압력방출장치의 1차측 배관 설치 기준

운전(사용)조건이 일정압력 및 온도 이하로 제한하도록 지정되어 있는 공정장치나 저장시설 등에 설치되는 압력방출장치의 설치 중 1차측 배관에 대한 설치 기준을 공유하고자 한다. 

 

 

 

압력방출장치의 1차측 배관 설치 기준

 

일반 요구사항

 

유량, 응역 및 진동 등을 고려하여 다음 <그림 1> 및 <그림 2>와 같이 1차측 배관(입구 배관)을 설치한다.

 

<그림 1> 대기[개방] 방출형 압력릴리프밸브	<그림 2> 밀폐식 설비 방출형 압력릴리프밸브

 

 

압력손실 한계 및 배관 배치

압력손실 한계 및 배관 배치에 대해서는 <그림1> 내지 <그림 4> 참조.

 

1. 1차측 배관의 압력 손실

(1) 압력릴리프밸브 1차측 배관에서 발생하는 과도한 압력손실은 밸브가 너무 빨리 열리고 닫히게 하거나 채터링을 유발할 수 있다.

(2) 채터링이 발생하면 성능이 저하되고 밀봉면이 손상된다.

(3) 밸브성능에 영향을 주는 압력손실은 1차측 배관 압력손실(난류)과 압력릴리프밸브로 통하는 1차측 배관의 마찰 때문에 발생한다.

(4) 채터링은 길이가 긴 1차측 배관라인에서 액체의 가속으로 인해 종종 발생한다.

2. 1차측 배관의 구경과 길이

(1) 베슬에 직접 연결된 배관에 압력릴리프밸브가 설치되어 있는 경우, 보호해야 할 장치와 압력릴 리프밸브간의 총압력손실은 파일럿작동식 압력릴리프밸브에 대해 2.2.3.1에서 허용되는 경우를 제외 하고는 밸브설정압력의 3%를 넘지 않아야 한다.

(2) 공정배관에 압력릴리프밸브가 설치되어 있는 경우, 상기 3% 한계는 압력릴리프밸브를 통과하는 유량에 의해 발생하는 공정배관의 증가하는 압력손실과 일반적으로 흐름이 없는 압력릴리프밸브 1차측 배관의 압력손실을 합한 값에 적용된다.

(3) 압력손실은 압력릴리프밸브의 공칭용량을 이용하여 계산한다. 압력손실은 1차측 배관의 입구를둥글게 하거나 1차측 배관의 길이를 짧게 하거나 또는 1차측 배관의 구경을 확대함으로써 줄일 수 있다. 압력손실을 3% 이하로 유지하는 것은 압력릴리프밸브의 오리피스 구경이 증가함에 따라 점점 더 어려워진다.

(4) 1차측 배관의 공칭 구경은 그림 2에 표시되어 있는 압력릴리프밸브 1차측 배관 플랜지 연결부의 공칭구경 이상이어야 한다.

(5) 1차측 배관은 밸브의 공학적 성능분석으로 허용압력손실을 3% 이상으로 늘릴 수도 있다.

(6) 파열판장치를 압력릴리프밸브와 함께 설치할 경우, 압력손실 계산시 파열판에서 발생하는 압력손실을 포함시켜야 한다.

[참고] 파열판장치에 대한 좀더 상세한 사항은 3.6 참조 

 

	[주1] 1차측 배관은 베슬에서 압력릴리프밸브 1차측 배관 플랜지까지의 압력손실이 밸브설정압의 3%를 넘지 않도록 길이를 정한다.
<그림 3> 공정라인에 설치된 압력릴리프밸브	<그림 4> 긴 1차측 배관에 설치된 압력릴리프밸브

3. 1차측 배관의 구성

(1) 일반적으로 흐름이 없는 긴 1차측 수평 배관 끝에 압력릴리프밸브를 설치하는 것은 피해야 한다. 이 경우 이물질이 축적되거나 액체가 모여서 밸브의 작동을 방해하거나 밸브의 정비주기를 단축시킨다.

(2) 압력방출장치에서 자유로운 방출이 되도록 릴리프밸브의 1차측 배관계통은 액체나 이물질이 배관 안에 축적되지 않도록 하여야 한다.

 

 

2차측 배관 정하중에 기인한 1차측 배관응력

압력방출장치의 2차측 배관을 잘못 설계하거나 시공하면 압력방출장치와 그 1차측 배관으로 전달되는 응력이 발생할 수 있으며, 이러한 응력은 압력릴리프밸브의 누출이나 오작동을 유발하거나 파열판의 파열압력을 변화시킬 수 있다.

1. 열응력

(1) 압력방출장치의 2차측 배관에서 유체의 흐름은 2차측 배관의 온도변화를 일으킬 수 있다.

(2) 온도 변화는 인근 장치에서 방출되는 열이나 햇빛에 장기간 노출될 때에도 일어날 수 있다.

