기밀시험시의 위험 방지

기밀시험시 공기 또는 가스가 시험매체로 사용될 때는 위험하다. 그러므로 공기 또는 가스가 시험 용도로 사용될 때는 특별한 예방조치를 하는 것이 바람직하다.

 

 

 

기밀시험시의 위험 방지

 

관련 법규

산업안전보건 기준에 관한 규칙 제300조(기밀시험시의 위험 방지) 

① 사업주는 배관, 용기, 그 밖의 설비에 대하여 질소ㆍ탄산가스 등 불활성가스의 압력을 이용하여 기밀(氣密)시험을 하는 경우에는 지나친 압력의 주입 또는 불량한 작업방법 등으로 발생할 수 있는 파열에 의한 위험을 방지하기 위하여 국가교정기관에서 교정을 받은 압력계를 설치하고 내부압력을 수시로 확인하여야 한다.

② 제1항의 압력계는 기밀시험을 하는 배관 등의 내부압력을 항상 확인할 수 있도록 작업자가 보기 쉬운 장소에 설치하여야 한다.

③ 기밀시험을 종료한 후 설비 내부를 점검할 때에는 반드시 환기를 하고 불활성가스가 남아 있는지를 측정하여 안전한 상태를 확인한 후 점검하여야 한다.

④ 사업주는 기밀시험장비가 주입압력에 충분히 견딜 수 있도록 견고하게 설치하여야 하며, 이상압력에 의한 연결파이프 등의 파열방지를 위한 안전조치를 하고 그 상태를 미리 확인하여야 한다.

 

 

기밀시험

기밀시험(氣密試驗, leakage test)은 Sizing, Selection, and Installation of Pressure -Relieving Devices in Refineries Part I--Sizing and Selection API RECOMMENDED PRACTICE 520 SEVENTH EDITION, JANUARY 2000, 다음 그림에서 설계압력 또는 최대허용운전압력의 90 %에서 실시하는 것으로 규정하고 있다.

 

여기서 90 %는 실제 최대운전압력에 해당하는 압력을 의미하는 것이다. 따라서 운전할 때 누설되는지 확인한 것으로 꼭 기압시험에서 누설여부를 확인할 필요는 없다.

 

[참고] 

1. 이 그림은 ASME Boiler and Pressure Vessel Code의 Section Ⅷ의 요구사항에 따른 것임. 

2. 이 그림에 나타낸 압력조건은 압력베슬에 설치되어 있는 압력릴리프밸브에 대한 것임. 

3. 설정압력허용오차는 적용가능한 코드에 따를 것. 

4. 최대허용사용압력(MAWP)은 설계온도에서 설계압력 이상임. 

5. 운전압력은 90% 보다 낮거나 높을 수 있음. 

6. ASME Code의 Section Ⅷ, Division 1, Appendix M에는 블로우다운 및 압력차에 관한 지침을 언급하고 있음. 

<그림 1> 압력베슬과 압력릴리프밸브의 압력레벨 상관관계

 

 

기압시험 위험성

KS B 6750:2012 “압력용기 - 설계 및 제조 일반에서 기압시험(Pneumatic pressure test)은 설비의 신설, 보수 후에 재가동 및 점검할 때 공기, 질소 등으로 설계압력의 1.1배로 가압하여 누설여부를 확인한다.

 

기압시험 압력은 설비의 설계자 의도에 맞게 설비의 가장 취약한 부분의 설계압력을 기준해서 1.1배로 가압하고, 압력용기는 최소한 10분 동안 상온에서 시험한다. 기압시험을 할 때 위험요인은 대상설비의 파열, 불활성 가스에 의한 질식 등이 있다.

