초록
본 연구는 화공용 열교환기에서 법랑코팅 적용을 위한 고온의 소성 공정조건 최적화에 대한 기초자료를 얻고자 하는데 그 목적이 있다. Shell & Tube 형태인 열교환기에 법랑코팅 적용을 위해 소성온도를 순차적으로 높이는 방안에 대해 검토하였다. 소성로 내부에서 열교환기의 온도분포에 대해 CFD 상용 프로그램으로 수치계산하여 구한 온도를 하중조건으로 열응력 해석을 수행하는 연성 해석(FSI) 방식을 이용하여 열교환기의 구조 안전성에 미치는 영향을 확인하였다. 수치해석 및 실험결과 상온의 열교환기를 바로 860℃도의 소성로에 넣으면 열교환기의 국부적 온도차로 인한 구조 안전성에 문제가 발생하므로 온도차를 줄이기 위한 예열 과정이 필요하다. 소성공정 단계가 적은 Case2와 같이 1단계 예열온도 445℃, 2단계 소성온도 860℃가 가장 적합한 것으로 판단된다.
The purpose of this study is to obtain basic data on the optimization of firing process conditions for enamel coating in chemical heat exchanger. The method of increasing the firing temperature in order to apply enamel coating to shell & tube type heat exchanger was examined. The temperature distribution of the heat exchanger in the firing kiln was numerically calculated using a commercial CFD program. The structural safety of the heat exchanger was confirmed by thermal stress analysis using the FSI method. Numerical analysis and experimental results show that there is a problem of safety due to temperature difference when the heat exchanger at room temperature is directly put into a firing kiln at 860℃. Therefore, a preheating process is need to reduce the temperature difference. As in Case2 with fewer firing steps, the first stage preheating temperature of 445℃and the second stage firing temperature of 860 ℃are considered to be most suitable.
