API 660 설계 공기 냉각 튜브 펀들

공랭식 열교환기 튜브 번들 | 강제/유도 통풍 | A-프레임/V-프레임/수평 | 플러그/커버 플레이트/파이프 헤더 | 튜브 재질: CS/SS/Ti/듀플렉스 | 온도 -40°C ~ +450°C | 압력 최대 10.0 MPa | API 661 / ISO 13706 기준

개요 – 공랭식 열교환기 튜브 번들 (독립 교체 유닛)

공랭식 열교환기 튜브 번들은 공랭식 열교환기(ACHE)의 열 전달 코어 어셈블리입니다. 튜브 시트에 양쪽 끝이 고정된 베어 또는 핀 튜브로 구성되며, 헤더 박스(입구 및 출구 매니폴드)가 부착되어 공정을 통해 유체가 튜브로 분배됩니다. 이 번들은 구조 베이에 설치되며, 축 방향 또는 원심 팬이 외부 튜브 표면을 가로질러 주변 공기를 강제로 불어넣거나 끌어당깁니다.

이 제품은 API 661 (일반 정유 서비스용 공랭식 열교환기), ISO 13706 및 해당되는 경우 TEMA 클래스 R 또는 B에 따라 설계 및 제조됩니다. 교체용 번들, 예비 번들 또는 신규 ACHE 베이용 신규 번들로 공급됩니다.

ACHE 유형 – 팬 구성 및 번들 방향

다음 공랭식 열교환기 유형은 번들의 설치 구성 및 팬 배열을 정의합니다. 번들 자체는 동일한 코어 어셈블리이지만, 방향, 지지 구조 및 공기 흐름 방향은 다릅니다.

강제 통풍 ACHE

• 팬은 튜브 번들 아래에 위치하여 번들을 통해 공기를 위로 밀어냅니다.

• 공기 분배: 팬 플레넘으로 인해 번들 면 전체에 균일한 공기 흐름

• 유지보수: 팬 및 구동 부품은 지면 또는 플랫폼 높이에서 접근 가능

• 번들 방향: 수평 (튜브 수평, 공기 수직 상승)

• 일반적인 적용: 일반 정유 공정 냉각, 압축기 인터쿨러

• 장점: 낮은 설치 비용, 쉬운 팬 유지보수

• 제한 사항: 바람막이가 설치되지 않은 경우 뜨거운 공기 재순환 위험; 팬 열이 입구 공기 온도에 추가됨

유도 통풍 ACHE

• 팬은 튜브 번들 위에 위치하여 번들을 통해 공기를 위로 끌어당깁니다.

• 공기 분배: 번들 위쪽 플레넘 챔버는 균일한 흡입 보장

• 유지보수: 팬 및 구동 부품은 높은 플랫폼에 위치 – 접근 플랫폼 필요

• 번들 방향: 수평 (튜브 수평, 공기 수직 상승)

• 일반적인 적용: 증기 응축기 (ACC), 고온 서비스, 대형 정유 설비

• 장점: 더 나은 공기 분배; 재순환 감소; 강수로부터 번들 보호

• 제한 사항: 높은 설치 비용; 높은 곳에서의 팬 접근; 더 큰 팬 스택 높이

A-프레임 ACHE

• 번들은 역 V자 모양 (정점이 위쪽)으로 배열된 두 개의 평면 튜브 번들로 구성됩니다.

• 팬은 정점 아래에 위치하여 경사진 두 번들을 통해 공기를 위로 불어냅니다.

• 번들 방향: 경사 (일반적으로 수평에서 30° ~ 60°)

• 일반적인 적용: 발전소의 공랭식 증기 응축기 (ACC), 대형 석유화학 설비

• 장점: 대형 베이 영역의 공간 절약; 중력에 의한 응축수 배수 제공 (경사 튜브)

• 제한 사항: 더 복잡한 지지 구조; 더 큰 플레넘 부피 필요

V-프레임 ACHE

• 번들은 V자 모양 (정점이 아래쪽)으로 배열된 두 개의 평면 튜브 번들로 구성됩니다.

• 팬은 정점 위에 위치하여 경사진 두 번들을 통해 공기를 위로 끌어당깁니다.

