안전밸브에 관한 기술지침

안전밸브에 관한 기술지침

▣ 정의

◈ 설계압력 vs 최고허용운전압력(MAWP)

◎ 설계압력 

- 각 운전상태에서의 사용압력 및 사용온도에 대해 가장 엄격한 조건을 고려하여 최소 허용두께 또는 용기의 물리적 특성을 결정하는 목적으로 용기의 설계에 사용되는 압력을 말함

 

- 일반적으로 압력용기 설계시 운전압력 대비 가장 심각한 운전조건을 최소로 하는 상태로 설계압력을 결정하고

해당 자재에 요구되는 최소두께를 정하고 그것보다 두꺼운 자재를 사용하여 압력용기를 제작한다.

 

※ 일반적 용기

- 설계압력(최대운전압력 70KGf 기준)

→ 이하 경우 = Max[ 최대운전압력*1.1 or 최대운전압력+1.8KGf]

→ 초과 경우 = Max[ 최대운전압력*1.05 or 최대운전압력+7KGf] 최소설계압력 : 3.5KGf 이상

 

- 최소설계압력 : 3.5KGf 이상

 

◎ 최고허용운전압력(MAWP) :  실제 용기가 제작된 이후에 알수 있다.

- 용기의 제작에 사용된 재질의 두께(부식여유 제외)를 기준으로 하여 계산된 허용 가능한 최고 압력(MAXIMUM ALLOWABLE WORKING PRESSURE, MAWP)

 

- 즉, 사용된 자재의 두께를 이용하여 그 압력용기의 사용 가능한 압력을 다시 계산한다. 이를 최고허용압력이라고 하며 사용된 자재의 두께에서 부식 여유를 빼고(제외하고) 계산하는데, 계산시 압력용기의 모든 압력부를 계산하여 가장 적은 압력을 그 용기의 MAWP로 정한다.

 

 

※ 최고허용운전압력 ≥ 설계압력 > 최대운전압력 > 운전압력 > 최저사용압력

 

◈ 소요 분출량(Required Capacity) vs 배출용량(Relieving capacity)

◎ 소요 분출량(Required Capacity)

발생 가능한 모든 압력상승 요인 별 각각 분출될 수 있는 유체의 량

 

◎ 배출용량(Relieving capacity)

각각의 소요 분출량 중 가장 큰 소요 분출량

※ 배출용량 > 소요 분출량

 

◈ 설정압력(Set Pressure) vs 축적압력(Accumulated Pressure)

◎ 설정압력(Set Pressure)

용기 등에 이상 과압이 형성되는 경우, 안전밸브가 작동되도록 설정한 안전밸브 입구측에서의 게이지 압력

 

◎ 축적압력(Accumulated Pressure)

안전밸브 등이 작동될 때 안전밸브에 의하여 축적되는 압력으로써, 그 설비 내에서 순간적으로 허용될 수 있는 최대압력(배압이 축적압력으로 작용)

 

① 설정압력(Set Pressure)에 도달하여 안전밸브가 열린다고 해도 방출하는 도중에 압력이 축적되어 상승되는 경우가 있는데 이때 설정압력보다 높은 압력으로 축적되는 압력을 말함.

 

② 축적압력에 의해서도 용기 등이 변형, 파손될 우려가 있어 제한을 두고 있으며 화재시가 아니면 설정압력의 10% 까지(setting값의 110%) 누적되는 것을 허용함. 화재 경우 극한 상황으로 추가로 이 값보다 10%(setting값의 121%) 높은 값을 사용할 수 있음

 

③ 압력이 축적되는 이유는 배출측 배관에서 흐름이 형성되면 압력차가 발생하고 그 압력이 거슬러서 용기 내에 추가로 압력이 상승하기 때문임

 

④ 안전밸브는 축적압력이 더해진 압력에서 배출된다고 보고 밸브크기를 정하며 축적이 늘어나면 허용치 이내로 들도록 배출배관의 크기를 늘려 주어야함.

 

◈ 누적배압(Build-Up Back Pressure) vs 중첩배압(Superimposed Back Pressure)

◎ 누적배압(Build-Up Back Pressure)

안전밸브가 작동한 후에 유체방출로 인하여 발생하는 토출측에서의 압력증가량 

→ 자체 S/V 개방으로 생성된 압력

 

◎ 중첩배압(Superimposed Back Pressure)

안전밸브가 작동하기 직전에 토출측에 걸리는 정압(Static pressure)

→ 타 밸브 등에 의해 이미 형성된 압력

 

◈ 최대 허용배압(MABP, Maximum Allowable Back Pressure)

안전밸브 작동 시 배압에 의해 안전밸브의 기능이 저하되지 않도록 안전밸브 토출측 에 작용될 수 있는 최대의 배압

 

- 배압 = 누적(자체 S/V 방출)배압 + 중첩(기존, 부가)배압

→ 일반형 안전밸브(Conventional type) : 설정압력 10% 이내까지 허용

→ 밸로우즈형 안전밸브(Balanced bellows type) : 설정압력 50% 이내까지 허용

 

▣ 안전밸브 설치대상(산업안전보건기준에 관한 규칙 제261조)

① 압력용기

- 관형 열교환기는 관(tube)의 파열로 인한 압력상승이 동체의 설계압력 또는 최고허용압력을 초과할 우려가 있는 경우 - 안지름 150mm 압력용기 제외

② 정변위(Positive displacement) 압축기

- 다단 압축기인 경우에는 압축기의 각 단에 설치

③ 정변위 펌프

- 토출측에 차단밸브가 설치된 것만 해당

④ 배관

- 배관내의 액체가 2개 밸브 등에 의해 차단되어 대기온도에서 액체의 열팽창에 의하여 구조적으로 배관 파열이 우려되는 배관

⑤ 구조적으로 MAWP(최고허용압력) 초과 우려 설비

 

▣ 안전밸브 설치위치

① 보호대상용기 상부 기상/증기 공간 또는 배관에 설치

 

② 열팽창용 배관 설치 시 액상배관에 설치

 

▣ 안전밸브 설치방법

① 보호대상용기 등에서 인입 플랜지까지의 압력손실은 설정압력의 3% 이하

 

② 안전밸브 인입/토출배관 호칭지름은 안전밸브 인입/토출 측 플랜지와 동일 또는 그 이상 일 것

 

③ 하나의 배관에 2개 이상 안전밸브 설치 시 배관단면적은 각 안전밸브 인입 단면적 합계와 같거나 그 이상 일 것

 

④ 안전밸브 토출측 배관 배압

 

⑤ 토출배관은 안전밸브로 부터 토출된 유체가 배관에 정체되지 않도록 설치

⑥ 토출배관은 빗물유입 또는 고이지 않도록 구멍(직경 5mm)을 내는 등 조치 (비위험물질인 경우에도, 모두 해당? )

⑦ 안전밸브 자체 하중, 전/후단 배관 하중, 토출 시 충격 및 외부 충격 등 견디도록 설치 하되 필요 시 지지대 설치

⑧ 고점도, 고유동점 물질 및 결빙에 대비 가열/ 단열 등 조치

⑨ 파열판과 안전밸브 직렬 설치 시 파열판의 파열 및 누출 탐지를 위한 압력계 또는 경보장치 설치