KR20160071334A - 급속-냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중-튜브 열 교환기로서의 1차 급속 냉각기(10)와, 적어도 하나의 튜브 다발을 가진 2차 급속 냉각기(20)로서의 튜브 다발 열 교환기가 있는 급속-냉각 시스템에 관한 것인데, 여기서 튜브 다발은 케이싱(32)에 의해 둘러싸여 있고, 서로 이격된 장소에 배열된 2개의 튜브 시트(28)들 사이에 형성되는 케이싱 룸(36)을 형성하고, 튜브 다발의 다발 튜브(29)들은 양쪽 모든 측면 상의 튜브 시트들 중 상기 튜브 시트(28)들 사이에 유지된다. 가스 유입구(21)나 가스 유출구(23)의 측면 상의 튜브 시트는 막 시트 또는 얇은 튜브 시트로서 다발 튜브들로 형성된다. 얇은 튜브 시트(28)는 서로 연결되어 있을 뿐만 아니라 냉매가 유동하는 평행한 냉각 채널(27)들이 제공된다. 냉각 채널(27)은 채널 장치 내에 설계되고 튜브 플레이트로서 얇은 튜브 시트(28) 상에 배열된다. 채널 장치 내의 냉각 채널(27)들은 직사각형 터널 기하학적 구성을 가진다. 터널 기하학적 구성의 냉각 채널(27)들은 (ⅰ) 물/증기 측면으로부터 가스 측면을 분리하되 둘러싸인 튜브 다발의 케이싱(32)에 연결되는 링 플랜지(35)에 연결되는 얇은 튜브 시트(28); (ⅱ) 튜브 시트(28) 상에 배열되면서 서로로부터 개별적인 물/증기 유동을 분리하는 평행한 웨브(33)들; (ⅲ) 다발 튜브(29)들을 위한 개구(18)들이 제공되되 냉각 채널(27)들의 터널 장치 내에서의 유동을 한정하는 피복 시트(34);로부터 형성된다.

Description

급속-냉각 시스템{QUENCH-COOLING SYSTEM}
본 발명은 특허청구범위 제 1 항의 전제부에 기술된 특징을 가지는 급속-냉각 시스템에 관한 것이다.
분해로(cracking furnace)는 에틸렌을 생산하기 위한 일부 플랜트의 2단계 냉각 시스템에서 사용된다. 수직방향으로 배열된 이중-튜브 열 교환기는 보통 여기에서 1차 급속 냉각기로서 제공되고, 종래의 수직방향이나 수평방향으로 배열된 튜브 다발 열교환기는 2차 급속 냉각기로서 제공된다.
이러한 튜브 다발 열 교환기는, 분해로 또는 화학 플랜트 반응기로부터의 반응 가스를 신속하게 냉각시키면서도 이와 동시에 발생된 열을 제거하는 냉매로서 고압 증기를 발생시키는, 공정 가스 폐열 보일러로서 이용된다.
튜브 다발 열 교환기는 EP 0 417 428 B1에 공지되어 있는데, 여기서 적어도 하나의 튜브 다발이 있는 열 교환기는, 서로 이격된 장소에 배열된 2개의 튜브 시트들 사이에 형성된 내부 공간을 형성하는, 케이싱에 의해 둘러싸여 있고, 튜브 다발들의 튜브들은 각각 튜브 시트의 양쪽 측면 상에 각각 유지된다. 튜브 시트는 튜브를 동심방향으로 둘러싸고 있는 열린 턴-아웃(open turn-out)들, 및 서로 연결되어 있을 뿐만 아니라 냉매가 유동하는 평행한 냉각 채널들이 있는 가스 유입구 측에 제공된다.
게다가, 튜브 다발 열 교환기는 WO 01/48434 A1에 공지되어 있고, 여기서 열 교환기는 압력을 받고 있는 케이싱, 및 냉각될 유체의 진입을 위한 유입구 분배기로부터 케이싱의 내부 공간을 분리시키는 하부 튜브 플레이트를 가진다. 하부 튜브 플레이트는 유체를 위한 통로를 가지고, 세척 통로는 케이싱의 외부에 연결하기 위한 튜브 플레이트의 내부 표면에 가깝게 측면방향으로 배열되어 있고, 상기 세척 통로는 튜브 다발의 밑바닥에 있는 튜브 플레이트를 세척하기 위하여 케이싱을 통해 디바이스를 삽입하도록 의도되어 있다. 검사 통로는 세척될 구간의 시각적인 검사를 위한 플레이트 표면 가까이에 존재할 수도 있다.
이러한 급속-냉각 시스템에 관한 통상적인 장치들은 도 1과 도 2에 개략적으로 나타나 있다. 나타나 있는 도면에서, 1차 급속 냉각기는 항상 수직 상태에 있는 이중 튜브 열 교환기로서 설계되는 한편, 2차 급속 냉각기와 같은 역할을 하는 튜브 다발 열 교환기는, 한번은 도 1에 따라 수평 상태에 있도록 배열되고 다른 때에는 도 2a와 도 2b에 따라 가스 유입구와 가스 유출구를 위한 2개의 상이한 장치에 수직 상태에 있다.
상승된 상태로 배열된 공통 증기 드럼으로 이용되는 2개의 상이한 1차 및 2차 급속 냉각기에 관한 장치들은 분해로의 화실(火室; firebox)과 연결되어 있는 바람직한 실시예들이다. 급속 냉각기는 대부분의 경우 분해로의 방사상 구역 위에 배열된다.
