열 유동 시스템 설계: 단순함과 복잡함 모두

열유체 시스템에서 열 흐름을 관리하는 것은 공정 유체의 정확한 온도 제어를 제공하고 관련 장비를 보호하는 데 중요합니다.

점화된 히터가 있는 시스템에서 부적절한 흐름으로 인해 히터 내부의 가열 코일이 손상되거나 열 유동의 급속한 저하가 발생할 수 있습니다. 시스템 손상을 방지하려면 작동 중 히터를 통해 일정한 흐름을 유지하도록 설계해야 합니다. 이러한 설계 중 일부는 첨부된 다이어그램에 설명되어 있습니다.

공정 유체는 화합물, 액체 아스팔트, 액체 폴리머, 왁스, 폐슬러지, 식용유, 원유, LNG 등을 포함하여 제조 공정에서 열이 필요한 모든 유형의 유체일 수 있습니다.

프로세스 가열에서는 가열된 히터나 전기 히터를 사용하여 직접적으로 또는 간접적으로 프로세스 유체를 가열할 수 있습니다. 간접 가열은 오일, 합성 오일, 물 글리콜과 같은 열유체(열 전달 유체라고도 함)를 사용합니다. 열 유동은 히터에 의해 가열되며 가열 코일, 교환기 또는 재킷 용기를 통해 순환하여 공정 유체를 가열합니다. 간접 방법은 폐쇄 루프 시스템입니다. 즉, 히터에서 나가는 열 유동이 돌아와 루프를 통해 지속적으로 순환합니다.

적절한 흐름과 열 전달을 위해 난방 시스템을 설계할 때 고려해야 할 몇 가지 요소가 있습니다. "사용자"라고 하는 공정 유체가 포함된 용기의 경우 고려해야 할 몇 가지 요소는 다음과 같습니다.

첫째, 얼마나 많은 사용자에게 열이 필요한가? 여러 사용자에게 열을 제공할 수 있는 단일 히터를 가질 수 있습니다. 히터는 모든 사용자의 열 손실과 시스템 설계에 따른 유량을 고려하여 크기를 조정해야 합니다.

다음으로, 사용자들이 동시에 실행될 것인가? 사용자가 동시에 작동하는 경우 히터는 더 커야 하지만, 한 번에 한 명의 사용자만 작동하는 경우 가장 큰 작업이 필요한 사용자를 수용할 수 있도록 히터 크기를 조정할 수 있습니다.

또한 사용자에게는 동일한 열유체 온도가 필요합니까? 동일한 열 유동 온도 또는 동시에 여러 온도가 필요한 사용자를 수용하도록 시스템을 설계할 수 있습니다.

냉각이 필요한 프로세스가 있습니까? 일부 공정 유체는 가열된 후 냉각해야 할 수도 있습니다. 이는 시간이 지남에 따라 자연스럽게 수행되거나 추가 교환기를 사용하여 더 빠르게 수행될 수 있습니다.

프로세스는 어떤 기간에 이루어져야 합니까? 일부 사용자에게는 지속적인 열원이 필요한 반면 다른 사용자에게는 상대적으로 짧은 시간 동안만 열이 필요할 수 있습니다. 그리고 일부 사용자는 빠르게 가열되어야 할 수도 있습니다. 가열 속도가 빠를수록 히터의 크기가 커집니다.

열 유동 루프는 일련의 밸브(일반적으로 변조 밸브), 온도 요소 및 압력 센서를 사용하여 제어되어 흐름을 제어하고 정확한 온도를 유지합니다. 밸브는 일반적으로 자동화되어 있으며 히터 제어 장치와 함께 작동하여 각 사용자에게 적절한 온도가 달성되도록 합니다. 사용자가 원하는 온도에 도달하면 바이패스 배관과 밸브를 사용하여 히터의 흐름이 적절한지 확인하는 동시에 사용자의 온도도 유지합니다.

하나의 히터를 사용하여 여러 사용자를 난방하는 경우 사용자는 직렬 또는 병렬로 연결됩니다. 직렬 연결 시 단일 펌프를 사용하여 모든 사용자와 히터의 흐름을 유지합니다. gpm(분당 갤런)으로 측정된 유량은 모든 사용자와 히터에서 동일한 gpm입니다. 동시에 단일 펌프 또는 다중 펌프를 사용하여 각 사용자 라인에 유량을 분배합니다. 히터의 흐름을 유지하기 위해 추가 순환 펌프가 사용되는 경우도 있습니다. 병렬 설계의 장점은 열 유동이 동일한 온도에서 각 사용자에게 접근한다는 것입니다. 직렬 설계에 비해 각 사용자에 걸쳐 열 손실이 있으며 다운스트림 사용자는 더 낮은 접근 온도를 갖게 됩니다. 병렬 및 직렬 시스템을 조합할 수 있습니다.

단일 라인 시스템

단일 라인 열유체 시스템은 가장 기본적인 유형의 시스템이지만 여전히 매우 다양하게 활용될 수 있습니다. 일반적으로 단일 순환 펌프는 전체 시스템을 통해 열 전달 유체를 이동하는 데 사용됩니다. 이 유형의 시스템에는 단일 사용자 또는 여러 사용자가 있을 수 있습니다. 단일 사용자는 단일 가열 구역(그림 1) 또는 다중 구역(그림 2)을 가질 수 있습니다. 여러 구역을 사용하면 전체 탱크를 가열하지 않고도 다양한 양의 제품을 가열할 수 있습니다.