단일 원뿔형 진공 건조기용 나선형 반관 재킷의 제조 및 적용

다기능 펄스 진공 단일 콘 건조기는 정밀 화학 산업의 미세 건조 백 생산 라인의 공정 요구 사항에 따라 우시 장화 기계(Wuxi ZhangHua Machinery)에서 개발한 차세대 교반 진공 건조기 중 하나입니다. 첨단 공정 설계 및 제조 기술을 적용하여 습식 분말, 필터 케이크, 페이스트, 슬러리 등 다양한 재료를 처리할 수 있으며, 특히 비중이 크거나 점도가 높거나 민감도가 높은 제품 또는 독성이나 폭발성 용매를 함유하는 제품에 적합합니다. 단일 콘 펄스 혼합 건조기는 저진공 작동에 적합하며 반응-결정화, 가열-냉각, 살균, 액체-고체 분리 및 탈기 등 공정의 다른 단계에도 적용할 수 있습니다.

현대 화학 산업의 발전과 함께 화학 생산은 대규모화 및 대량 생산으로 전환되는 추세이며, 단일 생산 설비의 생산량도 증가하고 있습니다. 이에 따라 단일 콘 진공 건조기 또한 점차 대규모화되고 있습니다. 이 과정에서 단일 콘 건조기의 직경이 커지고 콘의 길이가 길어지며, 특히 재킷 압력이 1.0MPa 이상일 경우 내부 실린더의 벽 두께가 증가하여 진공 단일 콘 건조기의 설계 및 제조 난이도가 높아지고, 그에 따라 장비의 제조 비용 또한 증가합니다.

따라서 적절한 재킷 구조를 선택함으로써 내부 실린더의 벽 두께를 줄이고 내압 용량을 증가시키는 목적을 달성하는 것이 더 경제적이고 합리적입니다.

단일 콘 진공 건조기의 가열 재킷의 종류 및 특성

(1) 일체형 재킷

교반 장비의 가열 또는 냉각에 가장 일반적으로 사용되는 재킷형은 일체형 재킷으로, 장비 외부에 약간 더 큰 직경의 용기가 설치된 형태입니다. 이 재킷형은 가공 기술이 성숙하고 구조가 간단하며 제조가 용이하다는 특징이 있어 화학 장비 설계에 널리 사용되고 있습니다.

단점은 가열 영역이 원통의 기하학적 구조에 의해 제한되어 너무 크게 만들 수 없다는 것입니다.

(2) 나선형 편향기가 있는 재킷

나선형 가이드 플레이트는 재킷 내부에 설치되어 재킷 내부의 유체 흐름을 유도하고 용기 내부 물질의 가열 또는 냉각을 개선할 뿐만 아니라 외부 압력 작용 길이의 계산값을 줄여 용기 실린더의 벽 두께를 줄일 수 있습니다. 그러나 단점은 디플렉터의 크기가 클 경우 실린더와 재킷 사이에 설치할 수 없다는 것입니다. 실린더와 재킷 사이의 거리를 늘리거나 디플렉터 원의 개수와 실린더 벽 두께를 늘려 디플렉터 플레이트의 크기를 조절하는 방법은 순서가 뒤바뀐 방식입니다. 또한 실린더, 보강 링, 재킷이 모두 강체로 연결되어 있어 서로 다른 재질과 온도로 인해 큰 응력이 발생하므로 이러한 구조는 가능한 한 피해야 합니다.

(3) 반원형 파이프 재킷

반원형 파이프 재킷 구조는 배열 형태에 따라 나선형과 파이프열형으로 나뉘고, 반원형 파이프의 형상에 따라 표준 반원형 파이프와 활형 파이프로 구분됩니다. 전체 재킷과 비교했을 때, 반원형 파이프 재킷은 다음과 같은 특징을 갖습니다. 구조가 간단하고 내압성이 뛰어나며, 용기의 작동 상태를 변경하지 않고도 설계 벽 두께를 효과적으로 줄일 수 있어 자재를 절약하고 장비 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 외부 압력에 대한 장비의 강도와 강성을 향상시키고 유지 보수를 용이하게 합니다. 이러한 장점은 특히 외부 압력 조건이 가혹한 대형 단일 콘 진공 건조기에서 더욱 두드러집니다.

단점은 용접 부위가 많고 용접량이 많아 가공 및 제조에 어려움이 있으며, 비파괴 검사 작업량도 증가한다는 점입니다.

단일 원뿔형 진공 건조기의 나선형 반회수 파이프 재킷 제조 시 발생하는 문제점 및 분석

나선형 반원형 파이프 재킷(이하 하프 파이프) 설비는 유럽과 미국에서 널리 사용되고 있으며, 독일은 1979년에 표준을 제정했습니다. 일반적인 재킷 용기와 비교하여 하프 파이프 설비는 우수한 원통 응력, 높은 열전달 효율, 에너지 절약 및 강철 소비 절감 등의 장점을 가지고 있어 현재 비교적 합리적이고 진보된 재킷 구조입니다.

우시 장화 기계는 제조를 담당하는 몇몇 제조업체를 대상으로 심층 조사를 실시한 결과, 반원형 재킷 컨테이너의 제조 문제가 보급 및 적용을 저해하는 주요 문제 중 하나임을 알게 되었습니다.

(1) 반원형관 형성 문제

일부 제조업체는 기성품 원형 파이프를 사용하여 원통의 외경에 맞춰 말아 모양을 만든 다음 표시를 하여 반원형 파이프의 해당 부분을 제작합니다. 표시를 마친 후 밀링 머신으로 파이프의 절반(사용할 수 없는 부분)을 깎아내어 완성합니다.