튜브 시트 위에서의 물의 빠른 유속은 수직방향으로 배열된 2차 급속 냉각기의 경우에 있어서 매우 결정적이고, 여기서 도 2a에 따라 가스 유입구에 있거나 도 2b에 따라 가스 유출구에 있는 튜브 시트는 튜브 시트에 대한 악영향을 피하기 위하여 워터 시스템에서의 최저 지점을 나타낸다. 이러한 영향은, 예컨대 부식의 결과로서의 퇴적물 때문에, 그리고 튜브 시트 상의 고체 입자의 침전의 결과로서의 과열 때문에 일어난다.
작은 고체 입자는 급속 냉각기의 수로의 물로 매우 자주 들어가는데, 예컨대 에틸렌 생산을 위한 이러한 플랜트의 시동시 특히 그러하다. 추가로, 튜브 시트, 튜브 또는 케이싱의 수변 금속 표면(water-side metal surface)들은 자철석 또는 Fe3O4로 된 층을 만들어낸다. 자철석 층은 튜브 시트의 스틸을 보호하고, 항상 작동 온도에서 금속 표면으로부터 스스로 천천히 재생되면서, 자철석으로 이루어진 소량의 입자들은 물 속으로 방출된다.
물의 빠른 유속뿐만 아니라, 예컨대 최고의 열 유속을 가진 튜브 시트의 중간인 튜브 시트의 민감한 영역으로부터 효과적인 블로-다운(blow-down)이 이용될 수 있는 영역으로 튜브 시트 위에서의 물의 흐름을 안내하는 것도 중요하다.
2차 급속 냉각기의 튜브 시트 구성은 소위 막 구성으로 설계되고, 약 25 mm의 두께를 가진 얇은 플레이트를 구비한다. 급속 냉각기의 다발 튜브는 얇은 플레이트 상에 용접된다.
가스 유입구 또는 가스 유출구의 튜브 시트 위에서의 물의 흐름을 경로설정하기 위하여 플레이트 상에 디바이스가 제공되지는 않는다.
본 발명의 한가지 목적은 급속-냉각 시스템에 매체 유동 장치를 제공하는 것인데, 이 매체 유동 장치에서는 2차 급속 냉각기의 연결에 따라 퇴적물이 형성되는 것이 방지되도록 매체의 유동이 가스 유입구 측면이나 가스 유출구 측면의 튜브 시트 위에서 경로설정된다. 다른 목적은, 튜브 시트를 검사할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 방법으로 세척할 수 있는 엑세스를, 가스 유입구나 가스 유출구의 측면 상의 튜브 시트 상의 매체 유동 장치에 제공하는 것이다.
기본적인 목적은, 이중-튜브 열 교환기로서의 1차 급속 냉각기와, 적어도 하나의 튜브 다발을 가진 2차 급속 냉각기로서의 튜브 다발 열 교환기가 있는 급속-냉각 시스템에 의해 달성되는데, 여기서 튜브 다발은 케이싱에 의해 둘러싸여 있고, 서로 이격된 장소에 배열된 2개의 튜브 시트들 사이에 형성되는 케이싱 룸을 형성하고, 튜브 다발의 다발 튜브들은 양쪽 모든 측면 상의 튜브 시트들 중 튜브 시트들 사이에 유지된다. 가스 유입구나 가스 유출구의 측면 상의 튜브 시트는 다발 튜브를 가진 막 구성의 얇은 튜브 시트로서 설계된다. 얇은 튜브 시트는 서로 연결되어 있을 뿐만 아니라 냉매가 유동하는 평행한 냉각 채널들이 제공된다. 냉각 채널은 채널 장치 내에 설계되고, 튜브 플레이트로서 얇은 튜브 시트 상에 배열된다. 채널 장치 내에 설계된 냉각 채널은 직사각형 터널 기하학적 구성을 가진다. 터널 기하학적 구성을 가진 냉각 채널은, 물/증기 측면으로부터 가스 측면을 분리하되 둘러싸인 튜브 시트의 케이싱에 연결되는 링 플랜지에 연결되는 얇은 튜브 시트, 튜브 시트 상에 배열되면서 튜브 시트에 연결되며 서로로부터 개별적인 물/증기 유동을 분리하는 평행한 웨브, 및 다발 튜브들을 위한 개구들이 제공되되 웨브에 연결되면서 냉각 채널의 터널 장치 내에서의 유동을 한정하고 소정의 비율과는 별도로 둘러싸인 튜브 다발의 케이싱에 의해 둘러싸인 케이싱 룸으로 유동이 새는 것을 방지하는 피복 시트로부터 형성된다. 터널 장치 내에 설계된 냉각 채널은 냉각 채널의 유입 구멍으로부터 유출 구멍 쪽으로의 방향으로 정확히 관리되는 유동을 유발한다.
피복 시트와 유출 구멍의 수직선 사이에 형성된 소정의 각도(α) 만큼 유입 구멍으로부터 유출 구멍 쪽으로의 터널 높이의 연속적인 감소 때문에 각각의 냉각 채널들 중 적어도 2개가 냉각 채널들 또는 채널들의 단면에 변화가 나타나 있는 경우가 특히 유리한 것으로 알려져 있다.
더욱이, 피복 시트와 냉각 채널의 유출 구멍의 수직선 사이에 형성된 소정의 각도(α)는 90˚ 내지 110˚ 이상의 범위 내에 있는 경우가 유리한 것으로 알려져 있는데, 이는 냉각될 튜브 시트의 소정의 영역 위에서의 필요한 유속의 소정의 증가량에 그 각도가 좌우되기 때문이다.
검사 또는 세척 노즐들이 서로 마주하여 배열되어 있으면서 케이싱에 연결된 링 플랜지의 외부 표면 측면 상의 터널 장치 내의 냉각 채널의 수준으로 같은 높이에 있다는 점, 및 검사 또는 세척 노즐들이 링 플랜지 내의 구멍을 통해 채널 장치 내의 냉각 채널과 통한다는 점은 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템의 다른 구성에서의 다른 유리한 점으로 여겨져야만 한다.
