KR20190120164A - 열 교환기를 세정하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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피터 비세르
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Abstract

열 교환기의 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위한 방법들 및 시스템. 일부 시스템들은, 튜브들에 대하여 상이한 제 1 및 제 2 세정 사이클들을 각기 수행하기 위하여 제 1 및 제 2 튜브들 내로 세정 유체를 주입하도록 구성된 노즐을 갖는 세정 디바이스, 각각의 튜브의 특성에 기초하여 세정 사이클들에 대한 전달 파라미터들을 결정하고 전달 파라미터들에 기초하여 세정 사이클들을 수행하게끔 세정 디바이스를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 일부 방법들은, 제어기를 가지고 세정 사이클 동안 튜브 내로 세정 유체를 주입하기 위하여 세정 디바이스의 노즐과 맞물린 열 교환기 내의 튜브, 튜브의 특성, 및 튜브의 특성에 기초하여 튜브에 대한 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계; 및 전달 파라미터에 기초하여 튜브에 대한 세정 사이클을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

열 교환기를 세정하는 시스템 및 방법
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 11월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/426,920호에 대한 이익을 주장하며, 이러한 출원의 전체 내용들이 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본원에서 설명되는 실시예들은 열 교환기 내의 튜브들을 세정하는 시스템들 및 방법들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 열 교환기 내의 튜브들의 내부 표면들을 세정하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
열 교환기들은 하나의 매체로부터 다른 매체로 열을 전달하기 위하여 다양한 디바이스들에서 사용된다. 오로지 예로서, 열 교환기들은 가열 시스템들, 공기 조절기들, 냉장고들, 천연 가스 프로세싱 시스템들, 하수 처리 시스템들, 및 증기 발생기들에서 발견될 수 있다. 열 교환기들은 보통 이를 통해 유체가 흐르는 하나 이상의 튜브들을 갖는다. 튜브들은 직선 또는, U-형일 수 있거나, 또는 이를 통한 유체 흐름을 가능하게 하는 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 열 교환기들은, 열 교환기의 튜브들을 통해 흐르는 유체와 튜브들 둘레를 순환하는 유체 사이에 열이 전달되는 것을 가능하게 함으로써 상이한 유체들(예를 들어, 가스들 및/또는 액체들) 사이에서 열을 전달한다.
계속적인 사용 이후에, 잔해(debris)가 열 교환기의 튜브들의 내부 표면들 상에 수집될 수 있다. 축적은 열 전달 효율 및 열 교환기를 통한 유체의 흐름 레이트(rate)에서의 감소를 초래할 수 있다. 그러나, 이러한 잔해들은 보통 세정하기 어려우며, 세정 프로세스 동안 열 교환기가 이용할 수 없게 되는 것(즉, 동작하지 않는 것)을 요구할 수 있다. 따라서, 개선된 속도, 효율, 및/또는 유효성을 갖는 열 교환기 튜브들을 세정하기 위한 시스템들 및 방법들이 당업계에서 계속해서 추가되는 것이 바람직하다.
본원에서 설명되는 실시예들은 열 교환기의 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 일부 실시예들에 따르면, 세정 시스템은, 세정 사이클을 수행하기 위하여 튜브 내로 세정 유체(예를 들어, 가압된 가스 및 블래스팅(blasting) 매체를 포함하는 용액)를 공급하도록 구성된 세정 헤드를 갖는 이동식 세정 디바이스, 및 전자 제어기를 포함한다. 제어기는, 적어도 부분적으로 튜브의 적어도 하나의 특성에 기초하여 세정 사이클의 전달 파라미터를 자동으로 조정하기 위한 명령어들을 실행하도록 구성된다. 튜브의 특성들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 튜브의 재료 조성, 튜브의 직경, 튜브의 벽의 두께, 튜브의 굴곡부(bend)의 곡률 반경, 열 교환기 내에서의 튜브의 위치. 전달 파라미터는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 블래스팅 매체의 양(예를 들어, 블래스팅 매체의 흐름 레이트, 블래스팅 매체 대 세정 유체의 가스 또는 액체의 비율), 압축된 가스 또는 액체의 압력, 압축된 가스 또는 액체의 속도, 튜브를 통한 블래스팅 매체의 속도, 사용되는 블래스팅 매체 또는 가스의 유형, 튜브가 세정되는 시간의 지속기간(예를 들어, 유체가 튜브 내로 주입되는 시간의 지속기간).
다른 실시에는 열 교환기의 튜브를 세정하는 방법을 제공한다. 방법은, 제어기를 가지고, 세정 디바이스의 세정 헤드가 위치되는 열 교환기 내의 튜브를 결정하는 단계, 및 제어기를 가지고, 튜브의 특성을 결정하는 단계를 포함한다. 방법은, 제어기를 가지고, 적어도 부분적으로 튜브의 결정된 특성에 기초하여 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계, 및 결정된 전달 파라미터를 사용하여 세정 사이클을 수행하도록 세정 디바이스를 제어하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 세정 사이클은, 세정 디바이스를 가지고 열 교환기의 튜브 내로 용액 또는 현탁액과 같은 세정 유체를 주입하는 단계를 포함하며, 여기에서 세정 유체는 압축된 가스 및 블래스팅 매체를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 튜브의 특성을 결정하는 단계는, 튜브의 재료 조성, 튜브의 직경, 튜브의 벽의 두께, 튜브 내의 굴곡부의 곡률 반경, 및 열 교환기 내에서의 튜브의 위치 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 일부 실시예들에 있어서, 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계는, 블래스팅 매체의 양(예를 들어, 블래스팅 매체의 흐름 레이트, 블래스팅 매체 대 세정 유체의 가스 또는 액체의 비율), 압축된 가스 또는 액체의 압력, 압축된 가스 또는 액체의 속도, 튜브를 통한 블래스팅 매체의 속도, 사용되는 블래스팅 매체 또는 가스의 유형, 튜브가 세정되는 시간의 지속기간 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예들에 있어서, 열 교환기 내에 포함된 복수의 튜브들의 내부 표면을 세정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은, 복수의 튜브들의 각각의 단부를 포함하는 튜브시트(tubesheet)의 적어도 하나의 치수를 따라서 및/또는 복수의 튜브들의 적어도 하나의 치수를 따라서 적어도 하나의 모터에 의해 이동이 가능하며, 튜브들 중 적어도 하나 내로 툴(tool)로부터 세정 유체를 전달하도록 동작할 수 있는, 동력형 툴을 포함한다. 이에 더하여, 시스템은 적어도 부분적으로 튜브 시트에 대한 및/또는 적어도 하나의 튜브에 대한 동력형 툴의 현재 위치에 기초하여 세정 유체의 압력을 자동으로 조정하는 제어기를 포함한다.
상세한 설명 및 첨부된 도면들의 고려함으로써 다른 측면들이 명백해 질 것이다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 열 교환기를 포함하는 증기 발생기를 예시한다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 열 교환기를 예시한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른 도 1의 열 교환기의 하단 부분을 예시한다.
도 4 및 도 5는 일부 실시예들에 따른 복수의 튜브들을 갖는 열 교환기의 단면을 개략적으로 예시한다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 열 교환기를 세정하기 위한 시스템을 개략적으로 예시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 복수의 노즐들을 지지하는 툴 헤드 및 전달 라인을 포함하는 세정 디바이스의 일 부분을 예시한다.
도 8은 도 7의 복수의 노즐들 및 툴 헤드를 예시한다.
도 9는 도 7 및 도 8의 툴 헤드 및 노즐들의 움직임을 제어하기 위한 조작기를 포함하는 세정 디바이스의 일 부분의 상면도이다.
