MAWP vs. Design Pressure, Accumulation vs. Overpressure

화학 공장 또는 용기(Vessel)나 배관(Pipe)이 사용되는 곳 내부에서 예기치 않게 발생할 수 있는 “과압(Overpressure)”으로부터 기기 및 배관의 보호를 위하여 주로 안전밸브가 등이 사용되며, 이는 추가적인 위험(폭발 및 붕괴)으로부터 사람 및 재산을 보호하기 위한 최소한의 장치라고 할 수 있다. 

이에 따라, 안전밸브 등의 적절한 설계 및 이해는 공장 안전 및 환경문제, Product 손실 방지를 위한 공장 설계의 기본적인 사항이다.

 

 

MAWP vs. Design Pressure, Accumulation vs. Overpressure

1. 용어의 정의

1) 압력용기(PRESSURE VESSEL) : 용기의 내면 또는 외면에서 일정한 유체의 압력을 받는 밀폐된 용기를 말한다.

2) 사용압력(OPERATING PRESSURE) : 장치(용기)의 운전을 정상적으로 할 때, 용기의 최상부에서의 최고의 압력을 말한다.

3) 최고허용압력(MAXIMUM ALLOWABLE WORKING PRESSURE) : 압력용기의 제작두께(이 경우 부식 여유 두께는 제외)를 기준으로 하여 계산된 허용 가능한 최고의 압력을 말한다.

4) 설계압력(DESIGN PRESSURE) : 최소 허용두께 또는 용기의 물리적 특성을 결정하는 목적으로 용기의 설계에 사용되는 압력을 말하며, 각 운전상태에서의 사용압력 및 사용 온도에 대해 가장 엄격한 조건을 고려하여야 한다. 다만, 설계에 있어서 용기의 특정 부분의 두께를 정하기 위해서는 정적 수두를 설계압력에 더하여야 한다.

5) 최고허용응력(MAXIMUM ALLOWABLE STRESS) : 주어진 설계 공식에서 사용되는 특정 재료에 대하여 허용되는 최고단위 응력을 말한다.

6) 용접이음효율(EFFICIENCY OF A WELDED JOINT) : 수치적으로 표시된 용접이음의 효율을 말한다. (KS B 6733(압력용기 기반규격) 참조)

7) 설정 압력(SET PRESSURE) : 용기 등에 이상 과압이 형성되는 경우, 안전밸브가 작동하도록 설정한 안전밸브 입구 측에서의 게이지 압력을 말한다.

8) 축적압력(ACCUMULATED PRESSURE) : 안전밸브 등이 작동될 때 안전밸브에 의해 축적되는 압력으로서 그 설비 내에서의 순간적으로 허용될 수 있는 최고의 압력을 말한다.

9) 과압(OVERPRESSURE) : 안전밸브 등의 설정 압력보다 높아진 압력을 말한다.

 

 

2. MAWP vs. Design Pressure

일반적으로 압력용기 설계 시 운전 압력 대비 가장 Severe 한 운전조건을 최소로 하는 상태로 “설계압력(Design Pressure)”을 결정하고 자재의 요구되는 최소 두께를 정하고 그것보다 두꺼운 자재를 사용하여 압력용기를 제작한다.

 

다시 사용된 자재의 두께를 이용하여 그 압력용기의 사용 가능한 압력을 계산한다. 이 압력을 "최고허용압력(MAWP)" 이라고 하며 사용된 자재의 두께에서 부식 여유를 빼고 계산하는데, 계산 시 압력용기의 모든 압력부를 계산하여 가장 적은 압력을 그 용기의 MAWP로 정한다.

 

즉, MAWP는 실제 용기가 제작된 이후 그 값을 알 수 있다.

 

따라서 MAWP는 항상 Design Pressure보다 크거나 같다.

 

MAWP ≥ Design Pressure

 

 

3. Accumulated Pressure vs. Overpressure

화학 공장 또는 용기(Vessel)나 배관(Pipe)이 사용되는 곳 내부에서 예기치 않게 발생할 수 있는 “과압(Overpressure)”으로부터 기기 및 배관의 보호를 위하여 주로 안전밸브가 등이 사용되며, 이는 추가적인 위험(폭발 및 붕괴)으로부터 사람 및 재산을 보호하기 위한 최소한의 장치라고 할 수 있다. 이에 따라, 안전밸브 등의 적절한 설계 및 이해는 공장 안전 및 환경문제, Product 손실 방지를 위한 공장 설계의 기본적인 사항이다.

 

안전밸브 등의 “설정 압력(Set Pressure)”은 일반적으로 공사 단계가 아닌 설계(Engineering) 단계에서 이루어지므로 MAWP가 아닌 Design Pressure를 기준으로 하여야 한다.

 

그리고 안전밸브 등의 Set Pressure는 용기 Design Pressure 이하로 설정하면 되나, 일반적으로 용기 Design Pressure와 동일하게 설정하고 있다.

용기 설계압력은 용기가 최소로 버틸 수 있는 압력이며, 용기의 압력이 어떤 Trouble에 의해서 압력이 상승하여 설계압력을 초과할 시 용기에 직접적인 충격 또는 인접한 Nozzle, Flange 등에서 균열, 파열, Leak 등의 문제가 발생할 수 있다.

 

그러나 Set Pressure에 도달하여 안전밸브가 열린다고 해도 방출하는 도중에 압력이 축적되어 상승되는 경우가 있는데, 이때 Set Pressure보다 높은 압력으로 축적되어 나타나는 압력이 “축적압력(Accumulated Pressure)”으로서 용기나 장치가 변형 혹은 파손될 우려가 있기 때문에 제한을 두고 있다.

 

 

결과적으로 “축적압력(Accumulated Pressure)”는 MAWP를 기준으로 하는 값이며, “과압(Overpressure)”은 압력밸브 등의 Set Pressure를 기준으로 하는 값이다.

즉 다시 얘기하면 “Accumulation”은 용기(Vessel)에 관련된 용어이고 “Overpressure”는 안전밸브 등(Pressure Relief Valve)와 관련되어 사용되어진다.되어 진다.

 

안전밸브 작동 시 압력 관게 그래프

 

Accumulation is pressure above the maximum allowable working pressure of the vessel.

Overpressure is pressure above the setting pressure of the relief valve.

 

 

4. 안전밸브(PSV)의 설정값(Set Pressure) 등

안전밸브의 설계는 상기 기술한 Accumulated Pressure가 더해진 압력에서 배출된다고 보고 안전밸브의 크기 및 배출관의 크기를 정한다.

 

용기(Vessel)의 Pressure Level은 다음 그림에 나타내었다.

 

압력용기 및 안전밸브의 압력 수준

 

용기의 보호를 위해 안전밸브의 Set Pressure는 화재 발생 시가 아니면 단일 PSV의 경우 10%까지 허용하고(Multiple 경우에는 16%), 화재의 경우 극한 상황이라서 21%를 Allowable Pressure Accumulation으로 한다

 

참고로 용기의 수압시험 압력(Hydrotest Pressure)는 MAWP의 130% 또는 150%로 실시한다.

 

압력용기 등의 압력시험에 관한 세부적인 내용은 이전 포스팅을 참조.

 

sec-9070.tistory.com/42

압력용기 등의 압력시험