에서는 예비연통공(C1)의 하단을 먼저 확장 절단하고 예비연통공(C1)의 상단을 나중에 확장절단한 것을 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 이와는 반대로 예비연통공(C1)의 상단을 먼저 확장절단하고 예비연통공(C1)의 하단을 나중에 확장절단하여도 무방하다.

이와 같이, 본 발명은 감시창 축조벽돌로 축조된 축조벽(100)을 톱으로 절단하여 연통공(C2)을 형성시키기 때문에 단열 감시창(2)을 단일 재질로 시공할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따라 시공된 단열 감시창(2)은 주변에 축조된 단열벽과 성분적으로 유사할 뿐만 아니라 열충격과 스폴링성이 우수하므로 장기간의 사용에도 균열 발생 없다.

한편, 본 발명의 단열 감시창(2)을 이루는 감시창 축조벽돌은 감시공(A)의 가장자리에 축조된 단열벽에 사용되는 내화단열벽돌보다 사이즈가 큰 것을 사용한다. 이는 기존의 내화단열벽돌과 같은 작은 크기의 감시창 축조벽돌로 축조벽(100)을 축조할 경우, 톱으로 감시창 축조벽돌을 절단하여 연통공(C2)을 형성시키는 과정에서 감시창 축조벽돌들이 상호간에 충분한 지지력을 제공받지 못하면서 붕괴되는 사고를 막기 위함이다.

이와 같이, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

2...단열 감시창 100...축조벽
111...제1감시창 축조벽돌 112...제2감시창 축조벽돌
112a...경사면 A...감시공
C1...예비연통공 C2...연통공

Claims (5)

1. 열분해 히터의 내벽면에 내화단열벽돌을 이용하여 열분해 히터의 측부에 형성된 감시공의 가장자리로부터 일정거리를 유지하는 공간부가 형성되도록 단열벽을 축조하는 단계;
   상기 공간부에 감시창 축조벽돌을 적층하여 축조벽을 축조하는 단계; 및
   상기 축조벽의 전면에 감시공과 수평선상으로 연통되면서 히터의 내부로 갈수록 확장되는 연통공이 형성되도록 상기 감시창 축조벽돌을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 축조벽을 축조하는 단계는
   상기 축조벽의 중앙에 상기 감시공과 연통되는 예비연통공이 형성되도록 감시창 축조벽돌을 적층하는 단계를 거치도록 한 것을 특징으로 하는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법.
3. 제 2항에 있어서,
   예비연통공이 형성되도록 감시창 축조벽돌을 적층하는 단계는
   예비연통공이 형성될 위치의 중앙에 제1감시창 축조벽돌을 위치시키는 단계;
   제1감시창 축조벽돌과 동일층을 이루면서 축조벽의 가장자리가 형성될 위치에 제2감시창 축조벽돌을 위치키는 단계;
   상기 제1감시창 축조벽돌과 제2감시창 축조벽돌의 상부에 감시창 축조벽돌을 적층하는 단계; 및
   축조벽의 축조가 완료된 이후 상기 제1감시창 축조벽돌을 제거하는 단계를 거치도록 하는 것을 특징으로 하는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제2감시창 축조벽돌들은 각각 감시공을 향해 수렴하는 경사면을 가지며,
   각 제2감시창 축조벽돌들은 상기 경사면이 서로 마주보도록 배치된 것을 특징으로 하는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 감시창 축조벽돌들을 절단하는 단계는
   상기 예비연통공의 높이가 감시공의 높이와 일치하도록 상기 경사면을 상부와 하부로 연장시키면서 예비연통공의 상단과 하단을 확장 절단하는 단계; 및
   상기 예비연통공의 확장된 상단과 확장된 하단이 감시공을 향해 수렴하는 경사면을 가지도록 상기 예비연통공의 확장된 상단과 확장된 하단을 경사지게 절단하는 단계를 거치도록 하는 것을 특징으로 하는 열분해 히터의 단열 감시창 시공방법.

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