릴리프장치 설치 지침

 

릴리프장치 설치 위치를 선정하기 위하여 공정내의 각 단위조작과 각 공정조작 단계의 철저한 검토를 필요로 한다. 

 

 

릴리프장치 설치 지침

 

릴리프 개념에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/560

릴리프 개념

 

릴리프장치 설치 위치 검토를 위해 엔지니어는 압력이 증가할 수 있는 모든 잠재적인 문제를 예측해야 한다.

압력방출장치는 잠재적으로 위험한 것으로 확인된 모든 지점, 즉 공정 이상이 발생되어 공정압력이 최대 허용 운전압력(MAWP)을 초과할 수 있는 모든 지점에 설치하여야 한다.

 

이러한 공정을 검토하기 위해 요구되는 질문의 유형은 다음과 같다.

- 냉각, 가열 또는 교반이 불량할 경우 어떠한 일이 발생할 것인가?

- 공정이 오염되거나 촉매 또는 모노머(monomer)의 충전이 잘못되면 어떠한 일이 발생할 것인가? 

- 공정운전자(operator)가 실수를 하면 어떠한 일이 발생할 것인가?

- 액체가 채워져서 열이나 냉매에 노출된 용기 또는 라인에서 밸브(블록 밸브)를 닫으면 어떤 결과가 나타날 것인가?

- 저압 용기에 연결된 고압 가스 라인이 잘못되어 저압 용기 안으로 들어가면 어떠한 일이 발생할 것인가?

- 만약 단위 공정이 화재에 휩싸이면 어떠한 일이 발생할 것인가?

- 폭주 반응을 일으키는 조건들이 무엇이며, 폭주 반응의 결과로 방출물을 처리하기 위해 릴리프 시스템이 어떻게 설계할 것인가?

 

 

릴리프 위치 선정에 대한 일부 지침을 표 1에 요약하여 나타내었다.

 

<표 1> 릴리프 설치위치 선정에 대한 지침

• 반응기, 저장탱크, 탑조류(tower), 드럼 등을 포함한 모든 용기들은 릴리프장치가 필요하다. • 열(태양열과 같은)이나 냉매에 노출되는 차거운 액체로 채워진 폐쇄된 배관에는 릴리프장치가 필요하다. • 정량 펌프(Positive displacement pumps), 압축기 및 터빈류 등은 토출측에 릴리프장치가 필요합니다. • 저장용기류는 밀폐된 용기에 펌핑에 의한 충전 또는 배출 시 발생하는 압력변화나, 응축에 의한 진공 생성으로부터 보호하기 위해 압력 및 진공 릴리프장치가 필요하다. • 용기형태의 수증기 재킷은 종종 저압 수증기로 제어된다. 공정 운전자 실수 또는 조절기 고장으로 인한 초과 수증기 압력을 방지하기 위해 재킷에 릴리프장치가 설치된다.

 

 

릴리프장치 설치 위치 선정 사례 

 

다음 사례는 화학 공장에서 화재 폭발의 위험요소가 가장 큰 중합반응기에 대한 다양한 릴리프장치를 설치하는 공학적 근거를 보여준다.

 

과제 :

 

그림 1은 릴리프장치가 없는 중합반응기시스템으로 이 반응기에 릴리프장치의 설치 위치를 결정해보자.

이 중합공정의 주요 단계는

(1) 반응기 R-1에 중합개시제( initiator )100 Ib를 펌핑, (2) 반응온도 240 ℉로 승온, (3) 3시간 동안 단량체(monomer)를 첨가, (4) 밸브 V-15를 사용하여 진공으로 잔류 단량체를 제거(stripping)하는 것이다.

그리고 이 반응은 발열반응이므로 단량체 첨가 시 냉각수로 냉각이 필요하다.

 

 

<그림 1> Polymerization reactor without safety reliefs.

 

 

 

Solution :

릴리프장치의 위치를 결정하기 위한 공학적 근거는 다음과 같다.

a. 반응기로 (R-1): 일반적으로 모든 공정의 압력용기는 릴리프가 필요하기 때문에 이 반응기에 릴리프장치가 설치된다. 이 릴리프장치는 PSV-1로 표시하였다.

* 본 반응기는 중합반응기로서 안전밸브가 내용물에 의해 작동하지 않을 수 있어 안전밸브 전단에 파열판을 series로 설치하였다.
b. 정량 펌프(P-1) : 정량 펌프는 감압장치(PSV-2)가 없는 데드헤드(dead-headed)의 경우 과부하, 과열, 손상이 발생한다. 이런 릴리프장치의 배출액은 recycle된다.
c. 열교환기(E-1): 열교환기 튜브 내에 물이 막혀 있고(V-10과 V-11 closed), 열교환기가 가열될 때(예: 증기 등에 의해), 튜브는 과도한 압력으로 파열될 수 있다. 이 위험은 PSV-3를 추가함으로써 제거된다.
d. Drum (D-1): 반응기 R-1과 마찬가지로, 이 드럼도 압력용기로서 릴리프가 필요하고, 이를 PSV-4로 표시하였다.
e. 반응기 코일: 이 반응기 코일은 물이 막혀 있고(V-4, V-5, V-6, V-7 closed) 증기 또는 태양열에 의해 코일이 가열되면 압력상승으로 코일이 파괴될 수 있다. 따라서 이를 PSV-5로 표시하였다.

 

위와 같은 근거에 의해 릴리프장치를 설치한 결과도를 그림 2와 같이 표시하였다.

 

 

<그림 2> Polymerization reactor with safety reliefs.

이로써 비교적 간단한 이 프로세스에 대한 릴리프 위치 명세가 완료된다. 

 

Reference : Daniel A. Crowl/Joseph F. Louvar, Chemical Process Safety Fundamentals with Applications