게다가, 냉각 채널과 결합되고 서로 마주하여 배열되어 있고 링 플랜지 상에 같은 높이에 있는 검사 또는 세척 노즐이 커버가 설치되는 경우, 및 서로 마주하여 위치된 각각의 검사 또는 세척 노즐들의 커버들이나 개별적인 커버들이 터널 장치 내의 냉각 채널의 영역 내의 다발 튜브의 수변 유지 또는 검사를 위한 구멍으로서 제거가능하게 배열되는 경우가 유리한 것으로 알려져있다.
게다가, 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템에서는 각각 마주하는 검사 또는 세척 노즐들의 커버들이나 개별적인 커버들이 물 분사장치(water jet)가 있는 터널 장치 내의 냉각 채널의 영역에 존재하는 퇴적물을 세척해 내기 위한 구멍으로서 제거가능하게 배열된다는 점이 유리한 것으로 알려져있다.
본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템의 다른 실시예에서는 냉각 채널들과 결합되고 서로 마주하여 배열되어 있고 링 플랜지 상에 같은 높이에 있는 검사 또는 세척 노즐들이 링 플랜지 내의 구멍들을 통해 그리고 링 플랜지 상의 연속적인 구멍들과 같이 용접되어 있는 배수관(welded-on drain pipe)을 통해 터널 장치 내의 냉각 채널들의 수준으로 한쪽 측면 상에 배열된 보일러 블로-다운 탱크와 통한다는 점이 유리한 것으로 알려져있다.
게다가, 검사 또는 세척 노즐이 배수관에 마주하여 위치되어 있는 보일러 블로-다운 탱크의 외부면 상에 배열된다는 점이 특히 유리하다.
급속-냉동 시스템이 보일러 블로-다운 탱크가 제공되는 경우라면, 검사 또는 세척 노즐이 보일러 블로-다운 탱크가 그 위에 배열되는 측면에 마주하는 링 플랜지 상에 일직선으로 배열되는 것이 유리하다.
바람직한 터널 유동 구성은 가스 유입구 측면 또는 가스 유출구 측면 상의 튜브 시트 위에서의 매체의 빠른 유속을 보장한다. 매체의 빠른 유속 때문에, 고체 입자는 원칙적으로 튜브 시트 상에 침전될 수 없다. 튜브 시트 상의 고체 입자의 침전이 반드시 일어나는 것은 아니기 때문에, 튜브 시트의 과열 및 온수 부식은 전개될 수 없다.
터널 유동 장치는 2가지 결정적인 특징을 가진다. 첫째, 고체 입자는 유리한 터널 유동 장치를 통해 발생된 매체의 빠른 유속 때문에 반드시 침전되는 것은 아니고, 둘째, 튜브 시트의 과열 및 그에 따른 온수 부식은 안내되는 강한 냉각의 제공 때문에 전개되지 않는다. 터널 유동 장치는 수직방향으로 배열된 2차 급속 냉각기의 가스 유입구 측면이나 가스 유출구 측면의 튜브 시트 쪽으로의 또는 이 튜브 시트에 나란한 물의 연속적이면서 균일한 유동을 보장하고, 고체 입자와 슬러지는 수변 상의 침전으로부터 반드시 예방된다.
급속-냉각 시스템의 수명과 신뢰성은 각각의 튜브 시트 상의 유리한 터널 유동 장치의 실시예에 기인한 이러한 방식으로 상당히 증가된다.
본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템의 다른 실시예에서, 튜브 시트 상에 배열된 각각의 냉각 채널 쪽으로의 연속적인 엑세스를 보장하기 위하여 커버는 제거된 상태로 검사 및 세척 노즐을 통한 제공이 유리하게 행해지므로, 상기 냉각 채널은 이후 양쪽 모든 측면들 또는 단지 한쪽 측면으로부터 높은 압력을 받고 있는 바람직한 매체로서의 물을 도입함으로써 세척될 수 있다. 블로-다운 워터는 바람직하게는 배수관을 통해 제공된 보일러 블로-다운 탱크 속으로 반대편에 있는 냉각 채널을 항상 지나간다.
본 발명의 추가적인 이점들은 예시적인 실시예들에 기초하여 도면에 나타나 있고, 아래에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1에는 당해 기술분야에 따라 1차 급속 냉각기는 수직 배열상태에 있고 2차 급속 냉각기는 수평 배열상태에 있는 급속-냉각 시스템이 나타나 있다.
도 2a에는 당해 기술분야에 따라 1차 급속 냉각기는 수직 배열상태에 있고 2차 급속 냉각기는 수직 배열상태에 있되 가스 유입구가 하부 단부에 배열되어 있는 도 1의 장치와 유사한 장치가 나타나 있다.
도 2b에는 당해 기술분야에 따라 가스 유입구는 상부 단부에 배열되어 있되 2차 급속 냉각기는 수직 배열되어 있는 도 2a의 장치와 유사한 장치가 나타나 있다.
도 3에는 위에서 바라본 축소된 배율로 튜브 시트 위의 짧은 거리를 절단한 단면도의 형태로 2차 급속 냉각기의 얇은 튜브 시트 상의 터널 장치 내의 냉각 채널의 구성에 관한 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템이 나타나 있다.
도 4a에는 라인 A-A에 나란한 단면도의 형태로 도 3에 따르는 터널 장치 내의 냉각 채널의 구성에 관한 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템이 나타나 있다.
도 4b에는 라인 B-B에 나란한 단면도의 형태로 도 3에 따르는 터널 장치 내의 냉각 채널의 구성에 관한 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템이 나타나 있다.
