안전밸브 오리피스 Size

안전밸브 등의 벤트 주변의 폭발위험장소 구분에 대한 누출률 산정을 위해서 안전밸브 오리피스 면적에 대한 정보가 필요하여 이에 대해 다음 내용을 공유하고자 한다.

 

 

 

안전밸브 오리피스 Size

관련 법규

KS C IEC 60079-10-1의 Table B.1에서  안전밸브(압력방출밸브)에서의 누출면적을 안전밸브 오리피스 면적의 10%로 권고하고 있다. 이것은 안전밸브의 완전 개방을 전제하는 것이 아닌 밸브 부품의 고장과 같은 다양한 누설(2차 누출원)을 전제로 하고 있으며, 특이한 경우에는 이보다 더 큰 면적을 가질 수 있다고 제시하고 있다.

 

안전밸브 등의 벤트 주변의 폭발위험장소 구분에 대한 세부적인 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/645

안전밸브 등의 벤트 주변의 폭발위험장소 구분

 

 

안전밸브 표준 노즐 오리피스

특정 용기 또는 파이프 라인에 대한 압력 및 릴리프 속도가 설정되면 압력 방출 밸브 오리피스의 필요한 크기 또는 유효 면적을 결정할 수 있다.

이 과정의 크기 공식은 예상되는 릴리프 조건에서 필요한 양의 시스템 유체를 흐르게 하는 압력 릴리프 밸브의 필요한 유효 면적을 계산하는 데 사용할 수 있다.

업계에서는 밸브 오리피스 크기를 표준화하여 각각 0.110 in^2 ~ 26.0 in^2 의 면적을 가진 D부터 T까지의 문자로 식별하고 있고, 표준 노즐 오리피스 명칭과 해당 토출 면적은 표 1과 같다.

 

<TABLE 1> STANDARD NOZZLE ORIFICE DATA

 

 

오리피스 크기(유효 면적) 계산

대부분의 주요 압력 방출 밸브 제조업체는 사이징 소프트웨어도 제공한다. 그러나 표준 표를 적용할 수 없거나 소프트웨어를 사용할 수 없는 경우, 엔지니어는 수동 계산을 통해 크기를 결정해야 한다.

필요한 오리피스 크기(유효 면적)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있다.

Vapor or gases		perfect gas laws(Z = 1)
Steam
Liquids

 

 

오리피스 크기 계산 공식은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1533

안전밸브의 구경 선정

 

 

방출 밸브 상수(RELIEF VAVLE CONSTANTS)

일반 가스 및 증기에 대한 방출 밸브 상수에는 이상 기체 비열비 (𝑘) , 압축성 인자 (𝑍) 및 분자량 (𝑀)이 있고 주요 Gas/Vapor의 방출 밸브 상수는 표 2와 같다  .

 

- 이상 기체 비열비 (𝑘) : 릴리프 밸브 출구의 비열 비율[일정 압력에서의 비열(𝐶𝑝)/일정체적에서의 비열 (𝐶𝑣)].

- 압축성 계수 (𝑍) : 기체의 압축성을 설명하는 인자

- 분자량 (𝑀) : 기체 또는 증기 분자의 무게. 

 

<Table 2> RELIEF VAVLE CONSTANTS FOR COMMON GASES AND VAPORS

 

 

Gas/Vapor Application

Q. 다음 조건에 맞는 표준 오리피스 크기를 결정하라.

- Fluid: Saturated ammonia vapor (NH3)

- Required Capacity: 15,000 lb/hr

- Set Pressure: 325 psig (constant back pressure of 15 psig deducted)

- Overpressure: 10%

- Back Pressure: 15 psig (constant)

- Inlet relieving Temperature: NH3 saturation temperature @ Pi (138℉)

- Molecular Weight: 17

 

 

Solution

① Determine from Table 2 that NH3 has a specific heat ratio of k = 1.31 and a nozzle constant of C = 347.

② Find the actual relieving pressure P1 to be:

P1 = set pressure + overpressure + atmospheric pressure

= 325 + 32.5 + 14.7

= 372.2 psia

③ Calculate the critical flow pressure as,

Because the back pressure (≈ 30 psia) is less than the critical flow pressure, assume Kb = 1.0

④ Assume that NH is an ideal gas, ∴ Z = 1.0

⑤ Since a coefficient of discharge is not given, assume K = 0.975

⑥ Calculate an orifice effective area using Equation for Vapor or gases :

⑦ From Table 1, find the smallest standard orifice designation that is equal to or greater than A.

⑧ Select an “H” orifice with an actual area equal to 0.785 in^2 .

 

Reference : 1. Randall W. Whitesides, CPE, PE, Selection and Sizing of Pressure Relief Valves