과압 원인별 소요분출량 산출방법

압력방출장치 등의 배출 용량 산정을 위해서 기본적으로 안전밸브 등의 다양한 작동원인을 파악하고 원인별 소요 분출량을 올바르게 계산하는 것이 중요하고 API 기술기준 등에서 제시한 방법으로 산출한다.

 

 

 

 

과압 원인별 소요분출량 산출방법

 

압력방출장치 등의 배출용량 산정을 위해서 기본적으로 안전밸브 등의 다양한 작동 원인을 파악하고 원인별 소요 분출량을 올바르게 계산하는 것이 중요하다.

과압은 1개의 원인 또는 여러 개의 복합된 원인으로부터 발생될 수 있고 여러 원인들의 발생 가능 확률을 고려해야 한다.. 과압을 일으키는 시나리오의 범주(Category)를 화재, 운전 실수(수동밸브 차단, 냉각 및 환류 중단, 수압 팽창, 유티리티 중단, 흡수제 공급 중단 등), 설비 결함(열교환기 튜브 파손, 자동조절밸브 고장), 공정 전복(폭주 반응 등) 등으로 크게 구분할 수 있고. 과압 원인별 소요 분출량 산출방법은 API 기술기준 등에 다음과 같이 제시되어 있다.

 

 

 

 

<표 1> 과압발생 원인별 소요 분출량 산정지침 (Basis for Relief Capacities Under Selected Conditions)

상기 과압 발생 원인 중 공정 전복(폭주 반응 등)을 제외하고 외부 화재에 의한 소요 분출량이 가장 클 경우가 많고, 그에 대한 세부 산출 기준은 다음과 같다.

 

 

 

 

● 3가지 유형에 따른 소요 분출량 산출 기준

1) 개방 액면화재(Open pool fire)

액체를 담은 용기에 대한 소요분출량을 여러 경우에 따른 총입열량을 산정한 후 증발 잠열로 나누어 계산한다.

가스, 증기 또는 초임계유체를 담은 용기에 대한 소요 분출량은 별도의 계산식에 의해 소요 분출량을 계산한다.

2) 제한된 공간의 액면화재(Confined pool fire)

일반적으로 제한된 공간의 액면화재는 구조물 내부 또는 둑으로 둘러싸인 지역에서 화재가 발생한 경우로서, 밀폐로 인한 예열 및 재복사로 인해 개방 공간의 화재보다 더 높은 화염 온도와 더 큰 열 흐름(Heat flux)을 보인다. 화재의 지배유형(환기지배 및 연료 지배)) 및 규모에 따라 그 효과가 달라지고 소요 분출량 계산하는 방법도 다르다. 즉, 중소 규모 화재는 개방 액면화재의 계산식을 적용하고 대규모 화재의 경우는 더 엄밀한 방법을 사용할 필요가 있다.

3) 제트화재(Jet fire)

제트 화재는 용기 표면을 국소적으로 과열시켜 용기 내부의 압력이 압력방출장치의 설정압력에 도달하기 전에 금속 벽을 파열시킬 수 있으므로 일반적인 압력방출장치가 효과적인 보호장치가 될 수는 없다. 그렇기 때문에 압력방출장치를 대신하여 화재 누출원의 격리, 감압시스템, 외부 단열 등의 관리 및 완화책이 고려되어야 한다.

 

 

 

 

● 외부 화재 시 추가 고려사항

외부에서 받는 열량과 시간이 중요한 인자로서 보온 또는 외부 살수장치 등의 효과도 고려하여야 한다.

 

● 화재 시 소요 분출량 산출 영향 범위

최소한 지표면으로부터 수직 높이 7.5m까지 화재의 영향을 받는 것으로 가정하여 용기 등의 내부 액체 접촉면적을 계산하여야 한다. 다만 타원형 또는 구형 용기인 경우에는 지표면으로부터 최대 수평 직경까지의 높이 또는 7.5m 이내의 높이 중 큰 수치를 적용하여 용기 등의 내부 액체 접촉면적을 계산하여야 한다. 화재 시에는 점화원을 중심으로 최소한 수평거리 15m 이내의 면적이 화재의 영향을 받는 것으로 간주하여 소요분출량를 계산하여야 한다. 또는 2,500~5,000 ft^2(230~460㎡) 지상 면적이 영향을 받는 것으로 계산할 수도 있다.

 

References :

1. API, API RP 521 (Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems) (1997)

2. API, API RP 576 (Inspection of Pressure-relieving Devices) (2009)

3. KOSHA Guide D-18-2017 (안전밸브 등의 배출용량 산정 및 설치 등에 관한 기술지침)