도 5에는 도 4a에 따르는 X의 상세한 확대도가 나타나 있다.
도 6에는 냉각수 유입구가 있는 도 4b에 따라 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템을 위한 2차 급속 냉각기의 튜브 시트 위에서의 매체의 유속을 증가시키기 위한 냉각 채널 또는 터널의 구성이 나타나 있다.
도 7에는 도 3에 따른 단면도의 형태로 본 발명에 따르는 급속-냉각 시스템의 2차 급속 냉각기의 얇은 튜브 시트 상의 터널 장치 내에 배열된 냉각 채널 쪽으로의 엑세스를 위한 구성이 나타나 있다.
도 8에는 도 7에 따르는 Y의 상세한 확대도가 나타나 있다.
도 9에는 도 7에 따르는 Z의 상세한 확대도가 나타나 있다.
도 1에 나타나 있는 급속-냉각 시스템은 1차 급속 냉각기(10)로서 대체로 수직방향으로 배열된 이중-튜브 열 교환기, 및 2차 급속 냉각기(20)로서 종래의 수평방향으로 배열된 튜브 다발 열 교환기를 구비한다. 상승된 상태로 배열된 공통 증기 드럼(40)을 이용하는 2개의 상이한 급속 냉각기들로 된 장치는 당해 기술분야에 따르는 분해로(미도시)의 화실(미도시)과 연결되어 있는 바람직한 장치들 중 하나이다.
화살표 방향에 따르는 가스 흐름을 위한 가스 유입 구멍(11)은 수직방향으로 배열된 1차 급속 냉각기(10)의 하부 단부에 배열된다. 가스 흐름은 소정의 냉각된 상태로 가스 유출 구멍(12)의 상부 단부에서 수직방향으로 배열된 1차 급속 냉각기(10)를 지나간다. 냉각된 가스 흐름은 더욱 냉각되도록 1차 급속 냉각기(10)의 가스 유출 구멍(12)과, 수평방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20)의 유입구 헤더(22)의 가스 유입구(21) 사이에 배열된 수송관(17)을 통해 가스 유입구의 측면 상에 있는 2차 급속 냉각기(20)에 공급되고, 유출구 헤더(24)의 가스 유출구(23)의 반대편에 있는 2차 급속 냉각기(20)를 지나간다.
냉매, 특히 물은 공급 수송관(15)을 통해 냉각수 유입 구멍(13)에서 가스 유입 구멍(10) 위로 화살표의 방향을 따라 증기 드럼(40)으로부터 1차 급속 냉각기(10)에 공급되고, 가스 유출 구멍(12) 아래의 냉각수 유출 구멍(14)에서 흡인 튜브(16)를 통해 다시 증기 드럼(40) 속으로 물/증기 혼합물로서 급속 냉각기를 지나간다. 냉매는 2차 공급 수송관(44)을 통해 증기 드럼(40)으로부터 냉각수 유입구(25)에서 유입구 헤더(22) 뒤로 화살표 방향을 따라 수평방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20)에 공급되고, 유출구 헤더(24) 앞에서 냉각수 유출구(26)와 2차 흡인 튜브(45)를 통해 다시 증기 드럼 속으로 물/증기 혼합물로서 급속 냉각기를 지나간다.
이러한 급속-냉각 시스템은, 높은 압력을 받고 있되 끓고 있으면서 부분적으로는 증발하고 있는 매체, 특히 물을 이용하여 분해로 또는 화학 플랜트 반응기로부터 반응 가스 또는 분해 가스의 신속한 냉각을 위하여 사용된다.
도 2a에는 급속-냉각 시스템의 배열이 나타나 있는데, 여기서 1차 급속 냉각기(10)와 2차 급속 냉각기(20)는 증기 드럼(40) 아래에 수직방향으로 배열되어 있다. 나타나 있는 동일한 구성요소에 관한 도 1에서 사용된 참조 번호는 변함없이 그대로 여서, 개략적인 배열에 관한 추가 설명은 원칙적으로 생략될 수 있다. 가스는 1차 급속 냉각기(10)에서와 마찬가지로 유입구 헤더(22)에서 가스 유입구(21)를 통해 2차 급속 냉각기의 하부 단부로부터 화살표의 방향에 따라서 수직방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20)에 공급된다. 가스 유입구(21)는 수송관(17)을 통해 1차 급속 냉각기(10)의 가스 유출 구멍(12)에 연결된다. 가스는 유출구 헤더(24)의 상부 단부에서 가스 유출구(23)로 수직방향으로 배열된 급속 냉각기(20)를 지나간다.
증기 드럼(40)으로부터의 냉매, 특히 물은 유입구 헤더(22) 위에서 냉각수 유입구(25)로 2차 공급 수송관(44)을 통해 화살표의 방향에 따라 도 2a에 있는 2차 급속 냉각기(20)에 공급되고, 유출구 헤더(24) 아래의 냉각수 유출구(26)에서 2차 흡인 튜브(45)를 통해 다시 증기 드럼(40) 속으로 2차 급속 냉각기(20)를 지나간다.
도 2b에는 급속-냉각 시스템의 개략적인 배열이 나타나 있는데, 이 배열은 도 2a에 있는 배열과 유사하다. 나타나 있는 급속-냉각 시스템의 실시예에서, 가스는 수직방향으로 배열된 1차 급속 냉각기(10)의 가스 유출 구멍(12)으로부터 수송관(17)을 통해, 그리고 상기 가스 유입구(21)가 수직방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20)의 상부 단부에 배열되어 있는 유입구 헤더(22)의 가스 유입구(21)를 통해 화살표의 방향에 따라 공급된다. 가스는 가스 유출구 헤더(24)의 하부 단부의 가스 유출구(23)로 수직방향으로 배열된 급속 냉각기(20)를 지나간다.