 

기압시험은 경우에 따라서 압력용기에 액체를 부분적으로 채워서 시험하는 것이 바람직할 경우가 있다. 기압시험을 대신하여 수압시험과 기압시험의 조합을 사용할 수 있다. 다만, 압력용기의 임의의 점(보통은 밑바닥 부분의 근처)또는 지지구조물의 부착부에서, 기압에 의해서 발생된 응력을 포함하는 최대응력이 재료의 허용응력에 해당 이음효율을 곱한 값의 1.3배를 초과하지 않도록 액면의 수위를 정하여야 한다. 이 조건을 만족하도록 액면의 수위를 설정한 후 다음 조건에 따라서 시험하여야 한다.

 

압력용기 내압시험에 대한 세부적인 내용은 기 포스팅한 다음 링크자료 참조

 

https://sec-9070.tistory.com/607

압력용기 내압시험

 

 

 

기압시험시 주의사항 및 예방조치

공기 또는 가스가 시험매체로 사용될 때는 위험하다. 그러므로 공기 또는 가스가 시험 용도로 사용될 때는 특별한 예방조치를 하는 것이 바람직하다.

 

모든 압력용기는 모재의 두께에 영향을 주지 않는 작업을 제외하고, 용접작업 등을 완료하고 수압시험으로 내압 및 기압시험을 하는 것이 원칙으로 한다. 다만 치사성 물질용 압력용기를 제외한 압력용기는 수압시험 전에 압력용기 내부 및 외부를 도색 및 코팅 또는 라이닝 할 수 있다. 그러나 사용자는 그러한 도색, 코팅 또는 라이닝이 압력시험 중 감지될 수 있는 누출을 막을 수 있다는 점을 주의한다.

 

어떠한 경우도 기압시험압력은 계산시험 압력값의 1.1배를 초과해서는 안 되며, 기압시험 중의 금속온도는 취성파괴의 위험을 피하기 위해서 최저금속설계온도보다 최소한 17 ℃ 높게 유지한다.

 

동일한 체적에 물과 공기가 동일한 압력으로 유지되고 있을 경우 공기가 포함된 체적의 에너지는 물의 200배에 달해 가압·파열되면 다량의 에너지가 방출된다. 그러므로 승압, 가압하는 동안 누구도 직접적으로 접근하지 못하도록 KS B ISO 4126-4 과압 방지 안전 장치 - 제4부: "파일럿 작동형 안전 밸브"에서 안전 요구사항에 규정하고 있다.

 

예를 들어, 플랜지 3" 10K SS400 배관을 7 bar 설계하였을 경우 기압시험 압력 결정은 다음과 같이 한다. 즉, 7 bar의 1.1배인 7.7 bar로 해야하는지 또는 플랜지 최대 내압력 13.7 bar의 1.1배인 15.1 bar로 해야 하는지는 설계자의 의도에 따라 결정될 수 있지만 7.7 bar로 기압시험을 실시하여도 가능할 것으로 판단된다.

 

 

기압시험 절차 및 누출검사

기압시험 절차 및 누출검사는 압력용기내의 압력을 시험압력의 1/2까지 서서히 증가시킨 후, 요구되는 시험압력에 도달할 때까지 시험압력의 약 10 %씩 단계적으로 증가한다. 시험압력을 1.1배로 나눈 압력까지 감압시키고 압력용기에 대한 검사를 충분히 할 수 있는 시간동안 압력을 유지한다.

 

용접 접속을 위한 개구부의 임시 시험 마감부에 발생할 수 있는 누출을 제외하고는 요구되는 육안검사 중 누출은 허용되지 않는다. 임시 밀봉으로부터의 누출을 즉시 제거하여 다른 이음부로부터의 누출감지를 방해하지 않도록 한다.

 

하지만, 압력용기에서 기압시험은 어떠한 경우도 기압시험 압력은 계산을 근거로 시험 압력을 결정하기 위한 기압시험은 압력용기의 각 부분에 대해서 부식여유를 포함한 공칭두께와 부표에 주어진 시험온도에 해당하는 허용응력값을 사용해서 설계식에 의해 결정한 내압 중에서 최대허용 내압을 근거로 한 계산 시험압력의 1.2배를 초과해서는 안 된다. 

