January 2, 2026
복잡한 파이프 네트워크가 살아있는 유기체의 혈관처럼 교차하는 광대한 정유소를 상상해 보십시오. 이러한 복잡한 시스템의 중심에 있는 쉘 앤 튜브 열 교환기는 중요한 "순환 센터" 역할을 하며 에너지 전달 및 변환을 조용히 촉진합니다. 이러한 유비쿼터스 장치는 석유화학 처리와 같은 고압 응용 분야에서 필수적인 역할을 합니다. 그러나 정확히 어떻게 작동하며, 구현 시 어떤 설계 고려 사항이 적용됩니까? 이 포괄적인 탐구는 쉘 앤 튜브 열 교환기의 다면적인 특성을 보여줍니다.
이름에서 알 수 있듯이 이러한 열 교환기는 두 가지 주요 구성 요소, 즉 내부 튜브 묶음을 수용하는 외부 쉘로 구성됩니다. 원통형 쉘은 유체가 흐르는 수많은 튜브를 포함하는 압력 용기 역할을 합니다. 두 개의 온도 조절 유체 흐름을 분리하는 튜브 벽을 통해 열 교환이 발생합니다. 튜브 구성은 매끄러운 벽 디자인부터 세로 방향 핀 디자인까지 다양하며 각각 고유한 열 전달 요구 사항을 충족합니다.
산업적으로 널리 보급된 이유는 컴팩트한 구조, 높은 압력 내성 및 작동 다양성 때문입니다. 이 장치는 다양한 응용 분야에서 액체-액체, 가스-가스, 기화 및 응축 공정을 효율적으로 처리합니다.
기본적인 작동 메커니즘은 전도성 튜브 벽으로 분리된 유체 간의 온도 차이에 의존합니다. 일반적으로 한 매체는 튜브(튜브 측 유체)를 통해 흐르고 다른 매체는 쉘(쉘 측 유체) 내에서 외부로 순환합니다. 효율성을 높이기 위해 쉘측 흐름은 종종 튜브 번들에 수직인 교차 전류 패턴을 채택합니다. 전략적으로 배치된 배플은 쉘측 유체의 방향을 튜브 전체로 여러 번 전환하여 난류를 증가시키고 열 전달 계수를 향상시킵니다.
열은 더 따뜻한 유체에서 더 차가운 유체로 이동합니다. 방향성은 프로세스 요구 사항에 따라 달라집니다. 예를 들어, 난방 응용 분야에서는 증기를 고온 매체로 사용할 수 있고 냉각 공정에서는 냉수를 사용할 수 있습니다. 성능은 유체 특성, 유속, 튜브 재료 및 구조 엔지니어링을 포함한 다양한 변수에 따라 달라집니다.
원자력 발전소에서는 재활용된 물을 끓여서 터빈 구동 증기로 만드는 2상 교환기인 특수 U자형 증기 발생기를 사용합니다. 대부분의 장치에는 1, 2 또는 4개의 튜브 측 통과(쉘을 통한 유체 통과) 기능이 있습니다. 발전소 표면 응축기는 일반적으로 단일 패스 직선형 튜브 설계를 사용합니다.
일반적인 재료에는 구리 합금, 스테인레스 스틸, 티타늄 및 극한 온도에 적합한 PFA와 같은 특수 폴리머가 포함됩니다. 잘못 선택하면 쉘과 튜브 측면 사이의 누출, 오염 또는 압력 손실이 발생할 위험이 있습니다.
중요한 안전 조치에는 튜브 파손으로 인한 과압을 방지하는 압력 완화 장치(파열 디스크 또는 밸브)가 포함됩니다. 설계 및 제조는 TEMA, ASME Boiler Code 및 EN 13445-3과 같은 엄격한 표준을 준수하여 까다로운 환경에서도 신뢰성을 보장합니다.
판형 열교환기와 비교하여 쉘 앤 튜브 설계는 원통형 구조로 인해 뛰어난 유지 관리성(특히 플로팅 헤드 모델)과 뛰어난 압력 내성을 제공합니다.