도 2b에 나타나 있는 배열에서, 냉각수는 수직방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20)의 유출구 헤더(24)의 하부 단부에서 2차 공급 수송관(44)을 통해 냉각수 유입구(25)로 화살표의 방향을 따라 증기 드럼(40)으로부터 공급되고, 유입구 헤더(22) 아래에서 냉각수 유출구(26)와 2차 흡인 튜브(45)를 통해 다시 증기 드럼(40) 속으로 물/증기 혼합물로서 급속 냉각기를 지나간다.
도 3에는 튜브 시트 바로 위의 단면도의 형태로 2차 급속 냉각기(20)의 얇은 튜브 시트(28) 상의 터널 장치 내의 냉각 채널(27)들의 구성이 나타나 있다. 냉각 채널(27)은 얇은 튜브 시트(28) 상에서 터널들과 같이 병렬로 배열되어 있다. 냉각 채널(27)은 개구(18)들이 제공되는데, 이 개구들은 튜브 시트(28)에 대해 직각으로 피복 시트(34)에 의해 형성된 표면 상에 소정의 이격된 장소에 배열되어 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 5와 관련하여 도 3에서 보다 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 튜브 다발들로 된 다발 튜브(29)는, 구멍과 다발 튜브 사이에 형성될 뿐만 아니라 각각의 개구(18)와 이를 통과하는 다발 튜브(29) 사이에 미리 정해져 있는 링 간극(19)으로 튜브 시트(28)에 대해 직각으로 서로 이격된 장소들에서 개구(18)를 통과하게 된다. 각각의 다발 튜브(29)의 각각의 어느 한 단부는 얇은 튜브 시트(28)에 용접되고, 다발 튜브들의 각각의 마주하는 단부들은 나타나 있지 않은 급속 냉각기(20)의 반대편에서 튜브 시트에 용접된다(미도시).
물/증기 대량 유동의 매체는 2차 공급 수송관(44)(미도시) 위에서 2차 급속 냉각기(20)의 냉각수 유입구(25)(미도시) 쪽으로 도 4b에 따라 유동한다. 대량 유동(mass flow)은 배열된 냉각 채널(27)의 외주에 맞게 되어 있는 배플 플레이트(43)를 이용하여 터널 장치 내에 설계된 냉각 채널(27)들의 유입 구멍(30)들로 안내된다. 전체 대량 유동은 개별적인 터널들 또는 냉각 채널(27)들 사이에서 갈라지고, 유입 구멍(30)으로부터 시작하여 모든 터널들 또는 냉각 채널들을 통과하면서 그 주위에서 유동하므로, 이격된 장소에 배열되어 있을 뿐만 아니라 유입 구멍(30) 반대편에 정렬된 유출 구멍(31)의 방향으로 서로 이격된 장소에서 냉각 채널에 대해 직각으로 통과되어 있는 다발 튜브(29)를 냉각시킨다. 결과적으로, 정확히 관리되는 유동은 유입 구멍(30)으로부터 유출 구멍(31) 쪽으로 전개된다.
터널 또는 냉각 채널(27)을 통해 유동하는 동안, 대량 유동의 작은 부분은 도 5에 따라 개별적인 링 간극(19)을 통과하는데, 이 링 간극은 개별적인 냉각 채널의 개구(18)와 냉각 채널에 대해 직각으로 통과되는 다발 튜브(29) 사이에 각각 형성된다. 링 간극(19)은 링 간극의 영역에서 일어날 수 있는 다발 튜브(29)의 강력한 냉각을 위하여 제공되는 것이 바람직한데, 이는 대량 유동의 일부가 링 간극(19)을 통과하고 효과적인 열 발산이 달성되기 때문이다.
대량 유동은 도 4b에 따라 다시 유출 구멍(31) 뒤에서 합류되고, 튜브 다발을 둘러싸면서 2차 급속 냉각기의 케이싱(32)에 의해 둘러싸여 있는 케이싱 룸(36)으로 들어간다. 케이싱(32)은 튜브 시트(28)에 연결되는 링 플랜지(35)에 용접된다.
도 4a에는 도 3에 따라 라인 A-A에 나란한 단면이 나타나 있고, 도 4b에는 도 3에 따라 라인 B-B에 나란한 단면이 나타나 있다.
얇은 튜브 시트(28) 상의 웨브(33)들에 의해 분리되는 냉각 채널(27)들 또는 터널들은 병렬로 뻗어있고 피복 시트(34)에 의해 커버되고 서로 웨브(33)들에 의해 분리되고, 도 4a에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이 개구(18)를 통과한 다발 튜브(29)는 분명히 하기 위하여 생략된다. 냉각 채널(27)들은, 급속 냉각기(20)의 케이싱(32)에 용접되는 링 플랜지(35)에 연결되는 튜브 시트(28) 상에 병렬로 배열된다. 터널 장치 내의 냉각 채널(27)들은 둘러싸인 튜브 다발로 케이싱(32)에 의해 둘러싸인 케이싱 룸(36)의 물/증기 영역 내에 위치된다. 튜브 시트(28)는 터널 장치 내의 냉각 채널(27)과 배열되고, 여기서 냉각 채널은 급속-냉각 시스템에 관한 도 2a 또는 도 2b에 따르는 장치에 좌우되어 화살표의 방향에 따라 가스 유입구(21) 또는 가스 유출구(23)의 측면 상에서 터널 장치 위에 배열된다.
