Relief System HAZOP 분석

HAZOP(Hazard and Operability, 위험 및 운전성) 분석에서 비상 압력 방출 시스템(Relief System)은 공정 안전의 최후 보루이다.

 

Relief System HAZOP 분석

HAZOP에서 다음 내용은 압력 방출 장치가 제대로 작동하지 않거나, 작동 시 추가적인 위험을 초래할 수 있는 원인(Cause)과 변수(Parameter)를 검토할 때 핵심적인 기준이 된다.

 

 

비상 압력 방출 시스템(Relief system)의 정의 

비상 압력 방출 시스템(Relief system)은 공정 장치나 배관 내의 압력이 설계 압력(Design pressure) 또는 최대 허용 상용 압력(MAWP)을 초과할 경우, 내부 유체를 외부로 안전하게 배출하여 장치의 파손이나 폭발을 방지하는 최종 단계의 독립적 안전 보호 계층(IPL)이다.

이 시스템은 단순히 밸브 하나만을 의미하는 것이 아니라, 다음의 구성 요소를 모두 포함하는 전체 경로를 의미한다.

• 유입 배관(Inlet piping): 보호 대상 기기와 방출 장치를 연결하는 구간.
• 압력 방출 장치(Relief device): 안전 밸브(PSV), 파열판(Rupture disk) 등.
• 토출 배관(Discharge piping): 방출된 유체가 흐르는 구간.
• 수집 및 처리 설비(Disposal system): 플레어 스택(Flare stack), 녹아웃 드럼(Knock-out drum), 흡수 탑(Scrubber) 등.

 

 

Relief Philosophy (Process and Fire)

비상 방출 철학(Relief Philosophy)은 어떤 상황에서 압력을 방출할 것인지에 대한 기본 설계 원칙을 의미한다.

• 공정 원인(Process Cause): 제어 밸브 고장, 냉각수 중단, 전력 상실, 운전원 실수 등으로 인한 과압 발생 시나리오를 검토한다.
• 화재 원인(Fire Cause): 외부 화재로 인한 액체의 비등 및 기체 팽창에 따른 과압을 검토한다.
• 분석 포인트: 설계 시 상정된 시나리오가 실제 공정 변화를 모두 반영하는지, 화재 시 보호 범위가 적절한지 판단한다.

 

 

Type of Relief Device and Reliability

설치된 방출 장치의 종류(Type)와 그 장치가 요구 시점에 확실히 작동할 것인지에 대한 신뢰도(Reliability)를 검토한다.

• 장치 종류: 스프링식 안전 밸브(Spring-loaded PSV), 파일럿 작동식(Pilot-operated), 파열판(Rupture Disk) 등의 적합성을 확인한다.
• 신뢰도: 부식성 유체에 의한 고착, 이물질에 의한 폐쇄 가능성, 정기적인 검사 및 교정 주기 등을 검토한다.

Relief Valve Discharge Location

방출된 유체가 도달하는 최종 목적지(Discharge Location)의 안전성을 검토한다.

• 대기 방출(Atmospheric Discharge): 인근 작업자나 가연성 가스 흡입구에 영향을 주지 않는지 확인한다.
• 폐쇄계 방출(Closed System): 플레어 스택(Flare Stack)이나 녹아웃 드럼(Knock-out Drum)으로 연결될 때, 해당 배관의 배압(Back Pressure)이 PSV 작동에 미치는 영향을 검토한다.

Pollution Implications

압력 방출 시 외부로 유출되는 물질이 환경에 미치는 영향(Pollution)을 평가한다.

• 독성 및 환경 오염: 유독 물질이나 온실가스가 직접 대기로 방출될 경우의 법규 위반 및 환경 피해를 원인으로 도출한다.
• 후속 조치: 중화 장치나 회수 시스템의 필요성을 검토하는 근거가 된다.

 

 

Two-phase Flow

방출 시 기체와 액체가 동시에 흐르는 2상 흐름(Two-phase Flow) 현상을 검토한다.

• 설계 용량 초과: 기체 기준으로 설계된 밸브에 액체가 섞여 나올 경우, 밀도 차이로 인해 배출 용량이 급격히 감소(Low Capacity)한다.
• 배관 진동: 불균일한 흐름으로 인한 배관의 물리적 파손 위험을 분석한다.

Low Capacity (Inlet and Outlet)

방출 장치 전단(Inlet)과 후단(Outlet) 배관의 처리 용량 부족 문제를 검토한다.

• 인렛 손실(Inlet Loss): 유입 배관의 압력 손실이 설정 압력의 3%를 초과하면 밸브가 떨리는 채터링(Chattering) 현상이 발생하여 파손될 수 있다.
• 아울렛 배압(Outlet Back Pressure): 토출 측 배관이 너무 좁거나 막히면 배압이 상승하여 PSV가 제 성능을 발휘하지 못한다.

 

 

요약 

분석 항목	핵심 검토 내용
Relief Philosophy	공정 이상 및 화재 시나리오 설계 근거의 타당성
Device & Reliability	장치 형식의 적합성 및 고착/오작동 가능성
Discharge Location	토출물에 의한 2차 피해 및 배압 형성 여부
Pollution	대기 방출 시 환경 및 인체 독성 영향
Two-phase Flow	기액 혼합 흐름에 따른 용량 저하 및 진동 발생
Low Capacity	인렛/아울렛 배관 크기에 따른 물리적 제약