따라서 하프파이프의 이 부분은 많은 자원을 소모하고 가공량도 많아 상대적으로 비용이 높으며, 가공 후 하프파이프 내경의 원형도를 확보하기 어렵습니다.

(2) 원기둥의 자중 비원형 문제

이러한 종류의 장비는 길이가 비교적 길기 때문에, 장비를 눕혀 놓고 실린더 연결부에 반쪽 파이프를 조립 및 용접하는 방식만 가능합니다. 장비 자체의 무게 때문에, 원형으로 제작하더라도 눕혀 놓으면 원형이 변형될 수 있습니다.

그러나 일부 제조업체는 아무런 조치를 취하지 않고 반원형 파이프를 배럴 이음매에 직접 조립 및 용접하여 장비의 향후 사용에 잠재적인 위험을 초래했습니다.

(3) 나선형 반관과 원통의 조립 문제

제작된 하프파이프는 먼저 장치 벽에 고정된 후, 하프파이프 사이의 맞대기 용접이 진행됩니다. 이러한 가공 기술로 인해 용접 후 수축이 발생할 여지가 없어 하프파이프의 맞대기 용접 부위에 큰 조립 응력이 발생합니다. 이 조립 응력은 일반적으로 인장 응력으로 표현되며, 용접 균열을 쉽게 유발하고 용접부의 인장 강도를 저하시킬 수 있습니다.

따라서 해당 제품의 처리 기술을 개선할 필요가 있다.

단일 원뿔형 진공 건조기용 나선형 반원형 재킷의 제조 솔루션

위의 문제점을 해결하기 위해 우시 장화 기계는 한 달 이상 일본, 독일 등 여러 국가의 나선형 반원통 재킷 제조 관련 기술 자료를 검토했습니다. 그 결과, 한 달 만에 단일 원뿔형 진공 건조기의 나선형 반원통 재킷에 대한 구체적인 제조 설계 방안과 문제점 해결 방법을 찾아냈습니다.

(1) 롤 성형

반원형 외피는 원형 파이프 대신 강판으로 제작한 후 자체 제작한 반원형 롤링 기계를 사용하여 롤 성형합니다.

강판은 압력 용기 "원형 압연 공정 규정"에 따라 압연기에서 성형되어 압력 용기 GB150-89의 10 및 13 요구 사항을 충족하는 원형도를 갖습니다.

(2) 실린더 외부에 나선형 반원형 튜브를 조립하는 방법

나선형 반원형 튜브의 제조 공정은 나선 반경과 나선 리드 각도의 변화로 인해 복잡하며, 이는 제조 난이도를 높입니다. 제조 치수가 제대로 맞지 않으면 조립 및 용접이 더욱 어려워집니다. 나선형 반원형 튜브에는 맞대기 이음매가 많고, 필렛 용접 길이가 비교적 깁니다. 용접 품질을 확보하기 위해서는 맞대기 이음매가 완전히 용입되어야 합니다. 그러나 반원형 튜브의 필렛 용접에서는 결함을 감지하기 어렵고, 내부 결함(클램핑 슬래그, 불완전 용입, 기공, 균열 등)을 발견하기 어렵습니다.

이는 장비 사용에 많은 잠재적 위험을 초래하므로, 위의 어려움을 해결하기 위해 특별한 기술적 대책이 마련되었습니다.

(3) 용접 전 실린더 준비

먼저 용접된 원통을 플랫폼에 세우고 원통의 상단 위치(0°, 90°, 180°, 270°)를 다시 확인한 후, 위의 네 방향선에 나선형 반원형 파이프의 궤적을 그립니다. 이렇게 하면 조립의 정확도를 확보할 수 있습니다. 그 후 나선형 반원형 튜브를 아래에서 위로 순차적으로 조립하고 용접합니다. 이를 위해 툴링 블록과 웨지 블록을 제작하여 반원형 튜브가 원통에 밀착되도록 하고, 맞대기 이음매의 수를 줄여 용접 품질을 확보합니다.

(4) 용접 공정

맞대기 이음의 완전한 침투를 달성하기 위해 V자형 홈, 뭉툭한 모서리(1±1mm), 2~3mm의 간격, 단면 용접 및 양면 성형을 채택하고 용접공은 용접에 대한 특별 교육을 받습니다.

원형 필렛 용접의 경우, 용접 품질을 보장하기 위해 용접 및 열처리 후 표면 결함 검사 외에도 수압 시험 및 기밀 시험을 실시합니다. 누출이 발견되면 즉시 용접부를 보수하고 결함을 재검사한 후 다시 수압 시험을 실시합니다. (정밀한 계산을 통해 시험 압력을 일정 배수로 높이고 충분한 시간 동안 압력을 유지합니다.)

(5) 압력 테스트

단일 콘 진공 건조기의 복잡한 구조로 인해 용접 이음매가 너무 길고 용접 위치가 불량한 경우가 많습니다. 용접 품질을 확보하기 위해 용접 및 열처리 후 외부 코일에 대한 압력 테스트를 실시해야 하며, 제품 요구 사항을 충족하기 위해 수압 테스트와 기밀 테스트도 모두 수행해야 합니다.

단일 원뿔형 진공 건조기 나선형 반원형 튜브 재킷형 반응기는 높은 기술 요구 사항, 복잡한 구조 및 상당한 제조 난이도를 수반합니다. 제조 및 조립 과정의 어려움을 충분히 고려하여 합리적인 공정 방안을 수립하고 필요한 보조 공구를 사전에 제작해야 합니다.

제조 공정 중 부품은 도면 및 공정 요구 사항에 따라 엄격하게 성형되며, 조립 및 용접 공정 중 용접 후 대형 플랜지의 변형을 방지하여 코일 및 실린더의 용접 품질을 향상시키고 모든 주요 난제를 제어합니다.