도 10은 도 9의 세정 디바이스의 부분의 측면도이다.
도 11a는 세정 이전에 튜브의 내부 표면 상에 축적된 잔해를 갖는 열 교환기의 예시적인 튜브를 예시한다.
도 11b는, 세정 동작들에 의해 잔해가 튜브의 내부 표면으로부터 제거된 상태의 튜브 상의 세정 동작들 이후의 도 11a의 튜브를 예시한다.
도 12는 일부 실시예들에 따른 열 교환기의 튜브를 세정하는 방법의 순서도이다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 제어기의 개략도이다.
도 14는 도 13의 제어기에 대한 사용자 인터페이스를 예시한다.
임의의 실시예들이 상세하게 설명되기 이전에, 본원에서 설명되는 실시예들은 본 출원에서 첨부된 도면들에 예시되거나 또는 다음의 설명에서 기술되는 컴포넌트들의 배열 및 구성의 세부사항들에 한정되지 않으며, 다양한 방식들로 수행되거나 또는 실시될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 또한, 본원에서 사용되는 표현 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 "포함하는", "구성하는", 또는 "갖는" 및 그 변형어들의 사용은, 이하에서 열거되는 아이템들 및 그들의 등가물들뿐만 아니라 추가적인 아이템들을 포괄하는 의미이다. 달리 지정되지 않는 한, 용어들 "장착된", "연결된", 및 "결합된"은 광범위하게 사용되며, 이들은 직접 및 간접 장착들, 연결들, 및 결합들 모두를 포괄한다. 또한, 달리 지정되지 않는 한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적인 또는 기계적인 연결들 또는 결합들로 제한되지 않으며, 직접 또는 간접 여부와 무관하게, 전기적 연결들 또는 결합들을 포함할 수 있다. 또한, 전자 통신들 및 통지들은, 직접 또는 간접 연결들, 무선 연결들, 및 유사한 것을 포함하는, 임의의 공지된 방식들, 디바이스들, 및 시스템들을 사용하여 수행될 수 있다.
복수의 하드웨어 및 소프트웨어 기반 디바이스들뿐만 아니라 복수의 상이한 구조적 컴포넌트들이 본원에서 설명되는 실시예들을 구현하기 위하여 사용될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 이에 더하여, 본원에서 설명되는 실시예들은, 논의의 목적을 위하여, 컴포넌트들 중 대다수가 오로지 하드웨어로 구현되는 것처럼 예시되고 설명될 수 있는 하드웨어, 소프트웨어, 및 전자 컴포넌트들 또는 모듈들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 상세한 설명의 이해에 기초하여 당업자는, 적어도 하나의 실시예에 있어서, 본원에서 설명되는 실시예들의 전자 회로 기반 측면들이 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행이 가능한 (예를 들어, 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된) 소프트웨어로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이와 같이, 복수의 하드웨어 및 소프트웨어 기반 디바이스들뿐만 아니라 복수의 상이한 구조적 컴포넌트들이 본원에서 설명되는 실시예들을 구현하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 주목해야만 한다. 예를 들어, 명세서에서 설명되는 "제어기" 및 "제어 유닛"은, 하나 이상의 전자 프로세서들, 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체를 포함하여 하나 이상의 메모리 모듈들, 하나 이상의 입력/출력 디바이스들, 및 컴포넌트들을 연결하는 다양한 연결들(예를 들어, 시스템 버스)을 포함할 수 있다.
열 교환기 동작 동안 유체를 이송하는 튜브들을 갖는 다수의 열 교환기들에 있어서, 재료의 층이 튜브들의 내부 표면들 상에 형성된다. 오로지 예로서, 원자력 발전소들에서 사용되는 열 증기 발생기(heat steam generator)들 및 사전-가열기(pre-heater)들에 있어서, 1차 열 이송 시스템 내의 탄소 증기 성분들로부터의 산화물 층(때때로 자철석 부식(magnetite corrosion)으로 지칭됨)이 동작 동안 증기 발생기의 내부 표면들 상에 형성된다. 이러한 경우들에 있어서, 산화물 층은 전형적으로 주로 1차 열 이송 시스템의 뜨거운 배관으로부터 발원하는 부식된 재료, 용해된 재료(예컨대 철), 또는 이들의 조합으로 구성된다. 이러한 재료는, 철의 용해도가 온도 감소에 따라 같이 감소하기 때문에, 열 이송 시스템 내의 차가운 위치들에서 수집될 수 있다. 그러나, 재료의 다른 층들은 열 이송 시스템의 다른 위치들에서 튜브 내에 축적될 수 있다. 열 교환기의 튜브 내의 산화물 및 다른 유형들의 재료의 부착물(deposit)들은 전형적으로, (냉각될 유체 또는 냉각제가 튜브들을 통해 이송되는지 여부와 무관하게) 열 전달 효율 및 유체 흐름의 감소를 포함하여 열 교환기의 동작에 대하여 몇몇의 바람직하지 않은 효과들을 갖는다. 발전소들에서 사용되는 열 교환기들의 경우에 있어서, 이러한 부착물들이 제거되지 않는 경우 발전소의 출력이 떨어질 수 잇다.
따라서, 본원에서 설명되는 실시예들은 열 교환기들 내에 포함된 튜브들의 내부 표면들을 세정하는 방법들 및 시스템들을 제공한다. 시스템들 및 방법들이 원자력 증기 발생기와 관련하여 본원에서 설명되지만, 시스템들 및 방법들은 다른 유형들의 열 교환기들의 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위하여 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 2는 복수의 튜브들(15)을 갖는 열 교환기(10)를 포함하는 증기 발생기(5)를 예시한다. 예시된 실시예에 있어서, 튜브들(15)은 함께 묶이고 원통형 형상으로 배열된다. 또한 예시된 실시예를 참조하면, 튜브들(15)은 U-형상이며(도 2에 도시된 바와 같이 뒤집힌 U-형상), 그 결과 각각의 튜브(15)는 제 1 측면(20), 제 2 측면(25) 및 제 1 측면(20)과 제 2 측면(25) 사이의 굴곡부(40)(또는 커브)를 갖는다. U-형상의 제 1 측면(20)은 튜브(15)의 주입 단부(30)를 형성하며, 제 2 측면(25)은 튜브(15)의 배출 단부(35)를 형성한다. 튜브(15)의 굴곡부(40)는 열 교환기(10)의 다른 튜브들(15)과는 상이한 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 튜브들(15)은 더 타이트한 굴곡부(40)를 가질 수 있으며, 일부 튜브들(15)은 더 넓은 굴곡부(40)를 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에 예시된 튜브들(15)의 구성은 일 예로서 제공되며, 다른 실시예들에 있어서 튜브들(15)이 상이한 구성으로 배열될 수 있고 상이한 형상들 및 커브들을 가질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 예를 들어, 열 교환기(10)는 코일형 형상으로 나선형을 그리는 튜브들(15) 또는 다수의 굴곡부를 포함하는 튜브들(15)을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 튜브들(15)은 굴곡부들이 없는 튜브들이거나 또는 이들을 포함할 수 있으며, 이러한 경우에 있어서, 튜브들의 적어도 일부는 단순히 열 교환기(10)의 하나의 단부로부터 이를 통해 다른 단부로 유체를 보낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예시된 열 교환기(10)는 부분적인-구형 벽(50)에 의해 획정(define)되는 하단 부분(45)을 포함한다. 예시된 하단 부분(45)은 중공형(hollow)이며, 튜브들(15)의 단부들(30, 35) 아래에 배치된다. 원통형 부재들이 하단 부분(45)으로부터 연장하여, 각기 중공형 하단 부분(45) 내로 이어지는 포트(55)를 획정한다. 따라서, 각각의 포트(55)는 튜브들(15) 아래에서 열 교환기(10)의 하단 부분(45) 내로의 입구를 제공한다. 계속해서 예시된 실시예를 참조하면, 튜브시트(60)는 하단 부분(45)을 가로질러 연장하며, 각기 열 교환기(10)의 튜브(15)의 개별적인 단부(30, 35)와 정렬되는 복수의 개구들(65)을 포함한다. 구체적으로, 예시된 실시예에 있어서, 튜브시트(60)의 제 1 부분(70)은 튜브(15)의 주입 단부들(30)과 정렬된 개구들(65)을 포함하며, 튜브시트(60)의 제 2 부분(75)은 튜브(15)의 배출 단부들(35)과 정렬된 개구들(65)을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 튜브시트의 기능들(예를 들어, 튜브 단부들(30, 35) 중 하나 또는 둘 모두 상에 유체-밀봉 격실을 획정하기 위하여, 서로에 대하여 그리고 주변 구조체에 대하여 튜브들(15)을 제 위치에 고정하기 위하여, 및 유사한 것을 위하여 튜브들(30, 35)의 각각 둘레에 밀봉부를 수립하는 것) 중 하나 이상을 수행하기 위하여 다른 구조체들이 튜브들(15)의 단부들(30 및/또는 35)에 결합될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 대안적인 실시예들에 따른 튜브들(15)의 단면을 개략적으로 예시한다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 튜브들(15)은 균일한 직경을 갖는다. 그러나, 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 튜브들(15)은 변화하는 직경들을 갖는다. 도면들에서 축적이 맞추어져 도시되지는 않았지만, 예시된 실시예들에 있어서, 튜브들(15)은 이상에서 논의된 바와 같이 튜브시트(60) 내의 개구들(65)과 정렬된다.