• 번들 방향: 경사 (일반적으로 수평에서 30° ~ 60°)

• 일반적인 적용: 동결 방지를 위해 유도 통풍이 선호되는 증기 응축기

• 장점: A-프레임과 동일한 공간 절약; 응축수가 하부 수집기로 배수됨

• 제한 사항: 높은 곳에 있는 팬 및 구동 장치; 더 복잡한 헤더 배관

수평 ACHE (베이당 단일 번들)

• 단일 평면 튜브 번들이 수평으로 설치됨

• 팬은 아래쪽 (강제 통풍) 또는 위쪽 (유도 통풍)

• 번들 방향: 수평 (0° 기울기)

• 일반적인 적용: 일반 공정 냉각, 가스 냉각, 탄화수소 응축

• 장점: 가장 간단한 구조; 가장 쉬운 번들 교체 및 유지보수 접근

• 제한 사항: 대형 용량의 경우 더 넓은 부지 면적 필요 (더 많은 베이 필요)

번들 구조 – 핵심 구성 요소

튜브

• 튜브 유형: 베어 튜브 (낮은 오염, 저온 가스) 또는 핀 튜브 (낮은 공기 측 HTC용)

• 튜브 외경 (베어/기본): 15.88mm – 50.8mm (5/8" ~ 2")

• 튜브 벽 두께: 1.2mm – 5.0mm (심리스 또는 용접)

• 튜브 길이 (튜브 시트 간): API 661 표준당 2.0m – 12.0m

• 튜브 피치 (중심 간):

  • 횡방향 (공기 흐름 가로): 1.5× – 2.5× 튜브 외경

  • 종방향 (공기 흐름 따라): 1.5× – 2.5× 튜브 외경

• 튜브 배열: 지그재그 (삼각형) 또는 일렬 (사각형) – 지그재그는 더 높은 공기 측 HTC 제공; 일렬은 더 쉬운 청소 가능

튜브 시트

• 위치: 번들의 전면 (입구) 및 후면 (출구)

• 두께: 15mm – 80mm (튜브 측 압력 및 튜브-튜브 시트 조인트 하중에 따라 선택)

• 구멍 직경 허용 오차: ISO 286에 따른 H11 (예: Ø25.2mm +0.13/0)

• 구멍 마감: 확장 조인트의 경우 Ra ≤ 1.6μm; 용접 전용 조인트의 경우 Ra ≤ 3.2μm

• 재질: 탄소강, 클래드 스테인리스강 또는 솔리드 스테인리스강 – 튜브 측 유체 부식성 및 작동 압력에 맞춰짐

• 튜브 고정: 튜브는 튜브 시트에 확장 (유압 또는 롤러), 용접 (실링 용접) 또는 결합 (용접 + 확장)됨

헤더 박스 (입구/출구 매니폴드)

• 유형 선택 (API 661 기준):

  • 플러그 헤더 – 튜브 접근을 위한 탈착식 나사 또는 볼트 플러그; 깨끗한 서비스 및 저압에 적합

  • 커버 플레이트 헤더 – 튜브 전체 접근을 위한 볼트 커버 플레이트; 튜브 청소가 필요한 오염 서비스에 권장

  • 파이프 매니폴드 헤더 – 용접 파이프 연결; 고압 또는 튜브 접근이 필요 없는 경우 사용

• 헤더 박스 구조:

  • 사각형 또는 원형 단면

  • ASME B16.5 또는 B16.47에 따른 플랜지 연결 (용접 넥 또는 슬립 온)

  • 패스 파티션 (내부 배플)은 튜브 측 흐름 경로 (단일, 2개 또는 4개 패스)를 구성합니다.

• 설계 압력 등급: 튜브 측 설계 압력에 맞춰짐 (0.1 – 10.0 MPa)

• 배수 및 통기 연결: 저점/고점의 나사산 NPT 또는 소켓 용접 연결

측면 프레임 및 지지대

• 구조 프레임: 들어 올리기 및 작동 중 번들 무게를 지지하기 위한 강철 채널 또는 I빔 구조

• 리프팅 러그: 측면 프레임 또는 튜브 시트에 용접됨 – 번들 무게의 2.0배 안전 계수로 등급 지정

• 지지점: 튜브 처짐을 최소화하고 번들 길이 전체에 걸쳐 번들 수평도를 ±3mm 이내로 유지하도록 배치

핀 유형 – 공랭식 열교환기 튜브 번들용

다음 핀 부착 유형은 공랭식 열교환기 튜브 번들에 사용할 수 있습니다. 선택은 튜브 측 온도, 대기 부식성 및 열 사이클링을 기반으로 합니다.