도 4b에는 피복 시트(34)가 있는 냉각 채널(27) 또는 터널이 나타나 있는데, 피복 시트의 유입 구멍(30)은 유출 구멍(31) 보다 크다. 냉각 채널(27)은 링 플랜지(35)에 연결되는 얇은 튜브 시트(28) 상에 배열된다. 링 플랜지(35)는 케이싱 룸(36)을 둘러싸는 급속 냉각기(20)의 케이싱(32)에 용접된다. 냉각 채널들의 외주에 맞게 되어 있을 뿐만 아니라 개별적인 냉각 채널(27)들 사이에서 물/증기 대량 유동을 가르는 배플 플레이트(43)는 튜브 시트(28) 상에서 케이싱 룸(36) 내부에 배열되고, 물이 있는 챔버(water chamber)(46)를 형성한다.
도 4b에 나타나 있는 채널 장치 내의 냉각 채널(27)에는 유입 구멍(30)으로부터 유출 구멍(31) 쪽으로의 터널 높이의 연속적인 감소에 기인한 터널의 단면에서의 변화가 나타나 있다. 유출 구멍의 수직선과 피복 시트 사이의 터널 높이의 연속적인 감소는 각도(α)에 의해 결정된다. 소정의 각도는 튜브 시트의 소정의 영역 위에서의 유속의 필요한 증가량에 좌우되고, 90˚ 내지 110˚ 이상의 범위 내에 있다.
도 5에는 도 4a에 따르는 X의 상세한 확대도가 나타나 있는데, 여기서 병렬로 뻗어있는 웨브(33)와, 링 간극(19)을 포함하여 통과되는 다발 튜브(29)를 위한 개구(18)가 있는 피복 시트(34)로 형성되는 채널 장치 내의 냉각 채널(27)은 튜브 시트(28)와 연결되어 있는 것으로 분명히 볼 수 있다.
수직방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20)에서, 터널 장치는 언제나 물/증기 측면 상에서 급속 냉각기의 가장 깊은 부위에 배열된다. 이 연결에서 가스 유입구인지 가스 유출구인지는 중요하지 않다. 터널 장치는 물/증기 측면 상에서 가스 유입구(21)의 측면 상의 수평방향으로 배열된 2차 급속 냉각기(20) 내에 배열된다.
냉각 채널(27) 또는 채널의 전체 터널 장치는 링 플랜지(35)에 의해 둘러싸여 있다. 바람직한 직사각형 터널 기하학적 구성은 반드시 다음의 3개의 구성요소들, 즉 얇은 튜브 시트(28), 웨브(33) 및 피복 시트(34)에 의해 형성된다.
얇은 튜브 시트(28)는 물/증기 측면으로부터 가스 측면을 분리하고, 링 플랜지(35)에 연결된다.
웨브(33)는 서로로부터 개별적인 물/증기 유동을 분리해서, 정확히 관리되는 유동은 유입 구멍(30)으로부터 냉각 채널(27) 또는 터널의 유출 구멍(31)의 방향으로 획득될 수 있고, 여기서 웨브는 튜브 시트(28)에 연결된다.
피복 시트(34)는 냉각 채널(27)의 터널 장치 내에서의 유동의 한정을 보장하면서 의도된 비율과는 별도로 유동이 새는 것을 반드시 방지하고, 케이싱 룸(36) 속으로 링 간극(19)을 통과하고, 케이싱(32)에 의해 둘러싸여 있고, 튜브 다발의 다발 튜브(29)들을 둘러싼다. 피복 시트(34)는 웨브(33)에 연결되는데, 특히 용접된다.
유입 구멍(30)으로부터 냉각 채널(27)의 유출 구멍(31)의 방향으로 정확히 관리되는 유동은 터널 장치 내에 설계되어 있는 냉각 채널(27)로 보장된다.
도 6에는 냉매의 유동 진로가 있는 도 4b에 따르는 터널 장치 내의 냉각 채널(27)에 관한 도면이 나타나 있다. 냉각 채널(27)이 터널 장치 내에서 그 위에 배열되는 튜브 시트(28)에 연결되는 링 플랜지(35)는 도면에서 분명히 볼 수 있다. 링 플랜지(35)는 급속 냉각기(20)의 케이싱(32)에 연결되고, 케이싱 룸(36)은 튜브 다발의 다발 튜브(미도시)를 둘러싸면서 물/증기 영역을 둘러싸도록 형성된다.
냉각수 유입구(25)에서, 냉매는 화살표의 방향을 따라 유입구 챔버(46)로 들어가고, 유입구 챔버는 케이싱(32)의 외주의 절반 위에 뻗어있고 배플 플레이트(43)에 의해 반드시 한정되고, 배플 플레이트는 냉각 채널(27)의 유입 구멍(30)을 따라서는 튜브 시트(28)에 연결되고 냉각수 유입구 바로 위에서는 케이싱(32)에 대응하여 연결되는데 바람직하게는 용접된다. 유입구 챔버(46)로부터, 냉매는 냉각 채널(27)의 개별적인 유입 구멍(30)에 도달하고, 유출 구멍(31)에서 냉각 채널을 지나가고, 케이싱 룸(36)에 들어간다. 더욱이, 튜브 시트(28)가 급속 냉각기의 배열에 좌우되어 가스 유입구(21) 또는 가스 유출구(23)의 측면 상에 배열될 수 있다는 것은 화살표로 지시된다.
냉각 채널(27) 또는 채널의 유입 구멍(30)으로부터 유출 구멍(31)으로의 단면의 소정의 감소는 물/증기 대량 유동의 유속을 증가시키기 위하여 의도되어 있다. 단면적의 감소와 관련되어 있는 대량 유동의 유속의 증가는 급속 냉각기(20), 결과적으로는 급속-냉각 시스템의 수명 연장을 위해 튜브 시트(28), 그중에서도 튜브 시트의 중간에 있는 크게 스트레스받는 부분의 보다 강한 냉각을 위하여 매우 필수적이다.
