화학설비 압력시험 방법

화학설비 및 부속설비의 압력시험은 원칙적으로 수압시험을 실시하여야 하고, 금번에는 압력시험 방법에 대해 공유하고자 한다.

 

 

화학설비 압력시험 방법

“압력시험 (Pressure test)”이라 함은 압력용기, 가스실린더, 배관, 보일러 등이 사용 중의 압력에 충분히 견딜 수 있는지 여부를 알기 위한 목적으로 실시하는 시험을 말하며 시험유체에 따라 액체를 사용하는 수압시험 (Hydrostatic test)과 기체를 사용하는 기압시험 (Pneumatic test)로 구분한다.

“호칭압력 (Pressure rating)”이라 함은 플랜지의 압력등급을 나타내기 위하여 사용하는 수치를 말한다.

“공칭지름”이라 함은 플랜지의 크기를 나타내기 위하여 사용하는 수치를 말한다

 

 

압력시험 준비

● 압력계는 내압시험을 하는 배관 등의 내부압력을 항상 확인할 수 있도록 작업자가 보기 쉬운 장소에 최소한 2개 이상 설치하여야 한다.

● 압력계는 최대눈금이 시험압력의 1.5배 이상 4배 이하의 것으로 설치하여야 하며, 표준 정하중 시험기, 교정 마스터 게이지 또는 수은주와 비교하여 교정해야 하고, 참조규격 또는 규격서에서 다르게 규정하지 않는 한 게이지는 최소한 1년에 한 번은 재교정해야 한다.

● 압력용기 및 배관의 모든 연결부위의 보온재를 제거하여야 하며, 급성 독성물질을 취급하는 용기를 제외한 압력용기는 내․외부를 도색 및 코팅 또는 라이닝 할 수 있다. 그러나 시험 전에 실시한 도색, 코팅, 라이닝으로 인해 압력시험 중 누출을 감지할 수 없을 경우를 고려할 필요가 있다.

● 지하매설 배관은 지상배관보다 먼저 시험을 실시하고 매립한다.

● 가스 및 증기 취급배관에는 시험유체의 하중을 지지하기 위해 임시 지지대를 설치할 수 있다.

● 균형추식 배관 지지대(Counterweight piping support)는 시험유체의 하중을 지지하기 위해 임시 고정하여야 한다.

● 스프링행거(Spring hanger)는 시험유체의 하중을 지지할 수 있도록 멈춤장치를 작동시켜야 하며, 멈춤장치를 사용할 수 없는 경우 임시 지지대를 설치하여야 한다.

● 신축이음(Expansion joint)이 설치된 배관은 신축이음 설계압력의 150%까지 압력시험을 실시하여야 하며, 시험압력이 설계압력의 150%를 초과하는 경우 앵커(Anchor), 가이드(Guide), 기타 구속물(Restraint)을 설치하거나 신축이음을 제거한 후 압력시험을 실시하여야 한다.

● 역지밸브(Check valve)가 설치된 배관의 경우 밸브 전단에서 시험유체를 투입하고 가압하여야 하며, 이것이 불가능할 경우 밸브를 제거한다.

● 계장배관의 차단밸브는 견고히 닫아두어야 한다.

● 안전밸브 및 파열판은 입․출구측 플랜지에 맹판(Blind flange)을 설치하거나 시험 대상 압력용기 또는 배관으로부터 분리하여야 한다.

● 제어밸브(Control valve)를 압력시험 대상범위에 포함하여서는 아니 되며, 바이패스 배관이 있을 경우 압력시험은 바이패스 배관으로 실시하여야 한다. 필요시 제어밸브를 대신하여 임시 배관을 설치하여야 한다.

● 시험유체 투입 및 배출을 방해하는 오리피스는 모두 제거하여야 한다.

● 동절기에 수압시험을 실시하는 경우 배관 또는 시험유체를 예열하는 등 동파방지 조치를 실시하여야 한다.

● 모래, 먼지 등 불순물 유입이 우려될 경우 필터 또는 스트레이너를 시험 대상 배관계 내에 설치하여야 한다.

● 펌프, 압축기, 터빈은 연결배관과 분리하거나 맹판 등으로 격리하여야 한다.

● 배관을 격리하는 경우에는 연결부위 플랜지에 맹판을 설치하여야 하며, 밸브본체 및 시트가 시험압력을 수용할 수 있으면 차단밸브로 격리할 수 있다.

 

 

* 맹판에 대한 기준은 아래와 같다.

(1) 적정한 맹판 설치를 위한 플랜지의 호칭압력 및 사용하는 재질그룹별 온도에 따른 플랜지의 압력등급(Pressure temperature rating)은 KOSHA GUIDE D-9, “플랜지 및 개스킷 접합부에 관한 기술지침” 에 따른다.

(2) 맹판의 외경, 두께 및 체결해야 하는 볼트의 개수는 다음 표에 따른다.

 

<표 1> 호칭압력에 따른 맹판 설치기준

(3) 플랜지가 한국산업표준(KS)에 따라 제작된 것은 압력등급을 KS B 1501, “철강제 관 플랜지의 압력단계”에 따라 설치하며, 맹판의 외경, 두께 및 체결볼트 개수는 KS B 1511 , “철강제 관 플랜지의 기본치수”에 따른다.