이상에서 논의된 바와 같이, 시간이 경과함에 따라, 잔해가 시간이 경과하면서 튜브들(15)의 내부 표면들 상에 축적되며, 열 교환기(10)의 효율성을 감소시킨다. 도 6은 일부 실시예들에 따른 열 교환기(10)의 튜브들(15)을 세정하기 위한 시스템(80)("세정 시스템(80)"으로도 지칭됨)을 개략적으로 예시한다. 세정 시스템(80)은 세정 유체를 가지고 튜브들(15)의 내부 표면들을 블래스팅하며, 일부 실시예들에 있어서, 세정 유체는 압축된 가스(예를 들어, 공기) 및 블래스팅 매체의 혼합물을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 세정 유체는 폐루프 프로세스에서 사용되며, 여기에서 블래스팅 매체가 압력 하에서 가스를 통해 튜브들(15) 내로 주입되고, 매체가 튜브들(15)을 빠져 나올 때 수집되며, 재사용을 위하여 필터링된다. 세정 시스템(80)은 압축된 가스 또는 액체, 및 블래스팅 재료의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 탄환(shot), 유리 입자들, 볼 베어링들, 강철 구들, 및 유사한 것과 같은 투사체들이 블래스팅 매체로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 캐리어(carrier) 유체는 열 교환기(10)의 튜브들(15)을 통해 블래스팅 매체를 이송하기에 적절한 임의의 가스 또는 액체일 수 있으며, 일부 실시예들에 있어서, 이는 현탁액 또는 콜로이드(colloid)로 블래스팅 매체를 운반할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 세정 시스템(80)은, 가스를 압축하고 튜브들(15)의 주입 단부들(30)로 가압된 가스 및 블래스팅 매체를 전달하는 압축기(미도시)를 갖는 세정 디바이스(85)(블래스팅 유닛)를 포함한다. 세정 디바이스(85)는, 압축기로부터 가압된 공기를 수신하는 하나 이상의 전달 라인들(90)(블래스트 라인들)을 포함한다. 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예의 전달 라인들(90)은 압축된 가스 및 블래스팅 매체를 튜브들(15)로 전달하는 노즐들(95)(각 노즐(95)에 대하여 하나의 전달 라인(90))에 결합된다. 노즐들(95) 각각은 이를 통해 세정 유체가 튜브들(15)로 전달되는 세정 디바이스(85)의 포트를 획정하지만, 다른 실시예들에 있어서, 세정 디바이스(85)의 포트(들)는 (이상에서 설명된) 툴 헤드(100)의 개구들을 포함하여 다른 구조체들에 의해 획정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 세정 디바이스(85)는 또한, (예를 들어, 노즐들(95)을 빠져 나오는 세정 유체의 압력 및/또는 흐름 레이트의 제어를 위하여) 전달 라인들(90)을 통해 흐르는 세정 유체를 조절하는 (하나 이상의 작동기들에 의해 제어되는) 하나 이상의 가변-위치 밸브들을 포함한다. 세정 디바이스(85)는 각각의 전달 라인(90)에 대한 또는 전달 라인들(90)의 세트에 대한 별개의 가변-위치 밸브를 포함할 수 있다.
예시된 실시예에 있어서, 노즐들(95)은 툴 헤드(100) 상에 지지된다. 툴 헤드(100)는, 대응하는 튜브들(15)의 하나 이상의 주입 단부들(30)과 맞물리는 하나 이상의 노즐들(95)을 가질 수 있다. 예시된 실시예에 있어, 툴 헤드(100)는 4개의 노즐들(95)을 포함한다. 그러나, 더 많거나 또는 더 적은 노즐들(95)이 각각의 툴 헤드(100) 상에서 지지될 수 있다. 각각의 노즐(95)은 세정될 개별적인 튜브(15)의 주입 단부(30)와 맞물리도록 구성된다.
예시된 실시예의 도 9 내지 도 10을 참조하면, 동력형 툴(본원에서 암(arm)(105)으로도 지칭됨)은 세정 유체를 튜브들(15)로 전달하기 위하여 튜브들(15)의 주입 단부들(30)에 대하여 툴 헤드(100)를 홀딩한다. 예시된 실시예에 있어서, 암(105) 및 노즐들(95)은 튜브들(15)의 주입 단부들(30) 아래에서 열 교환기(10)의 중공형 하단 부분(45) 내에 위치된다. 암(105)은 각각의 노즐(95)을 하나 이상의 튜브들(15)의 주입 단부들(30)과 정렬시키기 위하여 툴 헤드(100)를 움직이도록 구성된다. 특히, 암(105)은 노즐들(95)을 하나 이상의 튜브들(15)의 제 1 세트와 정렬시키기 위하여 툴 헤드(100)를 움직인다. 일단 정렬되면, 하나 이상의 튜브들(15)의 제 1 세트의 내부 표면들을 세정하기 위하여 세정 사이클이 수행된다. 세정 사이클이 완료된 이후에, 암(105)은 하나 이상의 튜브들(15)의 제 2 세트에 대한 세정 사이클을 수행하기 위하여 노즐들(95)을 하나 이상의 튜브들(15)의 제 2 세트와 정렬시키기 위해 툴 헤드(100)를 움직인다. 이러한 프로세스는, 세정 사이클이 열 교환기의 희망되는 튜브들(15)의 전부에 대하여 수행이 완료될 때까지 반복될 수 있다.
