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비정상 운전상태를 고려한 Plate Fin 열 교환기의 Layer Stacking Pattern 최적화 방법론 연구
Optimization Methodology for Layer Stacking Pattern of Plate Fin Heat Exchanger Considering Abnormal Operating Condition.

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Authors
조두현
Advisor
임영섭
Major
공과대학 협동과정해양플랜트엔지니어링전공
Issue Date
2016
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
해양 플랜트Plate Fin 열 교환기Layer Stacking Pattern최적화 방법론
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 협동과정 해양플랜트 엔지니어링전공, 2016. 8. 임영섭.
Abstract
천연가스 액화 공정이나 LNG 증발 가스의 재액화 공정과 같이 초저온 수준의 냉각이 필요한 System은 높은 수준의 냉각 효율을 얻기 위해 복잡한 열전달 Network를 가지고 있다. Multi-Stream 열 교환기는 다중 매체 간의 열교환을 하나의 장비에서 수행 가능하게 함으로써 이와 같은 System에서 설비 복잡도와 장비의 설치공간을 줄일 수 있는 장점이 있다. Plate fin 열교환기(Plate Fin Heat Exchanger, PFHE)는 Multi-Stream 열 교환기 중 하나로 평판과 평판 사이에 특정 형상의 Fin을 깔아 형성한 유로를 Layer라고 부르며, 이를 겹겹이 쌓아 Furnace에 넣은 뒤 용융 접합시켜(Brazing) 제작하며, 주 재질과 제작 방식을 따서 Brazed Aluminum Heat Exchanger (BAHX)라고 불리기도 한다. 열교환 Stream의 개수에 따라 다양한 형상의 Layer들이 적층되며 그 양식을 Layer Stacking Pattern이라고 부른다. Layer Stacking Pattern에 따라 열 교환기 수평단면의 온도 Profile이 결정되며, 유로를 분할하고 있는 평판 간의 온도 차가 없을 때 가장 이상적인 열전달이 이루어진다. 잘못된 Layer Stacking Pattern 결정으로 인해 발생된 평판 간 온도 차의 증가는 열응력을 증가시켜 장비의 손상 위험을 높일 수 있다. Plate fin 열교환기의 설계에 있어 상용 Software로는 열교환기의 형상 및 Stream당 필요 Layer의 개수 정보를 얻어 낼 수는 있으나 Layer Stacking Pattern의 결정은 전문가의 경험과 시행착오 법(Trial & Error)을 통해 도출해내야 하는 상태이며, 근래에 들어 Layer Stacking Pattern 최적화와 관련된 연구들이 수행되고 있으나 정상 운전 상태만이 설계 조건으로 고려되고 있다. 본 연구에서는 Layer Stacking Pattern에 따른 온도 Profile을 계산해 낼 수 있는 상용 Software인 Aspen-EDR, PFIN의 Layer by Layer Mode를 통해 Plate Fin 열 교환기의 성능을 평가하고, Genetic Algorithm을 기본으로 한 최적화 방법을 도식화하여 수평단면의 Plate간 온도 차가 최소인 최적 Layer Stacking Pattern을 도출하는 것을 목표로 한다. 또한 이 논문에서 제시된 Layer Stacking Pattern 최적화 방법론은 Fitness Function에 비정상 운전 상태에서의 Plate간 온도 차를 가중법(Weight method)을 이용하여 반영함으로써 설계 조건에서의 높은 열전달 성능을 가지면서도 비정상 운전 조건에서 열응력 발생으로 인한 장비 손상 우려가 낮은 최적의 Layer Stacking Pattern을 얻을 수 있는 장점이 있다.
Language
Korean
URI
http://hdl.handle.net/10371/122418
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College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Program in Offshore Plant Engineering (협동과정-해양플랜트엔지니어링전공)Theses (Master's Degree_협동과정-해양플랜트엔지니어링전공)
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