헤더 구성 – 번들 교체에 미치는 영향

교체용 번들을 주문할 때, 헤더 구성은 기존 베이 배관 및 튜브 접근 요구 사항과 일치해야 합니다.

튜브 측 패스 구성

튜브 측 허용 압력 강하 및 필요한 열 전달 계수에 따라 튜브 측 패스 수가 결정됩니다:

• 단일 패스 – 가장 낮은 튜브 측 ΔP; 고유량, 저압 강하 서비스에 적합

• 2 패스 – 중간 ΔP; 더 나은 HTC를 위해 더 높은 튜브 측 속도 제공

• 4 패스 – 가장 높은 ΔP; 튜브 측 HTC가 전체 성능을 제한하고 압력 강하가 가능한 경우 사용

헤더 박스 내부의 패스 파티션은 흐름을 입구에서 출구로 안내합니다. 튜브 행 수도 패스 배열에 영향을 받습니다:

• 단일 패스: 튜브 행 = 총 튜브 수 / 행당 튜브 수 (균등 분배)

• 다중 패스의 경우: 패스 파티션은 튜브 번들을 동일한 그룹으로 나눕니다.

재질 선택 – 튜브, 튜브 시트 및 헤더

튜브 재질 옵션 (API 661 기준)

튜브 시트 및 헤더 재질 옵션

• 탄소강 SA-516 Gr.70 – 비부식성 튜브 측 서비스

• 스테인리스 클래드 (316L 또는 304L 위에 CS) – 고압의 부식성 서비스; 클래딩 두께 ≥ 3mm (ASME VIII-1 UW-13 기준)

• 솔리드 스테인리스 304L / 316L – 완전 부식성 서비스, 탄소강 백킹 없음

• 솔리드 듀플렉스 / 티타늄 – 심각한 염화물 서비스 또는 해상 작업용

헤더 박스 재질은 일반적으로 튜브 시트 재질과 일치하여 볼트 또는 용접 조인트에서 갈바닉 부식을 방지합니다. 부식성 서비스의 탄소강 헤더의 경우, 내부 코팅 (에폭시 또는 페놀릭)이 API 661에 따라 적용됩니다.

제조 매개변수 – 공정 제어

튜브 시트 드릴링

• 드릴 비트 크기: ISO 286에 따른 H11 허용 오차로 제어

• 구멍 마감: 확장 조인트의 경우 Ra ≤ 1.6μm; 용접 조인트의 경우 Ra ≤ 3.2μm

• 리거먼트 (구멍 사이의 웹) 편차: 도면에서 ±0.2mm 이하

• 구멍 청소: 튜브 삽입 전에 이물질 제거 및 버 및 칩 검사

튜브 확장 (유압)

• 확장 압력: 160 – 220 MPa (유압) 또는 롤러 확장 (기계식) (캘리브레이션된 롤러 사용)

• 확장 깊이: 튜브 시트 안으로 최소 1.5× 튜브 외경 또는 2× 튜브 벽 두께

• 확장 유지 시간: 5 – 8초 (유압)

• 확장 후 게이지 검사: 모든 튜브의 100%가 튜브 ID보다 0.5mm 작은 게이지 볼 통과

• 인발 강도 검증: 번들당 첫 번째 샘플 인발 테스트 – 목표 ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS)

튜브-튜브 시트 용접 (지정된 경우)

• 용접 공정: GTAW (TIG) – 자동 또는 수동

• 용접 유형: 필렛 용접 (실링) 또는 전체 용입 용접 (독성/고압 서비스용)