세정 유체(즉, 예시된 실시예에서 가스 및 블래스팅 매체의 조합)가 열 교환기(10)의 튜브들(1)을 통해 이동함에 따라, 세정 유체는 튜브(15)의 내부 표면들 상의 부착물들을 파괴한다. 예시된 실시예에 있어서, 예를 들어, 노즐들로부터 가압된 공기에 의해 운반되는 탄환 형태의 블래스팅 매체가 튜브(15)에 진입하며, 튜브(15)의 내부 표면 상의 부착물들과 충돌하여 이를 파괴하고, 부착물들을 튜브(15)의 대향되는 단부로 그리고 그 밖으로 운반한다. 도 11a 및 도 11b는 각기 이러한 방식의 세정 이전 및 이후의 튜브(15)의 일 예를 예시한다.
다시 도 6을 참조하면, 블래스팅 매체가 수집되고, 필터링되며, 재사용될 수 있다. 예를 들어, 세정되는 튜브(15)를 통과하여 그 밖으로 전달된 이후에, 블래스팅 매체 및 임의의 분리된(loosened) 잔해가 튜브(15)의 배출 단부(35)를 통해 튜브(15)를 빠져 나오며, 다른 암(105')(미도시) 상의 다른 툴 헤드(100')에 의해 수집된다. 블래스팅 매체 및 임의의 분리된 잔해를 수집하기 위하여 임의의 적절한 디바이스(예를 들어, 후드, 분진 수집기, 및 유사한 것)이 사용될 수 있지만, 예시된 실시예에서는 툴 헤드(100') 및 암(105')이 사용된다. 툴 헤드(100') 및 암(105')은 이상에서 설명된 툴 헤드(100) 및 암(105)과 동일한 구조를 가지며 동일한 방식으로 동작하지만, 튜브들(15)을 통해 움직이는 세정 유체를 수신하기 위하여 세정되는 튜브들(15)의 대향되는 (배출) 단부들(35) 상에 위치된다. 보다 더 구체적으로, 툴 헤드(100')는 하나 이상의 튜브들(15)의 배출 단부들(35)과 맞물리는 노즐들(95')의 세트를 포함한다. 수집 툴 헤드(100')의 노즐들(95')은 하나 이상의 흡입 라인들에 연결되며, 제 2 암(105')에 의해 하나 이상의 튜브들(15)의 배출 단부들(35)에 대하여 홀딩된다. 튜브들(15)의 배출 단부(35)에서 수집되는 블래스팅 매체 및 잔해는, 수집된 잔해로부터 블래스팅 매체를 분리하는 필터 유닛을 갖는 리클레이머(reclaimer) 내에서 수집될 수 있다(도 6 참조). 그런 다음, 필터링된 블래스팅 매체가 재사용될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에 있어서, 블래스팅 매체의 일 부분이 재사용되고 블래스팅 매체의 일 부분이 폐기되거나, 또는 블래스팅 매체의 전부가 폐기된다. 예를 들어, 발전소 동작들에 있어서, 일부 블래스팅 매체는 다시 튜브들(15) 내로 재순환될 수 있으며, 반면 폐기물 재료(분리된 잔해) 및 오염된 블래스팅 매체가 폐기될 수 있다.
블래스팅 매체를 가지고 튜브(15)의 내부 표면들을 세정할 때, 블래스팅 매체는 튜브의 내부 표면으로부터 튜브 재료를 함께 제거할 수 있다. 예를 들어, 튜브(15) 내로 블래스팅 매체를 전달하는 것은 튜브(15)의 내부 표면의 일 부분을 제거할 수 있으며, 이는 튜브(15)가 특정 지점들에서 더 얇아지는 것을 초래할 수 있다. 마찬가지로, 높은 속도 또는 압력에서 튜브(15)를 통해 블래스팅 매체를 전달하는 것이 유사한 효과를 가질 수 있다. 또한, 열 교환기(10) 내에 포함된 일부 튜브들(15)은, 튜브들이 동일한 열 교환기(10)의 다른 튜브들(15)보다 더 공격적인 세정 프로세스에 견디는 것을 가능하게 하는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 열 교환기(10)의 튜브들(15)은, 각각의 튜브 상에 상이한 세정 파라미터들의 효과에 영향을 주며, 세정 프로세스 동안 블래스팅 매체가 튜브 재료를 에칭(etch)하거나 또는 달리 제거할 기회를 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있는 상이한 재료 조성들, 벽 두께들, 튜브 직경들, 또는 튜브 굴곡부 반경들을 가질 수 있다. 예를 들어, 더 작은 곡률 반경 및/또는 더 얇은 벽들을 갖는 튜브(15)는 더 큰 곡률 반경 및 더 두꺼운 벽들을 갖는 튜브(15)보다 동일한 블래스팅 매체의 전달로부터 더 큰 영향을 경험할 수 있다.
통상적인 세정 시스템들 및 방법들은 튜브들 사이의 이러한 차이들에 대하여 깨닫지 못하는 세정 방법들을 채택한다. 이러한 시스템들 및 방법들에 있어서, 세정 파라미터들은 세정 프로세스로부터의 손상에 가장 민감한 튜브(들)(15)에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 가장 민감한 튜브(15)가 견딜 수 있는 최대 압력인 압력이 세정 유체를 주입하기 위하여 선택된다. 그러면, 세정 시스템은, 개방될 때, 선택된 압력 이하의 압력에서 세정 유체를 제공하는 밸브를 포함하도록 설계된다. 대안적으로, 세정 시스템은, 임의의 주어진 튜브에 대한 세정 시간의 길이를 세정으로부터의 손상에 가장 민감한 튜브가 견딜 수 있는 최대 시간으로 제한하도록 설계될 수 있다. 이러한 구성들은 튜브 손상을 제한할 수 있는 반면, 이들은 바람직하지 않은 효과들 또는 제한들을 갖는다. 예를 들어, 심지어 튜브들(15) 중 대다수가 더 양호한 세정 결과들을 위하여 더 공격적인 세정 프로세스를 견딜 수 있는 특성들을 가질 때에도, 세정 프로세스는 더 공격적인 세정 프로세스를 견딜 수 없는 소수의 튜브들(15)에 의해 제한된다. 따라서, 이러한 구성을 사용하는 것은 튜브들(15)을 세정하기 위해 더 긴 시간의 기간을 필요로 할 수 있거나 및/또는 튜브들(15) 중 일부가 완전히 세정되지 않는 것을 야기할 수 있다.
따라서, 도 6에 예시된 바와 같이, 세정 시스템(80)은 세정되는 튜브(15)의 적어도 하나의 특성을 고려하는 제어기(120)를 포함한다. 예를 들어, 제어기(120)는, 적어도 부분적으로 세정되는 튜브(15)(또는 튜브들)의 적어도 하나의 특성에 의존하는 상이한 전달 파라미터들을 사용하여 세정 유체를 전달하도록 세정 디바이스(85)를 제어한다. 튜브(15)의 특성은, 다른 것들 중에서도 특히, 튜브(15)의 재료 조성, 튜브(15)의 직경, 튜브(15)의 벽의 두께, 튜브(15) 내의 임의의 굴곡부(40)의 곡률 반경, 또는 열 교환기(10) 내에서의 튜브(15)의 위치를 포함할 수 있다. 전달 파라미터들은, 다른 것들 중에서도 특히, 블래스팅 매체의 양(예를 들어, 튜브로 전달되는 블래스팅 매체의 총 양, 블래스팅 매체의 흐름 레이트, 또는 블래스팅 매체 대 세정 유체의 가스 또는 액체의 비율), 세정 유체의 압축된 가스의 압력, 세정 유체의 압축된 가스의 속도, 블래스팅 매체의 속도, 사용되는 블래스팅 매체 또는 가스의 유형, 또는 튜브(15)가 세정되는 시간의 지속기간(예를 들어, 세정 유체가 튜브(15) 내로 주입되는 시간의 지속기간)을 포함할 수 있다.
