과압안전장치 분출 면적 계산

다음은 안전밸브 또는 파열판(이하 "안전밸브")의 설계 중 공정의 조건에 따른 분출 면적을 계산하는 방법을 제시하고자 한다.

 

본 포스팅은 다음의 기 포스팅 자료와 연결된 것이다.

 

 

 

과압안전장치 분출 면적 계산

 

과압안전장치 설계•설치•관리 기준에 대한 총괄 내용은 기존에 포스팅 했던 다음 자료 참조.

 

 

https://sec-9070.tistory.com/58

과압안전장치 설계•설치•관리 기준

 

 

안전밸브ㆍ파열판 또는 릴리프 밸브의 분출 면적 또는 유출 면적은 다음의 계산식에 따라 계산한 면적 이상으로 한다.

(1) 기체 또는 증기로 분출되는 경우

(1-1) 임계 흐름 압력이 배압보다 크거나 같은 경우(음속 흐름)

 

 

(1-2) 임계 흐름 압력이 배압보다 작은 경우(아음속 흐름)

 

 

 

식(2.19)부터 식(2.24)까지에서

P1 : 분출량 결정압력(절대압력으로 설정압력과 초과 압력의 합)[㎪(a)]

 

여기에서

Pcf : 임계흐름압력(절대압력을 말한다)[㎪(a)]

k : 비열비( Cp/Cv)의 수치

Cp : 정압비열

Cv : 정적비열

P2 : 대기압을 포함하는 배압(절대압력을 말한다)[㎪(a)]

A : 필요분출면적(㎟)

W : 1-6에서 규정하는 필요 분출량(㎏/h)

C : 비열 용량 계수로서 그림 1-4① 또는 표 1-4(1)에서 나타낸 값으로 한다.

T : 분출량 결정 압력에서 화학물질의 절대온도(K)

M : 화학물질의 분자량

Kd : 분출계수(제작자의 설계분출계수)로서 안전밸브는 0.975, 파열판은 0.62로 한다.

Kb : 배압 보정계수로서 대기압이면 1, 평형벨로우즈형(Balanced bellows type)은 그림 1-4②, 일반형(Conventional type)은 그림 1-4③에서 구한 값

Kc : 안전밸브와 파열판을 함께 설치한 경우 0.9, 안전밸브만 설치한 경우 1.0으로 한다.

Z : 그림 1-4④에서 나타낸 압축 계수의 값. 단, 명확하지 않은 경우는 Z=1.0으로 한다.

V : 1-6에서 정하는 필요 분출량 (N㎥/min),[0℃, 101.325㎪(a)]

G : 표준상태에서의 화학물질비중[0℃, 101.325㎪(a)]으로 공기 1을 기준으로 한다.

F2 : 아음속 계수로서 그림 1-4⑤에서 구한 값 또는 다음 식에 따라 계산된 값으로 한다.

 

여기에서 ｒ= P2/P1

 

표 1-4(1) 비열 용량 계수

 

 

 

 

(2) 액체로 분출되는 경우

식(2.25)에 따라 분출 면적을 산출한다. 다만, 환경부장관이 그 성능을 인정하는 경우에는 식(2.26)에 따라 분출 면적을 산출할 수 있다.

 

 

식(2.25) 및 식(2.26)식에서

A : 필요분출면적(㎟)

Q : 필요분출량(L/min)

Kc : 안전밸브와 파열판을 함께 설치한 경우 0.9, 안전밸브만 설치한 경우 1.0으로 한다.

Kd : 분출계수(제작자의 설계분출계수)로서 안전밸브는 0.65, 파열판은 0.62로 한다.

Kw : 배압 보정계수로서 대기압이면 1, 평형벨로우즈형(Balanced bellows type)은 그림 1-4⑥에서 구한 값으로 하며, 일반형(Conventional type)은 특별히 보정하지 아니한다.

Kv : 점도 보정계수로서 그림 1-4⑦에서 구한 값 또는 다음 식에 따라 계산된 값으로 한다.

 

 

 

식(2.27)부터 식(2.29)까지에서

R : 레이놀드수(Reynold's Number)

μ : 분출온도에서의 절대 점도(Centipoise)(Centipoise)

U : 분출온도에서의 절대점도(Saybolt Universal seconds, SUS)

Kp : 과압 보정계수로서 그림에서 구한 값

P : 설정압력[㎪(g)]

Pb : 총배압[㎪(g)]

P1 : 분출량 결정압력(설정압력과 초과 압력의 합)[㎪(g)]

P2 : 배압[㎪(g)]

G : 분출온도에서의 비중으로 표준상태에서 물을 기준으로 한다.

 

 

(3) 수증기(Steam)로 분출되는 경우

 

여기에서

A : 필요분출면적(㎟)

W : 필요분출량 (㎏/h)

Kb : 배압 보정계수로서 대기압이면 1, 평형벨로우즈형(Balanced bellows type)은 그림 1-4②, 일반형(Conventional type)은 그림 1-4③에서 구한 값

Kc : 안전밸브와 파열판을 함께 설치한 경우 0.9, 안전밸브만 설치한 경우 1.0으로 한다

Kd : 분출계수(제작자의 설계분출계수)로서 안전밸브는 0.975, 파열판은 0.62로 한다

Kn : Napier 방정식에 의한 보정계수로서 P1이 10339㎪(a) 이하인 경우는 1, P1이 10339㎪(a) 초과 22057㎪(a) 이하인 경우에는 다음 식에서 구한 값

 

Ksh : 과열수증기 보정계수로서 표 1-4(3)에서 구한 값

 

표 1-4(3) 과열 수증기 보정계수

 

 

그림 1-4① 열용량비 k=Cp/Cv

 

그림 1-4② 밸런스 밸로우즈형 안전밸브 배압 보정계수

 

그림 1-4③ Conventional 안전밸브 배압 조정계수

 

그림 1-4④ 압축계수

 

그림 1-4⑤ 아음속계수

 

그림 1-4⑥ 밸런스 벨로우즈형 안전밸브 배압 보정계수

 

그림 1-4⑦ 점도로 인한 용량 보정계수

 

그림 1-4⑧ 과압보정계수