(3) 2차측 배관의 온도변화는 배관의 길이를 변화시키며 압력방출장치와 그 1차측 배관으로 전달되는 응력을 발생시킬 수 있다.

(4) 압력방출장치는 적절한 지지대, 앵커, 2차측 배관의 가요성을 이용하여 배관의 응력을 받지 않도록 해야 한다.

2. 기계적 응력

2차측 배관은 독립적으로 지지를 해야 하고 주의 깊게 정렬해야 한다. 압력릴리프밸브만으로 지지되는 2차측 배관은 압력방출장치와 그 1차측 배관에 응력을 발생시킨다. 2차측 배관을 무리하게 정렬시켜도 응력이 발생한다.

 

 

방출반발력에 기인한 1차측 배관응력

(1) 압력방출장치로부터 방출이 이루어지면 유체의 흐름으로 인해 반발력이 발생한다(<그림 5> 참조).

이 반발력은 압력릴리프밸브 및 다른 방식으로 설계되지 않는 경우, 노즐과 인접한 베슬의 동체로 전달된다.

 

[주1] 지지대는 2차측 배관 중심선에 가깝게 위치시켜야 한다. [주2] F = 반발력; A = 단면적

 

<그림 5> 압력릴리프밸브에 2차측 배관 설치

 

(2) 하중과 이 결과로 발생되는 응력의 정확한 크기는 반발력과 배관계통의 배치에 따라 달라지므로 설계자는 방출계통을 확실히 분석하여 반발력과 이에 관계된 휨 모멘트가 설비 부품에 과도한 응력을 유발시키는지 여부를 결정해야 한다.

(3) 반발력의 크기는 설치 형태가 개방형(옥외로 방출)인지 또는 밀폐형(우회이송설비, 플레어스택 등)인지에 따라 크게 달라진다. 방출설비에 유체가 2차측 배관으로 흐르도록 엘보를 설치한 경우, 엘보와 지지대의 위치는 휨 모멘트 분석시 중요한 고려사항이다.

 

 

1차측 배관의 차단밸브

압력방출장치와 연결되어 있는 1차측 배관에 설치된 차단밸브는 기 포스팅한 다음 링크 자료의 기준을 적용해야 한다.

https://sec-9070.tistory.com/351

압력방출배관의 차단(스톱)밸브 설치 기준

 

압력릴리프밸브와 파열판장치의 병용

(1) 압력변동이 심하거나 부식성이 심한 물질을 취급 또는 저장하거나 독성물질을 취급하거나 저장하는 경우에는 압력릴리스와 파열판장치를 병용할 수 있다.

(2) 파열판장치는 단독으로 압력방출장치에 설치될 수도 있고 압력릴리프밸브와 베슬사이 또는 압력릴리프밸브의 1차측에 설치될 수도 있다(<그림 6> 참조).

[참고] ASME Boiler and Pressure Vessel Code를 적용할 때, 그림 7과 같이 설치된 파열판 장치와 결합된 압력릴리프밸브의 용량은 그러한 결합이 National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspector에서 발간한 Pressure Relief Device Certification에 기술된 시험에서 도출된 용량 계수를 가지지 않는 한 10% 만큼 적게 잡아야 한다.

 

 

<그림 6> 압력릴리프밸브와 파열판장치의 병용 설치

 

(3) 파열판장치가 압력릴리프밸브와 보호해야 할 베슬사이에서 설치될 경우, 파열판의 파열이나 누출을 감지하기 위해 압력계 또는 자동경보장치 등이 설치되어야 한다.

(4) 사용자는 파열판장치와 압력릴리프밸브 사이에 압력이 걸리면 파열판을 파열시키는 베슬의 압력 이 증가된다는 사실을 알아야 한다.

(5) 압력릴리프밸브의 1차측에는 비-파쇄형 파열판장치만 사용해야 한다.

(6) 저압용 파열판은 모든 크기(직경)가 이용될 수 있는 것은 아니다. 따라서, 저압용으로 사용할 파 열판은 압력릴리프밸브와 1차측 배관의 공칭구경보다 클 수도 있다.

 

 

압력릴리프밸브의 1차측 배관과 측면으로 연결된 공정배관

(1) 원칙적으로 공정배관은 압력릴리프밸브의 1차측 배관과 측면으로 연결해서는 안된다(<그림 7> 참조).

(2) 특수한 경우 압력릴리프밸브의 공칭 유량과 측면에 연결된 공정배관의 최대유량에서 압력릴리프 밸브의 1차측 배관에서 허용되는 압력손실을 초과하지 않도록 면밀히 분석하여야 한다.

 

 

<그림 7> 압력릴리프밸브의 1차측 배관과 측면으로 연결된 공정배관 금지

 

Reference : KFS 723-2018 압력방출장치기준