도 12는 제어기(120)에 의해 수행되는 바와 같은 일 실시예에 따른 열 교환기(10)의 튜브들(15)을 세정하는 방법(300)을 예시한다. 방법(300)은, 세정 유체를 수신하기 위하여 노즐과 맞물린 튜브(15)를 결정하는 단계를 포함한다(블록(305)에서). 이상에서 설명된 바와 같이, 암(105)은 하나 이상의 노즐들(95)을 하나 이상의 튜브들(15)과 정렬시키기 위하여 툴 헤드(100)를 움직인다. 따라서, 제어기(120)는, 열 교환기(10)의 알려진 구성 내에서 툴 헤드(100)의 위치를 추적하거나 또는 결정함으로써 맞물린 튜브(15)를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 제어기(120)는, 툴 헤드(100)가 현재 위치되어 있는 장소를 식별하고 결과적으로 어떠한 튜브(들)(15)가 노즐(들)(95)과 맞물려 있는지를 식별하기 위하여 열 교환기(10) 내의 툴 헤드(100)의 움직임들의 미리 결정된 시퀀스 및 시퀀스 내의 툴 헤드(100)의 현재 위치를 나타내는 저장된 데이터를 액세스할 수 있다. 유사하게, 제어기(120)는, 툴 헤드(100)의 각각의 움직임 이후에 업데이트된 툴 헤드(100)의 현재 위치(일부 실시예들에 있어서, 처음에는 시작 위치를 기본 값으로 함)를 나타내는 저장된 데이터를 액세스할 수 있다. 제어기(120)는 어떠한 튜브(들)(15)가 노즐(들)(95)과 맞물렸는지를 식별하기 위하여 툴 헤드(100)의 이러한 위치 정보를 열 교환기(10) 내의 튜브들(15)의 위치들을 나타내는 저장된 데이터와 비교할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시예들에 있어서, 하나 이상의 센서들이 튜브(15)의 단부와 노즐(95)을 정렬시키기 위하여 사용될 수 있으며, 이는 또한 노즐(95)과 맞물린 특정 튜브(15), 툴 헤드(100)의 위치, 또는 둘 모두를 식별하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 센서들은, 비제한적으로, 카메라들, 위치 센서들, 속도 센서들, RFID 태그들, 레이저 센서들, 초음파 센서들, 압력 센서들, 변형 게이지들, 및 유사한 것을 포함하는 임의의 유형의 센싱 또는 측정 디바이스들을 포함할 수 있다.
일단 세정되는 튜브(15)가 결정되면, 예시된 방법(300)은 튜브(15)의 특성을 결정하는 단계를 포함한다(블록(310)에서). 이상에서 논의된 바와 같이, 튜브(15)의 특성은, 다른 것들 중에서도 특히, 튜브(15)의 재료 조성, 튜브(15)의 직경, 튜브(15)의 벽의 두께, 튜브(15) 내의 임의의 굴곡부(40)의 곡률 반경, 또는 열 교환기(10) 내에서의 튜브(15)의 위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제어기(120)는 튜브(15)의 특성을 결정하기 위하여 데이터베이스, 룩-업(look-up) 테이블, 및 유사한 것과 같은 저장된 데이터(115)를 액세스할 수 있다(이하에서 더 상세하게 설명되며, 도 13을 참조하라). 예를 들어, 노즐(95)과 맞물린 튜브(15)를 결정하는 단계 이후에, 제어기(120)는 결정된 튜브(15)의 하나 이상의 특성들을 식별하기 위하여 룩-업 테이블을 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기(120)는 튜브(15)의 특성을 결정하기 위하여 하나 이상의 센서들(110)로부터의 데이터를 사용할 수 있다.
방법(300)은 튜브(15)의 특성에 기초하여 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함한다(블록(315)에서). 노즐(95)과 맞물린 튜브(15)의 특성에 의존하여, 세정 시스템(80)은 적절하게 조정된 세정 사이클을 이용한다. 예를 들어, 제어기(120)는, 특정 튜브 특성을 세정 사이클에 대한 특정 전달 파라미터들에 매핑하는 저장된 데이터(룩-업 데이터, 함수, 그래프, 및 유사한 것)를 액세스할 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, 전달 파라미터들은, 다른 것들 중에서도 특히, 블래스팅 매체의 양(예를 들어, 튜브로 전달되는 블래스팅 매체의 총 양, 블래스팅 매체의 흐름 레이트, 또는 블래스팅 매체 대 세정 유체의 가스 또는 액체의 비율), 세정 유체의 압축된 가스의 압력, 세정 유체의 압축된 가스의 속도, 블래스팅 매체의 속도, 사용되는 블래스팅 매체 또는 가스의 유형, 또는 튜브(15)가 세정되는 시간의 지속기간(예를 들어, 세정 유체가 튜브(15) 내로 주입되는 시간의 지속기간)을 포함할 수 있다. 따라서, 노즐(95)과 맞물린 튜브(15)의 튜브 특성을 결정하는 단계 이후에, 제어기(120)는 전달 파라미터를 결정하기 위하여 저장된 데이터를 액세스할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제어기(120)는, 압력 레벨, 블래스팅 매체의 양, 및 유사한 것과 같은 전달 파라미터를 결정한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기(120)는 기본 전달 파라미터에 대한 조정, 예컨대 압력의 감소, 압력의 증가, 및 유사한 것을 결정한다. 예를 들어, 튜브(15)의 특성들이 튜브(15)가 손상에 더 민감하다는 것을 나타낼 때, 세정 사이클의 전달 파라미터들의 공격성은 다른 유형들의 튜브들에 대한 기본 사이클 또는 사이클들에 비하여 감소될 수 있다. 유사하게, 튜브(15)의 특성들이 손상에 대하여 더 저항성일 때, 세정 사이클의 전달 파라미터들의 공격성이 증가될 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 더 공격적인 세정 사이클로 전달 파라미터들을 조정하는 것은, 예를 들어, 압축된 가스의 압력을 증가시키는 것, 튜브(15)를 통해 흐르는 블래스팅 매체의 양을 증가시키는 것, 또는 세정 유체의 속도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 덜 공격적인 세정 사이클로 전달 파라미터들을 조정하는 것은, 예를 들어, 덜 마모성의 블래스팅 매체를 사용하는 것, 세정 사이클이 실행되는 시간의 양을 감소시키는 것, 또는 압축된 가스의 압력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 각각의 노즐(95)과 연관된 전달 파라미터는, 툴 헤드(100)와 맞물린 각각의 튜브(15)가 바로 지금 설명된 바와 같이 맞춤화된 세정 사이클을 수신할 수 있도록 독립적으로 조정이 가능할 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 동시에 세정되는 튜브들의 세트 중 가장 민감한 튜브에 맞추어 조정된 공통 세정 사이클과 같은 공통 세정 사이클이 툴 헤드(100)와 맞물린 모든 튜브들(15)에 대하여 수행될 수도 있다.
계속해서 도 12를 참조하면, 전달 파라미터들이 결정된 이후에, 방법(300)은 결정된 전달 파라미터들을 사용하여 세정 사이클을 수행하는 단계를 포함한다(블록(320)에서). 특히, 세정 디바이스(85)는, 제어기(120)로부터 수신된 신호들에 기초하여 전달 파라미터들에 기초하는 세정 유체의 전달을 조정할 수 있다. 예를 들어, 전달 파라미터들이 (이전의 또는 기본 압력으로부터) 가스의 감소된 압력을 지정할 때, 세정 디바이스(85)는, 가스의 압력을 지정된 레벨로 제한하도록 압축기 및/또는 가스가 노즐(95)를 이를 통해 전달되는 밸브를 제어한다. 일부 실시예들에 있어서, 세정 디바이스(85)는 현재 전달 파라미터들을 검출하는 하나 이상의 센서들(110)을 포함하며, 세정 디바이스(85), 제어기(120) 또는 둘 모두가 튜브들(15)을 통한 세정 유체의 흐름을 정확하게 제어하기 위하여 이러한 현재 전달 파라미터들을 피드백으로서 사용할 수 있다.
