릴리프 시나리오 개발

릴리프 시나리오(relief scenario)는 어떤 하나의 특정 방출사고(event)를 설명하는 것이다. 이 시나리오는 각 사고에 대한 소요분출량 (required capacity)을 계산하는 기초가 된다.

 

 

 

 

릴리프 시나리오 개발

 

소요 분출량 및 배출용량에 대한 정의는 다음과 같다.

“소요 분출량 (Required capacity)”이라 함은 발생 가능한 모든 압력 상승 요인에 의하여 각각 분출될 수 있는 유체의 량을 말한다.

“배출용량 (Relieving capacity)”이라 함은 각각의 소요 분출량 중 가장 큰 소요 분출량을 말한다.

 

과압발생 원인은 출구 차단, 냉각 또는 환류 중단, 흡수제 공급 중단, 비응축성 가스의 축적, 휘발성 물질 유입, 과충전, 자동제어밸브의 고장, 비정상적인 열 또는 증기유입, 내부 폭발 또는 과도적 압력 상승, 화학반응, 유압 팽창, 외부화재, 열교환기 고장, 유틸리티 고장 등이며 원인별 압력방출 지침은 기 포스팅한 다음 자료를 참조하면 된다.

 

https://sec-9070.tistory.com/134

과압 원인별 소요분출량 산출방법

 

금번에는 상기 설명하고 있는 각 릴리프별 과압 원인에 대한 시나리오 개발에 대해 살펴보고자 한다.

 

일반적으로 각 릴리프에는 한 개 이상의 릴리프사고가 발생하며, 최악의 시나리오는 가장 큰 릴리프 방출 면적을 필요로 하는 시나리오 또는 사고이다.

 

릴리프사고의 예는 다음과 같다.

1. 펌프가 배출이 안됨(dead-head) : 펌프 릴리프는 정격 압력에서 전체 펌프 용량(full capacity)을 처리할 수 있는 크기로 한다.

2. 동일한 펌프 릴리프가 질소 레귤레이터가 달린 배관에 연결됨 : 레귤레이터가 고장 났을 경우 질소를 처리할 수 있는 크기로 한다.

3. 동일한 펌프가 열교환기에 사용되는 활성 증기 라인에 연결됨 : 이 때 릴리프 방출구는 증기 regulator 고장과 같은 제어되지 않은 조건에서 교환기에 주입된 증기를 처리할 수 있는 크기로 한다.

 

이상은 어떤 한 가지 특정한 릴리프에 대한 여러가지 발생될 수 있는 시나리오에 대한 목록이다.

릴리프 벤트 면적은 각 사건(시나리오)에 대해 계산하며, 이 중 가장 큰 릴리프 벤트 면적이 최악의 경우 시나리오가 된다. 따라서 최악의 경우는 각 릴리프에 대해 작성한 전체 시나리오의 일부(하위 집합)이다.

각각의 특정 릴리프에 대해 가능한 모든 시나리오가 확인되고 목록화되어야한다. 릴리프 설계에서 이 단계는 매우 중요하다. 실제 최악의 시나리오의 확인은 종종 릴리프 사이징(relief sizing) 계산의 정확성보다 릴리프 크기에 더 큰 영향을 미친다.

 

 

릴리프 시나리오(과압 발생 원인) 개발 사례

 

다음 그림 1과 같이 필리프장치가 설치되어 있는 반응기시스템에 대해 각각의 릴리프 사이징에 필요한 시나리오를 개발해 보자.

 

<그림 1> Polymerization reactor with safety reliefs.

 

 

상기 반응기시스템의 각각의 릴리프가 작동할 수 있는 각각의 시나리오는 다음 표 1과 같이 요약하여 나타내었다.

 

<표 1> 그림 1에 대한 릴리프 시나리오

릴리프 명칭	시나리오
PSV-la와 PSV-lb	(a) 액체로 가득 찬 반응기에 충전용 펌프 P-1이 실수로 계속 가동되어 액체가 유입된다. (b) 냉각 코일이 파손되어 물이 200 gpm과 50 psig 조건으로 유입된다. (c) 질소 regulator가 고장 나서 1” 라인을 통해 질소가 음속으로 유입된다. (d) 반응 중 냉각기능이 상실되어 반응 폭주가 발생한다..
PSV-2	밸브 V-1이 실수로 닫힌다. 시스템은 50psig에서 100gpm 의 방출을 필요로 한다.
PSV-3	폐쇄된 용수라인이 125psig 증기로 가열된다.
PSV-4	(a) 질소 regulator가 고장나 0.5” 라인을 통해 질소가 음속으로 유입된다. (b) 참고: 다른 R-1 시나리오들은 PSV-1을 통해 방출될 것이다.
PSV-5	물이 들어 있는 코일의 밸브가 닫힌 상태에서, 반응열이 열팽창을 일으킨다.

 

 

릴리프 배출용량 결정

최악의 시나리오는 각 시나리오에 대해 계산된 최대 소요 배출량 중 가장 큰 것이 해당된다. 표 1에서는 단지 세 개의 릴리프(PSV-la, PSV-lb, PSV-4)만이 최악의 경우를 설정하기 위해 비교 계산을 요구하는 복수의 시나리오를 가지고 있다. 나머지 세 개의 릴리프(PSV-2, PSV-3, PSV-5)는 단일 시나리오만 가지고 있고, 이들 시나리오가 최악의 시나리오가 된다.

 

소요분출량 및 배출용량 계산에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조.

https://sec-9070.tistory.com/233

안전밸브 등의 배출용량 산정 기준

 

 

 

 

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