터널 장치 내의 냉각 채널(27)의 특별한 구성은 튜브 시트(28)의 내부 측면 또는 수변 상에서의 퇴적물의 형성을 배제하는 것이 필수적이다. 퇴적물을 방지하기 위하여, 튜브 시트 위에서의 관리되는 유동은 한정된 속도를 가져야 한다. 따라서, 터널 내의 대량 유동을 유지하는 동안, 필요한 속도는 터널의 단면을 변경하여 조절될 수 있다. 터널의 단면의 변화는 터널 높이의 연속적인 감소로 달성된다.
도 7에는 도 3과 유사한 도면이 나타나 있고, 케이싱 측면 상에서 서로 마주하면서 같은 높이로 링 플랜지(35) 상에 배열되어 있는 검사 또는 세척 노즐(37)들은 각각의 유입 구멍(30)과 유출 구멍(31)과 결합된다. 검사 또는 세척 노즐(37)들은 각각 커버(38)가 제공되고, 다발 튜브(29)의 수변 유지 또는 검사시 터널 장치의 영역 내에서 분리가능하게 배열되어 있다. 커버들 또는 개별적인 커버(38)만이 서로 마주하여 위치되어 있는 검사 또는 세척 노즐(37)들에서의 이러한 작동을 위하여 제거될 수 있다.
검사 또는 세척 노즐(37)의 분리가능하게 배열된 커버(38)들은 냉각 채널(27)의 터널 장치를 검사하거나 세척하기 위한 구멍 또는 엑세스로서 제공된다. 서로 마주하여 위치된 각각의 검사 또는 세척 노즐(37)들의 커버(38)들은 검사 또는 세척하기 위하여 제거된다. 존재할 수 있는 퇴적물은 커버(38)가 제거된 상태로 검사 또는 세척 노즐(37)들을 통해 측정 장치를 이용하여 검출될 수 있다. 검출된 퇴적물은 고압 물 분사장치를 이용하여 어느 한 구멍으로부터 마주하는 구멍까지 제거될 수 있다. 고압 물 분사장치로 제거된 퇴적물은 바람직하게는 보일러 블로-다운 탱크(39)로 공급되는데, 이 탱크는 검사 또는 세척 노즐(37)의 한쪽 측면 상에 부착되고 블로-다운 워터를 수용하거나 빼낸다.
도 7에 따르는 Y의 상세한 확대도는 도 8에 나타나 있다. 블로-다운 워터를 수용하기 위한 보일러 블로-다운 탱크(39)가 한쪽 측면 상에서 배수관(41)에 연결된다는 것은 도 8로부터 명확히 알 수 있다. 배수관(41)은 냉각 채널(27)들의 터널 장치의 수준에서 링 플랜지(35)에 용접되고(미도시), 링 플랜지(35) 내에서 드릴 구멍(42)을 통해 냉각 채널들의 터널 장치로의 엑세스로서 설계된다. 커버(38)가 있는 검사 또는 세척 노즐(37)은 배수관(41)에 마주하여 위치되어 있는 보일러 블로-다운 탱크(39)의 다른 측면 상에 배열된다.
도 9에는 도 7에 따르는 Z의 상세한 확대도가 나타나 있다. 검사 또는 세척 노즐(37)들은 링 플랜지(35) 상에 일직선으로 배열되고, 특히 도 8에 따르는 보일러 블로-다운 탱크(39)가 그 위에 배열되는 측면에 마주하는 측면 상에 배열된 검사 또는 세척 노즐의 방향으로 일렬로 향하고 있으면서 병렬로 배열되어 있다. 링 플랜지(35) 내의 드릴 구멍(42)을 통해, 검사 또는 세척 노즐(37)들은 냉각 채널 또는 터널의 검사 또는 세척을 위하여 냉각 채널(27)들의 터널 장치로의 엑세스를 제공한다.
10 1차 급속 냉각기
11 가스 유입 구멍
12 가스 유출 구멍
13 냉각수 유입 구멍
14 냉각수 유출 구멍
15 증기 드럼으로부터 1차 급속 냉각기 쪽으로의 공급 수송관
16 1차 급속 냉각기로부터 증기 드럼 쪽으로의 흡인 튜브
17 1차 급속 냉각기와 2차 급속 냉각기 사이의 수송관
18 개구
19 링 간극
20 2차 급속 냉각기
21 가스 유입구
22 유입구 헤더
23 가스 유출구
24 유출구 헤더
25 냉각수 유입구
26 냉각수 유출구
27 냉각수 채널
28 튜브 시트
29 다발 튜브
30 유입 구멍
31 유출 구멍
32 튜브 다발의 케이싱
33 웨브
34 피복 시트
35 링 플랜지
36 케이싱 룸
37 검사 또는 세척 노즐
38 커버 또는 캡
39 보일러 블로 다운 탱크/블로-다운 워터
40 증기 드럼
41 배수관
42 드릴-구멍
43 배플 플레이트
44 2차 급속 냉각기의 물/증기를 위한 공급 수송관
45 2차 급속 냉각기의 물/증기를 위한 흡인 튜브
46 냉매용 유입 챔버

Claims (11)

  1. 이중-튜브 열 교환기로서의 1차 급속 냉각기(10)와, 적어도 하나의 튜브 다발을 가진 2차 급속 냉각기(20)로서의 튜브 다발 열 교환기가 있는 급속-냉각 시스템으로서,
    상기 튜브 다발은 케이싱(32)에 의해 둘러싸여 있고, 서로 이격된 장소에 배열된 2개의 튜브 시트(28)들 사이에 형성되는 케이싱 룸(36)을 형성하고, 튜브 다발의 다발 튜브(29)들은 양쪽 모든 측면 상의 튜브 시트들 중 상기 튜브 시트(28)들 사이에 유지되고,
    튜브 시트는 막 시트 또는 얇은 튜브 시트로서 다발 튜브(29)들을 가진 가스 유입구(21)나 가스 유출구(23)의 측면 상에 설계되고,