세정 사이클이 완료된 이후에, 방법(300)은 다른 튜브(15)(또는 튜브들의 세트)를 가지고 반복될 수 있다. 예를 들어, 암들(105, 105')이 노즐들(95, 95')과 튜브들(15)의 새로운 세트를 정렬시키기 위하여 그들의 개별적인 툴 헤드들(100, 100')을 움직일 때 제 2 튜브(15)(또는 튜브들의 제 2 세트)가 식별될 수 있다(블록(305)에서). 제 2 튜브(15)의 하나 이상의 특성들이 결정되며(블록(310)에서), 제 2 튜브(15)의 특성에 기초하여 전달 파라미터가 결정되고, 이는 이전의 튜브들(15) 또는 튜브들(15)의 세트에 대하여 결정된 전달 파라미터와 동일하거나 또는 상이할 수 있다(블록(315)에서). 그런 다음, 제 2 세정 사이클이 결정된 전달 파라미터들에 따라 실행된다(블록(320)에서). 다시 한 번, 이상에서 언급된 바와 같이, 방법(300)은, 희망되는 튜브들(15)에 대하여 세정 사이클이 완료될 때까지 반복될 수 있다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 제어기(120)를 개략적으로 예시한다. 제어기(120)는 (직접적으로 또는 하나 이상의 중간 디바이스들을 통해) 유선 또는 무선 연결 또는 네트워크를 통해서 세정 디바이스(85)와 통신한다. 또한, 일부 실시예들에 있어서, 제어기(120)가 세정 디바이스(85)와 결합되거나 또는 포함된다는 것이 이해되어야만 한다. 도 13에 예시된 바와 같이, 제어기(120)는 전자 프로세스(125)(예컨대, 마이크로프로세서, 프로그램가능 논리 제어기, 애플리케이션 특정 집적 회로, 또는 유사한 것), 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체(130), 및 입력/출력 인터페이스(135)를 포함한다. 전자 프로세스(125), 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체(130), 및 입력/출력 인터페이스(135)는 하나 이상의 통신 라인들 또는 버스들에 의해 연결되고 이들을 통해 통신한다. 다른 구성들에 있어서, 제어기(120)는 추가적인, 더 적은, 또는 상이한 컴포넌트들을 포함한다는 것이 이해되어야만 한다. 또한, 본원에서 설명되는 바와 같은 제어기(120)는 본원에서 설명되는 기능 이외에 추가적인 기능을 수행할 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 또한, 제어기(120)의 기능은 2개 이상의 제어기(120) 사이에서 분산될 수 있다.
예시된 실시예에 있어서, 컴퓨터-판독가능 매체(130)는 프로그램 명령어들 및 데이터를 저장한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 매체(130)는 튜브들(15)의 구성, 툴 헤드(100)의 움직임 또는 움직임들의 시퀀스, 튜브들(15)의 특성들, 전달 파라미터들, 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 (데이터베이스들, 룩-업 테이블들, 및 유사한 것으로 구조화된) 데이터를 저장할 수 있다. 전자 프로세서(125)는, 컴퓨터-판독가능 매체(130)로부터 명령어들을 검색하고, 다른 것들 중에서도 특히, 본원에서 설명된 방법들을 수행하기 위한 명령어들을 실행하도록 구성된다. 입력/출력 인터페이스(135)는 제어기(120)로부터 원격에 위치된 시스템들, 네트워크들, 및 디바이스들과 (예를 들어, 하나 이상의 유선 또는 무선 연결들을 통해) 통신한다. 예를 들어, 입력/출력 인터페이스(135)는 (네트워크 케이블들 및 주변기기 케이블들, 무선 통신을 수신하기 위한 하나 이상의 트랜스시버들, 또는 이들의 조합들을 포함하는) 케이블들 또는 다른 유선 연결들을 수용하기 위한 하나 이상의 포트들을 포함할 수 있다. 입력/출력 인터페이스(135)는 또한 수신된 데이터를 전자 프로세서(125)에 제공할 수 있으며, 일부 실시예들에 있어서는, 수신된 데이터를 컴퓨터-판독가능 매체(130)에 저장할 수도 있다.
또한 도 13에 예시된 바와 같이, 제어기(120)는 세정 디바이스(85)와 통신한다. 예를 들어, 제어기(120)는 세정 디바이스(85)의 하나 이상의 작동기들(140)과 통신할 수 있다. 작동기들(140)은 압축된 가스의 희망되는 압력을 달성하도록 압축기를 제어할 수 있다. 이에 더하여, 작동기들(140)은 암(105)을 움직이는 하나 이상의 모터들을 포함할 수 있다. 유사하게, 작동기들(140)은, 예컨대, 툴 헤드(100) 및 노즐들(95)로 세정 유체를 공급하는 하나 이상의 밸브들을 통해 흐름 레이트를 개방하거나, 폐쇄하거나, 또는 조절함으로써, 노즐들(95)을 통해 흐르는 세정 유체의 흐름 레이트, 또는 세정 유체 내의 블래스팅 매체의 비율을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서 제어기(120)는 작동기들(140)과 직접적으로 통신하며, 다른 실시예들에 있어서 제어기(120)는 모터 제어기(145)와 같은 세정 디바이스(85) 내에 포함된 작동기 제어기(120)를 통해 작동기들(140) 중 하나 이상과 통신한다는 것이 이해되어야만 한다. 계속해서 도 13을 참조하면, 제어기(120)는 세정 디바이스(85) 내에 포함된 센서들(110), 열 교환기(10) 상에 또는 다른 위치들에 위치된 외부 센서들(110), 또는 이들의 조합과 통신하도록 구성될 수 있다.
이에 더하여, 일부 실시예들에 있어서, 제어기(120)는 제어기(120) 내에 포함된 또는 제어기(120) 외부의 (예를 들어, 입력/출력 인터페이스(135)를 통해서) 디스플레이 디바이스를 통해 디스플레이되는 사용자 인터페이스(150)를 생성한다. 사용자 인터페이스(150)는 운영자가 세정 시스템(80)을 구성하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 운영자는 이상에서 설명된 바와 같은 자동화된 세정 방법을 개시하거나, 열 교환기(10)의 각각의 튜브, 튜브들의 세트들, 또는 모든 희망되는 튜브들에 대한 전달 파라미터들 중 임의의 전달 파라미터를 설정하거나, 튜브 구성을 정의하거나, 툴 헤드(100)의 움직임을 지시하거나, 유사한 것을 위하여 사용자 인터페이스를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 이에 더하여, 일부 실시예들에 있어서, 사용자 인터페이스(150)는 세정 디바이스(85), 세정 프로세스, 또는 열 교환기(10)에 대한 정보를 디스플레이한다. 예를 들어, 도 14는 사용자 인터페이스(150)의 일 예를 제공한다. 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스(150)는 열 교환기(10)의 튜브들(15)의 단면도를 제공하며, 어떠한 튜브들(15)이 세정되었는지, 어떠한 튜브들이 현재 세정되고 있는지, 어떠한 튜브들(15)이 세정될 수 없는지, 및 본원에서 설명된 튜브들(15)의 다양한 특성들 중 임의의 하나 이상의 특성들을 포함하여 튜브들(15)에 대한 정보를 제공한다.