• 필렛 다리 높이: 실링 용접의 경우 1.5mm – 2.0mm

• 전체 용입: 용접 루트 용입 ≥ 튜브 벽으로 0.5mm

• 검사: ASME VIII-1 UW-51에 따른 100% 액체 침투 (PT) – 허용: 균열 또는 기공 없음

• 용접 절차: ASME Section IX에 따라 PQR 및 WPS로 자격 부여

헤더 박스 제조

• 헤더 박스 (입구/출구) – ASME B16.5 플랜지 연결이 있는 용접 강철 구조

• 헤더 박스 치수는 번들 튜브 시트 패턴 (튜브 수 및 레이아웃)에 맞춰짐

• 패스 파티션 (내부 배플)은 헤더 박스 내부에 용접됨 – 재질 및 용접 절차는 헤더 재질에 맞춰짐

• 배수 및 통기 연결: NPT 나사산 또는 소켓 용접 피팅

번들 조립 및 리프팅

• 한쪽 끝에서 튜브 삽입 및 튜브 시트에 확장/용접

• 배플 또는 튜브 지지대 (필요한 경우) 지정된 간격으로 설치

• 번들 무게를 지지하기 위한 측면 프레임 및 리프팅 러그 부착

• 번들 리프팅 테스트 (필요한 경우): 번들 무게의 1.1배로 번들 들어 올리기 – 배송 전 제조업체에서 확인

작동 매개변수 – 공랭식 열교환기 튜브 번들 등급

누설 테스트 및 수압 테스트

튜브 번들 (헤더 설치 전)

• 튜브-튜브 시트 조인트: 1.3 × 튜브 측 설계 압력으로 수압 테스트 (ASME VIII-1 UG-99 기준) – 30분 유지, 압력 강하 없음, 눈에 보이는 누설 없음

• 테스트 후: 튜브 측 배수 및 건조; 누수 검사를 위한 튜브 구멍 검사

헤더 박스 (번들에 조립됨)

• 최종 수압 테스트 (전체 번들 포함): UG-99에 따른 테스트 압력 (튜브 측만 – 쉘 측은 대기압)

• 테스트 매체: 깨끗한 물 (식수 또는 탈염수) – 탄소강의 경우 부식 억제제 포함

• 테스트 기간: 최소 30분

• 허용 기준: 압력 강하 없음; 튜브 조인트, 헤더 용접, 플랜지 연결 또는 플러그에서 눈에 보이는 누설 없음

공압 누설 테스트 (지정된 경우)

• 수소 서비스, 독성 유체 또는 물 잔류물이 허용되지 않는 경우 사용

• 테스트 압력: 0.6 MPa 공기 또는 질소

• 누설 감지: 모든 조인트 및 용접에 비눗물 적용

• 허용 기준: ASME 부록 VI 동등 오리피스 방법 기준 누설률 ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s

배송 시 문서 – 교체 번들

• 재질 시험 증명서 (EN 10204 3.1 또는 3.2) – 튜브, 튜브 시트, 헤더, 플랜지 및 구조용 강철

• API 661 완료 데이터 시트 (또는 ISO 13706 데이터 시트)

• ASME U-스탬프 데이터 보고서 (해당되는 경우)

• TEMA 데이터 시트 (클래스 R 또는 B – 해당되는 경우)

• 치수 검사 보고서 (번들 길이, 튜브 시트 구멍 레이아웃, 튜브 외경, 핀 튜브의 경우 핀 높이/피치)

• 수압 테스트 보고서 (압력 차트 기록 포함)

• 공압 누설 테스트 보고서 (수행된 경우)

• 비파괴 검사 보고서 (수행된 PT / UT / VT)

• 용접 절차 사양 (WPS) 및 절차 자격 기록 (PQR) – 튜브-튜브 시트 용접 및 헤더 용접용

• 튜브 번들 제작 도면 – 튜브 수, 튜브 패스 배열, 헤더 치수 포함

• 도장/코팅 사양 (적용된 경우) – 에폭시/페놀릭 코팅 두께 및 배치 테스트 증명서

선택 체크리스트 – 교체 공랭식 열교환기 튜브 번들

교체용 번들을 주문할 때, 올바른 장착 및 성능을 보장하기 위해 다음 정보를 제공하십시오:

1. 원본 번들 도면 번호 (사용 가능한 경우)

2. API 661 베이 번호 및 번들 위치 (다중 베이의 경우 상단, 중간, 하단)

3. 튜브 수, 튜브 외경, 벽 두께 및 길이 (튜브 시트 간)

