데드 레그 (Dead Leg) 설계 기준

배관 설계 시 데드 레그 (Dead Leg) 및 최소 유속 기준의 근거(Reference)를 공유하고자 한다.

데드 레그(Dead Leg)는 특히 부식성 유체나 고순도 약품 공정에서 심각한 오염원(Contaminants)이 된다.

배관 설계 시 주 배관에서 분기된 라인이 차단 밸브에 의해 막혀 있을 때, 주 배관의 유속에 영향을 받지 않는 정체 영역이 형성된다.

농도 변화: 정체된 구역에서는 성분 분리가 일어나거나 부식 생성물이 농축되어 국부적인 농도 이상(Concentration Wrong)을 유발한다.
온도 구배: 주 배관의 온도 Tₚ가 높더라도 데드 레그 내 유체는 외부 방열로 인해 온도가 하락하며, 이로 인해 유체 내 성분의 석출(Precipitation)이나 응축이 발생한다.

항목 (Items)	기준 및 영향 (Criteria and Impact)
설계 기준 (Design Standard)	일반적으로 분기 배관 길이 L과 직경 D의 비가 L / D > 3 인 경우를 데드 레그로 정의함 (API 570)
위험 요소 (Risk Factors)	국부 부식(Pitting), 미생물 증식(Biofilm), 수격 현상(Water Hammer) 유발
관리 대책 (Mitigation)	밸브를 주 배관에 밀착 설치(Close-coupled Valve)하거나, 주기적인 플러싱(Flushing) 실시

* 수치적 관리: 고순도 공정(High Purity)에서는 사구역 내 세균 증식을 억제하기 위해 L / D 비를 2.0 이하로 유지하도록 엄격히 제한한다.

데드 레그는 유동이 정체되는 구간으로, 부식 생성물의 퇴적 및 미생물 증식의 원인이 된다.

API RP 941 / API 570: 석유화학 공정에서 데드 레그는 부식(Corrosion) 및 침전물 퇴적의 주요 지점으로 정의된다. 일반적으로 분기 배관의 길이가 주 배관 직경 D의 3배(3D)를 초과할 경우 데드 레그로 간주하며, 이를 최소화할 것을 권고한다.
ASME BPE (Bioprocessing Equipment): 고순도 공정(High Purity Process)에서는 L / D < 2 (분기 길이 L과 직경 D의 비) 기준을 적용하여 정체 구간을 엄격히 제한한다.
설계 근거: 유속이 0에 수렴하는 구간에서는 유체 내 입자의 침강 속도(Settling Velocity)가 유동에 의한 부유력보다 커지게 되어 불순물이 퇴적된다.

유속을 일정 수준 이상으로 유지하는 것은 입자의 자가 세정(Self-cleaning) 효과를 확보하기 위함이다.

기본 원리 (Self-cleaning Velocity): 유체 내 고형물이 퇴적되지 않고 지속적으로 운반되기 위한 최소 유속을 '임계 침강 속도(Critical Settling Velocity)'라 한다. 일반적인 수처리 및 공정 배관 설계 가이드라인(예: Metcalf & Eddy, 유체 역학 설계 편람)에서는 입자의 밀도가 유체 밀도보다 클 때, 퇴적 방지를 위한 경제적 최소 유속으로 1.0 ~ 1.5 m/s를 제시한다.
부식 및 스케일 방지: 유속이 1.5 m/s 이상일 경우, 배관 벽면에서의 전단 응력(Shear Stress)이 상승하여 부식 생성물이나 스케일이 부착되는 것을 억제한다.
유동 상태: 레이놀즈 수(Reynolds Number) Re > 1.0 x 10⁴ (난류 영역 확보): 입경 1.0 x 10⁻⁴ m 이상의 입자가 포함된 유체에서는 1.5 m/s 이상의 유속이 퇴적 방지에 효과적임이 실증적으로 입증되어 있다.

배관 배치(Piping Layout): 운전 중 사용하지 않는 분기 라인은 최대한 제거하거나, 차단 밸브를 주 배관에 최대한 밀착하여 설치(Close-coupled)한다.
유량 제어(Flow Control): 공정 부하가 변동하더라도 최소 유속 1.5 m/s를 유지할 수 있도록 최소 유량 회로(Minimum Flow Bypass)를 구성한다.
정기 세정(Pigging/Flushing): 유속 유지가 어려운 대구경 배관의 경우, 주기적으로 고유속 플러싱을 실시하여 퇴적물을 제거한다.

728x90

댓글