이상에서 설명되고 도면들에서 예시된 실시예들은 오로지 예로서 제공되며, 본 발명의 원리들 및 개념들에 대한 제한으로서 의도되지 않는다. 이와 같이, 첨부된 청구항들에 기술되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 엘리먼트들 및 그들의 구성 및 배열에 있어서 다양한 변화들이 가능하다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 예시된 실시예들에 있어서 툴 헤드(100)는 이상에서 설명된 바와 같이 열 교환기(10)의 튜브들(15)로의 세정 유체의 전달을 위하여 노즐들(95)을 사용하지만, 반면 (이상에서 또한 설명된 바와 같이) 유사한 노즐들(95')은 튜브들(15)로부터 세정 유체 및 잔해를 수신하도록 위치된 툴 헤드(100') 상에 위치될 수 있다. 예시된 실시예들에 있어서, 각각의 툴 헤드(100, 1000')가 이러한 목적을 위하여 다수의 노즐들(95, 95')을 갖지만, 세정 유체는 툴 헤드들(100, 100')의 임의의 수의 노즐들(95, 95')을 통해 튜브들(15)로 전달될 수 있다. 또한, 일부 실시예들은 튜브들(15)로의 세정 유체의 전달을 위하여 임의의 식별가능 노즐들(95)을 사용하지 않거나 및/또는 튜브들(15)로부터의 세정 유체의 수신을 위하여 임의의 식별가능 노즐들(95')을 사용하지 않는다. 이러한 실시예들에 있어서, 세정 시스템들 및 방법들은 그 대신에, 비제한적으로, 튜브들(15)의 단부들(30, 35)과 또는 튜브시트(60)와 밀봉 관계를 유지하면서 튜브들(15)의 개별적인 배출 단부들(35)을 위에 및/또는 튜브들(15)의 개별적인 주입 단부들(30) 위에 착탈가능하게 수용되는 하나 이상의 슈라우드(shroud)들, 튜브시트(60)와의 밀봉 관계를 유지하면서 튜브들(15)의 2개 이상의 배출 단부들(35) 위에 및/또는 튜브들(15)의 2개 이상의 주입 단부들(30) 위에 위치될 수 있는 착탈가능 플리넘(plenum), 또는 심지어 중공형 하단 부분(45)의 주입 측면 내로의 그리고 주입 측면, 튜브들(15), 및 중공형 하단 부분(45)의 배출 측면을 통한 세정 유체의 자유-흐름을 허용하기 위하여 (예를 들어, 열 교환기 벽(50)과 튜브시트(60) 사이에서) 열 교환기(10)의 중공형 하단 부분(45)의 주입 측면을 가압하는 것 및/또는 중공형 하단 부분(45)의 출구 측면을 배출시키는 것을 포함하여, 다른 유체 전달 및/또는 수신의 방식들에 의존한다. 열 교환기(10) 내에서의 세정 유체의 또 다른 전달 및 수신의 방식들이 가능하며, 이들은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속한다.
본 개시의 실시예들은 열 교환기 내에 포함된 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위한 세정 시스템을 포함하며, 세정 시스템은, 제 1 세정 사이클을 수행하기 위하여 세정 유체가 이를 통해 제 1 튜브 내로 주입되고 제 2 세정 사이클을 수행하기 위하여 세정 유체가 이를 통해 제 2 튜브 내로 주입되는 포트를 갖는 세정 디바이스; 및 적어도 부분적으로 제 1 튜브의 적어도 하나의 특성에 기초하여 제 1 세정 사이클에 대한 제 1 전달 파라미터를 결정하고, 적어도 부분적으로 제 1 전달 파라미터에 기초하여 제 1 세정 사이클을 수행하도록 세정 디바이스를 제어하며, 적어도 부분적으로 제 2 튜브의 적어도 하나의 특성에 기초하여 제 2 세정 사이클에 대한 제 2 전달 파라미터를 결정하고, 적어도 부분적으로 제 2 전달 파라미터에 기초하여 제 2 세정 사이클을 수행하도록 세정 디바이스를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 이러한 세정 시스템들에 있어서, 세정 유체는 가압된 가스 및 블래스팅 매체를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 세정 시스템들에 있어서, 제 1 튜브의 적어도 하나의 특성은, 제 1 튜브의 재료 조성, 제 1 튜브의 직경, 제 1 튜브의 벽의 두께, 제 1 튜브 내의 굴곡부의 곡률 반경, 및 열 교환기 내에서의 튜브의 위치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 세정 시스템들에 있어서, 제 1 전달 파라미터는, 블래스팅 매체의 양, 압축된 가스의 압력, 압축된 가스의 속도, 블래스팅 매체의 속도, 블래스팅 매체의 유형, 압축된 가스의 유형, 및 세정 유체가 제 1 튜브 내로 주입되는 시간의 지속기간으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 세정 시스템들에 있어서, 세정 디바이스는, 세정 유체를 가압하도록 구성된 압축기, 및 제 1 및 제 2 튜브들로의 세정 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 밸브를 포함할 수 있으며, 여기에서 제어기는 압축기 및 적어도 하나의 밸브 중 적어도 하나를 제어함으로써 제 1 세정 사이클을 수행하게 세정 디바이스를 제어하도록 구성된다.
본 개시의 일부 실시예들은 열 교환기를 세정하는 방법을 포함하며, 상기 방법은, 제어기를 가지고, 세정 사이클 동안 튜브 내로 세정 유체를 주입하기 위하여 세정 디바이스의 노즐과 유체 연통하는 열 교환기 내의 튜브를 결정하는 단계; 제어기를 가지고, 튜브의 특성을 결정하는 단계; 제어기를 가지고, 적어도 부분적으로 튜브의 특성에 기초하여 튜브에 대한 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계; 및 적어도 부분적으로 전달 파라미터에 기초하여 튜브에 대한 세정 사이클을 수행하는 단계를 포함한다. 이러한 방법들에 있어서, 세정 사이클은 열 교환기의 튜브 내로 세정 유체를 주입하는 단계를 포함하며, 세정 유체는 압축된 가스 및 블래스팅 재료를 포함한다. 또한, 이러한 실시예들에 있어서, 튜브의 특성을 결정하는 단계는, 튜브의 재료 조성, 튜브의 직경, 튜브의 벽의 두께, 튜브 내의 굴곡부의 곡률 반경, 및 열 교환기 내에서의 튜브의 위치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 방법에 있어서, 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계는, 블래스팅 매체의 양, 압축된 가스의 압력, 압축된 가스의 속도, 블래스팅 매체의 속도, 블래스팅 매체의 유형, 압축된 가스의 유형, 및 세정 유체가 튜브 내로 주입되는 시간의 지속기간으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들에 있어서, 열 교환기 내에 포함된 복수의 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 튜브시트의 적어도 하나의 치수를 따라 이동할 수 있는 동력형 툴로서, 튜브시트는 복수의 튜브들의 각각의 단부를 포함하며, 동력형 툴은 복수의 튜브들의 각각 내로 세정 유체를 주입하는, 동력형 툴; 및 적어도 부분적으로 튜브시트에 대한 또는 복수의 튜브들에 대한 동력형 툴의 현재 위치에 기초하여 세정 유체의 압력, 세정 유체의 속도, 세정 유체의 흐름 레이트, 세정 유체의 유형, 및 복수의 튜브들의 튜브로의 세정 유체 전달의 지속기간 중 하나 이상을 자동으로 설정하도록 구성된 제어기를 포함한다. 이러한 시스템들에 있어서, 세정 유체는 가스 및 블래스팅 매체를 포함할 수 있으며, 여기에서 세정 유체의 압력을 설정하는 단계는 세정 유체의 가스의 압력을 설정하는 단계를 포함한다. 또한 이러한 시스템에 있어서, 세정 유체는 가스 및 블래스팅 매체를 포함할 수 있으며, 여기에서 세정 유체의 속도를 설정하는 단계는 세정 유체의 가스의 속도를 설정하는 단계를 포함한다. 또한 이러한 시스템에 있어서, 세정 유체는 가스 및 블래스팅 매체를 포함할 수 있으며, 여기에서 세정 유체의 압력을 설정하는 단계는 세정 유체의 가스 및 블래스팅 매체 중 적어도 하나의 흐름 레이트를 설정하는 단계를 포함한다.

