외부화재(가스, 증기 용기)에 대한 소요 배출량 계산 사례

화학 설비 및 그 부속설비에는 여러 원인에 의해 과압이 발생할 수 있다.  

과압 발생 원인에 따라 소요 배출량이 계산되고 그중에 가장 큰 것이 배출 용량에 해당된다.

여러 과압발생 원인 중 가스, 증기 및 초임계 유체 용기의 외부 화재에 대한 소요 분출량에 대해 산안법의 KOSHA GUIDE에서 제시한 식과고압법의 KGS Code에서 제시한 식에 대해 배출용량 계산 사례를 공유하고자 한다.

 

 

 

외부화재(가스, 증기 용기)에 대한 소요 배출량 계산 사례

 

1. 대상 설비

 

  ● 보호기기 : Air 저장 용기

  ● CAPA : 

      - Dimension(DxH) :1300x2695 (㎜)

  ● 경판 Type : 10% DISHED TYPE

      - 경판 넓이 =  2*1.14*(O.D^2)

 

2. 대상 물질(가스)

 

  ●  Air 

   ▶ Mw=29 kg/kmol

 

 

3. 소요 분출량 계산

 

3.1 KOSHA GUIDE

상기와 같이 Air가 저장 용기에 있을 때 외부화재가 발생하였을 경우 계산 식은 

기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

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

안전밸브 등의 배출용량 산정 기준

 

여기서,

W = 소요분출량, kg/hr

M = 분자량

P1 = 인입측 분출압력(Upstream relieving pressure), MPa(abs)

A = 화재 시 노출되는 용기 등의 면적, ㎡

Tw = 용기 등의 최대 벽면 온도, K (탄소강의 경우 866 K)

T1 = 인입측 분출압력에서 가스 온도((P1/Pn) x Tn), K

 

여기서,

Pn = 정상 운전압력, MPa(abs)

Tn = 정상 운전온도, K

 

 

M=29 kg/kmol

P1=1.167 MPa

● 0.97(설정압력)+0.097(설정압력의 10%)+0.1(대기압) MPa

A = 14.85 ㎡

● 경판 넓이(10% DISHED TYPE) : 2*1.14*(1.3)^2 = 3.85 ㎡

● 옆면 넓이 : 3.14*1.3*2.695 = 11 ㎡

Tw = 866 K (탄소강의 경우) 

● 탄소강이 아닐 경우 안전밸브 업체에서는 압력용기 설계 온도의 3배로 계산하는 경우도 있다.

   (압력용기 설계온도가 80℃ 라면 513 K)

T1 = 380 K (20℃, 0.9 MPa로 운전 가정) 

● T1=293 K

● Pn=0.9 MPa

 

계산 결과

■ W : 8.766*SQRT(29*1.167)*(14.85*(866-380)^1.25)/(380^1.1506) = 1,859 kg/h

 

 

3.2 KGS Code

상기와 같이 Air가 저장 용기에 있을 때 외부화재가 발생하였을 경우 계산 식은

기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/738

고압가스 관련 과압안전장치

 

여기에서

W : 필요 분출량(㎏/h)

A : 용기의 노출표면적(m2)

P1 : 분출량 결정압력(절대압력으로 설정압력과 초과압력의 합을 말한다)(㎪a)

M : 기체나 증기의 분자량

Tw : 용기표면온도(탄소강의 최대용기 표면온도를 865 K로 권장되며, 그 외의 합금강의 경우 좀 더 높은 온도를 권장), K

T1 : 분출시 온도로서 다음 식에 의해 계산된 값으로 한다.

 

 

여기에서

Pn : 정상운전압력[㎪(a)]

Tn : 정상운전온도(K)

 

상기 3.1의 Data를 동일하게 사용                   

계산 결과

■ W : 0.277*SQRT(29*1,167)*(14.85*(865-380)^1.25)/(380^1.1506) = 1,815 kg/h

 

 

4. 검토 내용

 

공정 내에서 가스, 증기 저장  또는 취급 용기의 외부화재로 인한 소요 배출량은 1,859 kg/h(KOSHA GUIDE), 1,815 kg/h(KGS Code)로 약간 상이한 결과를 얻었지만 비슷하고(아마 계산 과정에서의 환산 등에서의 오류), 다른 과압 원인에 따른 각각의 소요 배출량을 계산하여 가장 수치가 큰 것을 배출용량으로 하여 안전밸브 설계 등에 반영하면 됨