Boiling의 HAZOP 연관성 분석

HAZOP 분석에서 Boiling(비등)은 일반적으로 Pressure Low(압력 감소)의 결과로 나타나는 현상이지, 압력 감소를 유발하는 직접적인 원인으로 분류하지 않는다.

 

 

 

Boiling의 HAZOP 연관성 분석

압력과 끓는점의 물리적 상관관계에 따라 압력이 낮아지면 액체의 비점(Boiling Point)이 하강하여 Boiling이 발생한다.

 

물리적 인과관계

• 현상: 밀폐된 용기 내의 압력(P)이 하강하면, 액체의 포화 증기압이 외압과 같아지는 지점이 낮아진다.
• 결과: 정상 운전 온도(T)에서 액체가 끓기 시작하며 대량의 증기가 발생한다.
• 수치적 예시: 상압(1.013 * 10⁵ Pa)에서 100°C인 물의 비점은 압력이 1 * 10³ Pa 수준으로 떨어질 경우 실온에서도 Boiling이 일어난다.

 

 

예외적으로 원인이 되는 경우

매우 특수한 공정 시나리오에서는 Boiling이 압력 변화의 원인으로 지목될 수 있으나, 이는 대개 압력을 상승시키는 요인으로 작용한다.

• 과압 유발(Pressure High): 밀폐계에서 Boiling으로 인해 액체가 기체로 변하면 부피가 급격히 팽창(약 1 * 10³ 배 이상)하여 내부 압력을 상승시킨다.
• 국부적 압력 변동: 배관 내에서 Boiling(Cavitation 등)이 발생할 경우 기포의 생성과 소멸 과정에서 국부적인 압력 강하와 충격파가 반복된다.

 

 

Pressure Low를 유발하는 실제 원인

HAZOP에서 Pressure Low를 검토할 때는 Boiling보다는 다음의 원인들을 우선적으로 도출한다.

• 냉각(Cooling): 내부 온도가 급격히 하강하여 가스의 부피가 수축하거나 증기가 응축될 때 발생한다.
• 외부 배출(Drain/Vent): 의도치 않게 배출 밸브가 열려 내부 물질이 유출될 때 발생한다.
• 펌프 흡입(Pump Suction): 공급이 원활하지 않은 상태에서 하단 펌프가 강제로 액체를 인출할 때 용기 상부에 진공이 형성된다.
• 응축(Condensation): 기상 성분이 화학 반응이나 급냉으로 인해 액상으로 상변화하며 체적이 급감할 때 발생한다.

 

 

위험성 및 조치

Pressure Low 상태에서 Boiling이 시작되면 다음과 같은 위험이 따른다.

• Imploding 위험: 증기 응축으로 인한 급격한 압력 강하가 용기의 좌굴 강도를 초과하면 구조물이 붕괴한다.
• 펌프 손상: Boiling으로 발생한 기포가 펌프 임펠러로 유입되어 공동현상(Cavitation)을 유발하고 장치를 파손한다.

 

 

요약 및 결론

Boiling은 Pressure Low의 원인이 아니라 압력 저하에 따른 부수적 현상이다.

따라서 HAZOP 보고서 작성 시, Pressure Low의 원인 항목에는 '냉각에 의한 응축'이나 '공급 차단 후 인출' 등을 기재하고, Boiling은 그로 인한 결과나 위험 요소로 명시한다.