Claims (20)

  1. 열 교환기 내에 포함된 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위한 세정 시스템으로서,
    제 1 세정 사이클을 수행하기 위하여 제 1 튜브 내로 세정 유체를 공급하고, 제 2 세정 사이클을 수행하기 위하여 제 2 튜브 내로 상기 세정 유체를 공급하도록 구성된 세정 헤드를 갖는 세정 디바이스; 및
    제어기를 포함하며, 상기 제어기는,
    적어도 부분적으로 상기 제 1 튜브의 적어도 하나의 특성에 기초하여 상기 제 1 세정 사이클에 대한 제 1 전달 파라미터를 결정하고,
    적어도 부분적으로 상기 제 1 전달 파라미터에 기초하여 상기 제 1 세정 사이클을 수행하도록 상기 세정 디바이스를 제어하며,
    적어도 부분적으로 상기 제 2 튜브의 적어도 하나의 특성에 기초하여 상기 제 2 세정 사이클에 대한 제 2 전달 파라미터를 결정하되, 상기 제 2 전달 파라미터는 상기 제 1 전달 파라미터와는 상이하며, 및
    적어도 부분적으로 상기 제 2 전달 파라미터에 기초하여 상기 제 2 세정 사이클을 수행하게끔 상기 세정 디바이스를 제어하도록 구성되는, 세정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 유체는 가압된 가스 및 블래스팅(blasting) 매체를 포함하는, 세정 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 튜브의 적어도 하나의 특성은, 상기 제 1 튜브의 재료 조성, 상기 제 1 튜브의 직경, 상기 제 1 튜브의 벽의 두께, 상기 제 1 튜브 내의 굴곡부(bend)의 곡률 반경, 및 상기 열 교환기 내에서의 상기 튜브의 위치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 세정 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전달 파라미터는, 블래스팅 매체의 양, 압축된 가스의 압력, 압축된 가스의 속도, 블래스팅 매체의 속도, 블래스팅 매체의 유형, 압축된 가스의 유형, 및 상기 세정 유체가 상기 제 1 튜브 내로 주입되는 시간의 지속기간으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 세정 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 디바이스는, 상기 세정 유체를 가압하도록 구성된 압축기, 및 상기 제 1 및 제 2 튜브들로의 세정 유체의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 밸브를 포함하며, 상기 제어기는 상기 압축기 및 상기 적어도 하나의 밸브 중 적어도 하나를 제어함으로써 상기 제 1 세정 사이클을 수행하게끔 상기 세정 디바이스를 제어하도록 구성되는, 세정 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 헤드는 노즐을 가지며, 상기 노즐은 상기 제 1 세정 사이클을 수행하기 위하여 상기 제 1 튜브 내로 상기 세정 유체를 공급하고 상기 제 2 세정 사이클을 수행하기 위하여 상기 제 2 튜브 내로 상기 세정 유체를 공급하도록 구성되는, 세정 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 세정 시스템은, 상기 제 1 세정 사이클에서 상기 제 1 튜브로부터 상기 세정 유체를 수신하도록 구성된 제 2 세정 헤드를 갖는 제 2 세정 디바이스를 더 포함하는, 세정 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 세정 사이클 동안 각기 상기 제 1 및 제 2 튜브들과 상기 세정 헤드 사이에 유체-밀봉이 수립되는, 세정 시스템.
  9. 열 교환기를 세정하는 방법으로서,
    제어기를 가지고, 세정 사이클 동안 세정 디바이스의 세정 헤드로부터 세정 유체가 공급될 상기 열 교환기 내의 튜브를 결정하는 단계;
    상기 제어기를 가지고, 상기 튜브의 특성을 결정하는 단계;
    상기 제어기를 가지고, 적어도 부분적으로 상기 튜브의 상기 특성에 기초하여 상기 튜브에 대한 상기 세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계; 및
    적어도 부분적으로 상기 전달 파라미터에 기초하여 상기 튜브에 대한 상기 세정 사이클을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 세정 사이클은 상기 열 교환기의 상기 튜브 내로 세정 유체를 주입하는 단계로서, 상기 세정 유체는 압축된 가스 및 블래스팅 재료를 포함하는, 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 튜브의 특성을 결정하는 단계는, 상기 튜브의 재료 조성, 상기 튜브의 직경, 상기 튜브의 벽의 두께, 상기 튜브 내의 굴곡부의 곡률 반경, 및 상기 열 교환기 내에서의 상기 튜브의 위치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    세정 사이클의 전달 파라미터를 결정하는 단계는, 블래스팅 매체의 양, 압축된 가스의 압력, 압축된 가스의 속도, 블래스팅 매체의 속도, 블래스팅 매체의 유형, 압축된 가스의 유형, 및 세정 유체가 상기 튜브 내로 주입되는 시간의 지속기간으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 방법은, 상기 튜브에 상기 세정 유체를 공급하기 이전에 세정 헤드와 상기 튜브의 내부 사이에 밀봉된 유체 연통을 수립하기 위하여 상기 세정 헤드에 대한 밀봉을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 세정 사이클은, 상기 세정 디바이스의 세정 헤드로부터 상기 튜브를 통해 상기 튜브의 대향되는 단부에 있는 제 2 세정 헤드로 세정 유체를 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 열 교환기 내에 포함된 복수의 튜브들의 내부 표면들을 세정하기 위한 시스템으로서,
    튜브 시트(tubesheet)의 일 치수를 따라 이동할 수 있는 동력형 툴(tool)로서, 상기 튜브시트는 상기 복수의 튜브들 각각의 단부를 포함하며, 상기 동력형 툴은 상기 복수의 튜브들의 각각 내로 세정 유체를 전달하는, 상기 동력형 툴; 및
    상기 튜브시트에 대한 상기 동력형 툴의 현재 위치에 기초하여 상기 세정 유체의 압력을 자동으로 설정하도록 구성된 제어기를 포함하는, 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 툴은 상기 세정 유체를 한 번에 하나의 튜브로 전달하는, 시스템.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 툴은 상기 세정 유체를 한 번에 적어도 2개의 튜브들로 전달하는, 시스템.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 세정 유체는 가압된 가스 및 블래스팅 매체를 포함하는, 시스템.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 동력형 툴은 상기 동력형 툴의 세정 헤드를 상기 튜브들 중 적어도 하나와 맞추고 그 후에 상기 세정 헤드와 상기 튜브 사이에 유체-밀봉을 수립하기 위하여 상기 튜브시트의 2개의 치수들을 따라 이동하는, 시스템.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 시스템은 상기 복수의 튜브들 각각의 대향되는 단부를 포함하는 제 2 튜브시트의 적어도 2개의 치수들을 따라 이동할 수 있는 제 2 동력형 툴을 더 포함하며, 상기 제 2 동력형 툴은 상기 복수의 튜브들의 각각으로부터 상기 세정 유체를 수신하는, 시스템.
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