 

 

● 압력용기와 연결된 배관의 시험압력이 용기의 시험압력 이하인 경우 용기의 시험압력을 적용하여 압력시험을 함께 실시하고, 용기의 시험압력을 초과할 경우 배관을 용기와 분리하거나 격리하여 별도로 압력시험을 실시하여야 한다. 단, 용기로부터 배관을 분리하거나 격리할 수 없는 경우에는 용기의 시험압력을 적용한다.

● 수압시험 시 용기 및 배관의 최상부에는 충수할 때 공기 포켓(Air pocket)을 제거하기 위해 벤트밸브(배출구)를 설치하고 공기를 방출한다.

● 수압시험 중 용기의 온도가 상승하게 되는 경우를 대비하여 시험압력의 1.3배 압력으로 설정된 액체배출용 릴리프밸브를 설치하는 것이 바람직하다.

● 기압시험 시에는 345 ㎪ 또는 시험압력의 10 % 중 작은 값을 시험압력에 더한 압력으로 설정된 안전밸브를 설치하여야 한다.

● 용접이음이 있는 압력용기 및 배관에 기압시험을 할 경우에는 시험 전에 용접부 전 길이에 대해 비파괴 검사를 하여야 한다.

 

 

압력시험 실시

● 수압시험 시 시험대상 설비 내에 물을 채우고 벤트밸브를 통해 물이 완전히 채워진 것을 확인한 후 가압펌프(수압시험기)로 물을 압입시켜 시험압력까지 승압시킨다.

● 기압시험 시 압력은 시험압력의 50 %까지 서서히 승압시키고 이상이 없는 것을 확인한 이후에는 시험압력의 10 %씩 단계적으로 승압시키고, 그때마다 안전한 위치에서 이상 유무를 감시하면서 시험 압력에 도달할 때까지 승압시킨다. 압력시험 선도는 다음 그림과 같다.

 

<그림 1> 압력시험 선도

 

● 압력유지 시간은 내압시험 압력까지 상승시킨 후 압력이 안정된 후에 최소 10분 이상 유지한 후 누출 및 변형 등의 이상 유무를 확인하여야 한다.

● 열교환기 등의 복합용기의 각 압력실은 별개의 압력용기로 고려하여 시험을 실시하며, 한쪽 실에 수압시험을 할 때에는 다른 쪽 실은 대기압상태로 비워 둔다. 단, 복합용기의 각 압력실이 시운전, 운전 및 정지 중에 발생할 수 있는 최대차압으로 설계된 공통부재가 있고 압력실 간 차압이 각 압력실 중 높은 압력 미만일 경우에는 각 압력실들을 동시에 수압시험 하여야 한다.

● 압력유지 시간 중 모든 연결부위와 접속부위에 대해 육안검사를 실시하여야 하며, 기압시험 중에는 거품용액을 사용하여 육안검사를 실시한다. 거품용액에 대한 세부사항은 KOSHA GUIDE M-150, “불활성기체 등을 이용한 기밀시험방법에 관한 기술지침” 을 따른다.

● 압력시험 중에 이상 징후가 확인된 경우는 즉시 감압시키고 이상을 조치한 후에 시험을 재실시하여야 한다.

● 기압시험 중 승압 및 압력유지 시간에는 시험대상 설비외면으로부터 최소 10 m 이상 이격된 지점에 펜스 및 접근금지 표지를 설치하고 시험 관계자 외의 접근을 금지시키고 최소인원으로만 기압시험을 수행하여야 한다.

 

 

압력시험 종료

● 수압시험 종료 후 배수는 잔류된 시험유체가 없도록 완전히 배수하고 건조된 공기나 질소를 투입하여 시험유체를 제거하여야 한다.

(1) 역지밸브 후단의 배관계는 완전히 배수되었는지 확인한다.

(2) 압력시험 동안 닫혀있던 모든 밸브를 열고 본체 내부의 시험유체를 제거한다.

(3) 배수할 때 장치 내 부압 또는 진공방지를 위해 공기배출구를 개방한다.

● 기압시험 종료 후 음압 또는 진공이 발생하지 않도록 서서히 감압하여야 한다. 또한 시험유체를 대기에 방출하는 경우에는 밸브, 배관 등에 과냉각이 발생하지 않도록 감압속도를 제어하여야 한다.

● 압력시험 후 내압부의 주요부분에 보수용접을 한 경우에는 시험을 재실시 하여야 한다.

● 압력시험 전 분리하였던 밸브, 오리피스, 신축이음은 적절한 개스킷과 함께 원래의 위치에 설치하여야 한다.

● 배관에 설치된 임시 지지대는 제거하고 스프링행거 멈춤장치는 해지한다.

● 압력시험 중 용기 또는 배관을 분리하거나 격리하기 위해 설치한 맹판은 모두 제거한다.

● 압력시험을 위해 임시로 설치한 플랜지 접속부위 볼트와 개스킷은 설계 호칭압력 및 온도에 적합한 것으로 교체한다.

 

Reference : KOSHA GUIDE D - 54 - 2022 화학설비의 압력시험에 관한 기술지침