하중 및 설계 조건의 응력해석을 통한 열교환기 최적설계

Abstract

현재 산업계에서는 구조적으로 안전한 열교환기를 설계하기 위하여 ASME에서 규정하고 있는 코드를 사용하고 있다. 하지만 예를 들어 ASME 코드로 Shell을 설계 할 경우 용기의 내압, 내경, 설계온도에 따른 재료의 허용응력 그리고 용접 효율을 토대로 Shell 두께를 계산한다. 이 방법으로 계산된 Shell 두께는 압력용기의 길이에 상관없이 항상 같게 나온다. 또한 Saddle의 경우 두께를 계산할 수 있는 법을 제시하고 있지만 Saddle의 좌굴을 방지하기 위하여 리브를 보강하여야 한다. 하지만 리브를 보강하는 법은 이는 제대로 규정하지 못 하고 설계자의 경험에 의하여 보강을 하고 있는 실정이다. 이처럼 ASME 코드로 설계된 열교환기의 용기는 구조적으로 불안정한 요소들을 가지고 있다. 따라서 본 연구는 ASME에서 제시하고 있는 코드를 사용하여 열교환기를 설계하고 이를 유한요소해석 상용프로그램인 ANSYS로 해석한 결과가 ASME에서 규정하고 있는 허용조건를 만족하도록 총4회에 걸쳐 해석을 진행하여 구조적으로 최적화된 열교환기를 설계하였다.