4. 튜브 피치 (횡방향 및 종방향) 및 튜브 배열 (지그재그 또는 일렬)

5. 핀 유형 (핀 튜브의 경우) – L-풋 / KL / LL / 압출 / HF 용접 / 베어 튜브

6. 핀 사양 (높이, 피치/인치당 핀 수, 재질)

7. 헤더 유형 – 플러그 (나사 또는 볼트) / 커버 플레이트 / 파이프 매니폴드

8. 헤더 연결 크기 및 등급 – 플랜지 등급 (ASME 클래스 150 / 300 / 600) 또는 용접 연결

9. 튜브 측 패스 구성 – 단일 / 2개 / 4개 패스 (사용 가능한 경우 패스 파티션 도면 포함)

10. 튜브 시트 재질 및 두께 (정확한 일치가 필요한 경우)

11. 설계 압력 및 설계 온도 (튜브 측)

12. 유체 조성 – 재질 호환성 확인용

13. 요구되는 부식 여유 (튜브 벽 및 튜브 시트 면)

14. 도장/코팅 사양 – 대기 부식 방지가 필요한 경우

15. 리프팅 러그 등급 및 위치 (기존 리프팅 장비에 맞추기)

수령 시 검사 포인트 (구매자 측)

교체 번들 배송 시, 설치 전에 다음 사항을 확인하십시오:

• 번들 전체 길이 (튜브 시트 간) – 도면 대비 ±1.5mm 이내

• 튜브 시트 구멍 패턴 – 튜브 수 및 패스 파티션 구성 (기존 헤더 박스와 일치)

• 튜브 외경, 핀 높이/피치 (핀 튜브의 경우) – 도면 허용 오차 이내

• 헤더 박스 플랜지 방향 및 볼트 구멍 정렬 (기존 노즐과 일치)

• 튜브-튜브 시트 조인트 육안 검사 – 균열 또는 용접 결함 흔적 없음

• 수압 테스트 기록 – 압력 및 유지 시간 확인

• 리프팅 러그 – 올바른 크기 및 용접 무결성 육안 검사

• 도장/코팅 – 두께 확인 (사양에 따른 건조 필름 두께), 벗겨진 부분 또는 핀홀 없음

• 번들 포장 – 운송 및 보관 중 손상 방지를 위해 포장 또는 상자 처리

보관 및 보존 지침

번들을 수령 후 즉시 설치하지 않는 경우:

• 실내 또는 방수 커버 아래에 보관 – 비, 눈, 직사광선으로부터 보호

• 수평 위치에 보관 – 제조업체 지정 리프팅 포인트의 지지대에 놓아 튜브 처짐 방지

• 탄소강 번들의 경우: 임시 부식 억제 코팅 (VCI 종이, 오일 필름 또는 건조제) 적용 – 제조업체 권장 사항에 따름

• 튜브 끝 및 헤더 개구부: 이물질 유입 방지를 위해 플라스틱 캡 또는 플랜지 커버로 밀봉

• 설치 전 검사: 캡 제거, 습기 또는 이물질에 대한 튜브 끝 및 헤더 내부 검사

설계 제한 사항 – 공랭식 열교환기 튜브 번들

독립 제품으로서의 공랭식 열교환기 튜브 번들은 다음 제한 사항을 따릅니다:

• 일치하는 기하학적 구조 (튜브 시트 구멍 패턴, 헤더 박스 구성 및 번들 외형 치수)를 가진 베이에 설치해야 합니다.

• 내부 쉘 측 압력에 대한 등급이 없습니다 (공기 측은 대기압 – 내부 압력 유지 불가).

• 튜브 측 고형물 함량이 무게 기준 2% 초과하는 유체에는 적합하지 않습니다 (침식 및 튜브 벽 얇아짐 위험).

• 튜브 재질과 호환되지 않는 유체와 함께 사용할 수 없습니다 (재질 선택 표 참조).

• 매우 높은 튜브 측 압력 (> 10.0 MPa)의 경우, 맞춤형 헤더 설계 (전체 용입 용접 및 중벽 튜브 시트가 있는 파이프 매니폴드)에 대해 문의하십시오.