 

 

기압시험시 안전조치

기압시험은 누설여부를 확인하는 것이지 내압력을 확인하는 것은 수압시험을 하여야 한다. 내압시험을 기압시험으로 대신할 경우는 용기 등의 파열을 고려해서 방벽을 쌓는 등의 안전조치를 하고 실시한다.

 

고온 또는 저온에서 사용하는 용기는 상온에서 내압시험을 실시할 경우는 고온과 상온에서 재질의 강도를 보상해서 내압시험을 결정한다. 밀폐공간에서 기압시험을 불활성 가스를 사용하는 경우는 불활성 가스 누출로 작업장의 산소농도가 상대적으로 낮아져 질식위험이 있어 환기 등의 안전조치를 한다.

 

배관이나 압력용기 등은 동체, 경판, 노즐, 배관을 용접한 경우와 압력용기 명판에 각인된 최고사용압력을 변경할 경우는 압력용기 서면심사를 받아서 강도계산 및 수압시험을 실시해야 변경이 가능하다.

 

과거 2005년 이전의 압력용기 제작기준은 안전율을 4.0배를 적용하였으나, 2005년부터는 안전율을 3.5를 적용하고 있다. 따라서 과거에 제작한 것을 현재와 과거의 안전율 차이를 이용하여 설계압력이나 최고사용압력을 상향(Rerating)하는 것은 제작 당시의 규격에 의한 제작과 시험은 적용하여야 한다는 원칙에 위배될 수 있어 허용할 수 없다.

 

기압시험 등에 사용하는 압력계는 시험압력의 1.5 ~ 4.0 범위 이내이어야 한다. 내압시험이나 기압시험을 할 때 과도하게 높은 압력으로 시험하는 것은 설비의 영구변형 또는 파손될 위험이 있어 금지하여야 한다. 그리고 KS B 6750:2012 압력용기 설계 및 제조 일반"에서는 시험요원이 부재중에 압력용기의 온도가 상승하게 되는 경우를 대비해서 시험압력의 15배의 압력으로 설정된 소형의 액체방출밸브를 사용권장하고 있다. -

 

 

기압시험 허용 조건(수압시험 면제)

안전인증 대상 압력용기는 수압시험(Hydraulic test, 水壓試驗)을 대신해 기압시험을 하는 경우는 다음과 같다. 즉, 물을 안전하게 채울 수 없도록 설계 및/또는 지지된 구조의 압력용기인 경우이다. 이는 쉽게 건조되지 않으며 시험액체의 흔적이 용납될 수 없는 용도로 사용되는 압력용기인 경우로 기압시험으로 대체할지 최종 판단은 공인된 압력용기 검사원의 승인을 받아서 실시한다.

 

여기서 “검사원의 승인”은 검사원이 KS B 6750:0212 “압력용기-설계 및 제조 일반” 규정에 의해서 요구되는 의무에 따라서 어떤 사안을 검토하였고, 그러한 검토 후 해당 제조자의 자료보고서 양식의 검사증명서에 서명할 수 있다는 의미로 이해하여야 하지 이러한 표현들이 제조자의 어떠한 책임의 일부도 검사원이 부담하는 것을 의미하지는 않는다.

 

기압시험을 하기 전에 압력용기의 모든 맞대기 이음매는 반드시 100 % 방사선투과시험과 침투탐상시험을 실시하고 실행한다. 다만, 압력용기 구조가 방사선투과시험을 수행해서 해석 가능한 결과를 얻을 수 없을 경우는 압력용기의 최종 마감이음부에 대해서 방사선투과시험 대신에 초음파탐상검사를 수행할 수 있다. 하지만, 적절한 방사선투과시험용 장비를 보유하고 있지 않다는 것은 이러한 대체방법으로 정당화시킬 수는 없다.

 

Reference : 화공안전 기술편람