    얇은 튜브 시트(28)는 서로 연결되어 있을 뿐만 아니라 냉매가 유동하는 평행한 냉각 채널(27)들이 제공되는데, 냉각 채널(27)은 채널 장치 내에 설계되고 튜브 플레이트로서 얇은 튜브 시트(28) 상에 배열되고, 채널 장치 내의 냉각 채널(27)은 직사각형 터널 기하학적 구성을 가지고, 냉각 채널(27)들은 (ⅰ) 물/증기 측면으로부터 가스 측면을 분리하되 둘러싸인 튜브 다발의 케이싱(32)에 연결되는 링 플랜지(35)에 연결되는 얇은 튜브 시트(28); (ⅱ) 튜브 시트(28) 상에 배열되면서 서로로부터 개별적인 물/증기 유동을 분리하는 평행한 웨브(33); (ⅲ) 다발 튜브(29)들을 위한 개구(18)들이 제공되되 웨브(33)에 연결되면서 냉각 채널(27)들의 터널 장치 내에서의 유동을 한정하고 소정의 비율과는 별도로 둘러싸인 튜브 다발의 케이싱(32)에 의해 둘러싸인 케이싱 룸(36)으로 유동이 새는 것을 막는 피복 시트(34);로부터의 터널 기하학적 구성으로 형성되고, 터널 장치 내에 설계된 냉각 채널(27)은 냉각 채널의 유입 구멍(30)으로부터 유출 구멍(31) 쪽으로 정확히 관리되는 유동을 유발하는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    터널 장치 내의 적어도 2개의 냉각 채널(27)은, 피복 시트(34)와 유출 구멍의 수직선 사이의 소정의 각도(α) 만큼 유입 구멍(30)으로부터 유출 구멍(31) 쪽으로의 터널 높이의 연속적인 감소 때문에 냉각 채널 또는 채널의 단면에 변화가 있는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    소정의 각도(α)는 냉각될 튜브 시트(28)의 소정의 영역 위에서의 냉매의 유속의 소정의 증가량에 좌우되고, 90˚ 내지 110˚ 이상의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    피복 시트(34) 내의 냉각 채널(27)들은 서로 이격된 장소에서 수평 방향으로 제공된 개구(18)들을 가지고, 개구(18)들은 각각의 링 간극(19)들이 통과되는 각각의 다발 튜브(29)들을 위하여 형성되도록 설계되고, 각각의 링 간극(19)은 다발 튜브(29)와 개구(18) 사이에 있는 영역의 강력한 냉각을 위하여 냉매의 통과를 유발하는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    터널 장치 내의 냉각 채널(27)들은 링 플랜지(35) 내의 드릴 구멍(42)을 통해, 서로 마주하여 케이싱(32)에 연결된 링 플랜지(35)의 외부 표면 측면 상에 배열되어 있으면서 냉각 채널(27)과 같은 높이에 있는 검사 또는 세척 노즐(37)들과 통하는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    냉각 채널(27)들과 결합되고 마주하여 배열되어 있고 링 플랜지(35) 상에서 냉각 채널들과 같은 높이에 있는 검사 또는 세척 노즐(37)들은 커버(38)들이 설치되어 있고, 서로 마주하여 위치된 각각의 검사 또는 세척 노즐(37)들의 커버들이나 개별적인 커버(38)들은 터널 장치 내의 냉각 채널(27)들의 영역 내의 다발 튜브(29)들의 수변 유지 또는 검사를 위한 구멍으로서 제거가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    같은 높이에 있으면서 서로 마주하여 배열된 검사 또는 세척 노즐(37)들의 커버들이나 개별적인 커버(38)들은 터널 장치 내의 냉각 채널(27)의 영역에 존재하는 퇴적물을 제거하기 위한 개구로서 제거가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    냉각 채널(27)들과 결합되고 서로 마주하여 배열되어 있고 링 플랜지(35) 상에 같은 높이에 있는 검사 또는 세척 노즐(37)들은, 링 플랜지(35) 내의 드릴 구멍(42)들을 통해 그리고 링 플랜지(35) 상에 뻗어있는 드릴 구멍(42)들과 같이 용접되어 있는 배수관을 통해 터널 장치 내의 냉각 채널(27)들의 수준으로 한쪽 측면 상에 배열된 보일러 블로-다운 탱크와 통하는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    냉각 채널(27)들과 결합된 검사 또는 세척 노즐(37)들은 배수관(41)들에 마주하여 위치되어 있는 보일러 블로-다운 탱크(39)의 외부면 상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    검사 또는 세척 노즐(37)들은 보일러 블로-다운 탱크(39)가 링 플랜지 내의 연속적인 드릴 구멍(42)들과 같이 그 위에 배열되는 측면에 마주하는 링 플랜지(35) 상에 직접 배열되는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    연속적인 엑세스는 커버(38)들이 제거된 상태로 검사 또는 세척 노즐(37)들을 통해 튜브 시트(28) 상에 배열된 각각의 냉각 채널(27)에 획득될 수 있고, 각각의 냉각 채널(27)은 양쪽 모든 측면들 또는 단지 한쪽 측면으로부터 높은 압력을 받고 있는 매체로서의 물을 도입함으로써 세척될 수 있도록 배열되고, 각각의 냉각 채널(27)은 결합된 배수관(41)을 통해 배수면 상에 블로-다운 워터를 배수하기 위하여 제공된 보일러 블로-다운 탱크(39)에 연결되는 것을 특징으로 하는 급속-냉각 시스템.
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