안전밸브(Pressure Safety Valve, PSV) 설치 위치에 대하여

안녕하세요? 그동안 바빠서 오랜만에 글을 쓰게 됩니다. 오늘은 안전밸브(Pressure Safety Valve, PSV)에 대해서 말씀드리겠습니다. 과거에 필자가 안전밸브에 대해서 기술한 내용이 있지만 오늘은 훨씬 내용을 깊이 있게 다루도록 하겠습니다. 이 안전밸브 PSV는 공장에서 매우 중요한 부분이며 내용이 방대하기 때문에 몇 번에 걸쳐 나눠서 기술하도록 하겠습니다. 그 첫 번째 시간으로 안전밸브 PSV의 설치 위치에 대해서 기술하도록 하겠습니다. 아래 내용도 참고로 보시면 좋을 것 같습니다.

2020.08.07 - [별의 시설관리/밸브] - 안전밸브(Safety Valve)에 대하여

안전 밸브(Safety Valve)에 대하여

 

 

 

 

 

1. 안전밸브(PSV)의 설치 목적

안전밸브 (Pressure Safety Valve, PSV)

안전밸브의 설치 목적은 위의 법규에 잘 나와 있습니다. 과압에 따른 폭발을 방지하기 위하여 설치하는 것입니다. 공장에서는 다양한 온도와 압력으로 설비들을 운영하고 있고 매우 복잡하기 때문에 잘못 운영하는 경우 설비의 허용 압력보다 높은 압력이 발생할 수 있고 이럴 때 안전장치가 없으면 그 설비가 폭발하여 큰 사고가 발생할 수 있습니다. 또한 화재가 발생하였을 경우에도 불의 열기에 의해 설비가 과열되고 내부의 물질들이 팽창하면서 압력이 상승하여 역시 폭발의 우려가 있죠. 그래서 이런 설비들의 폭발을 막기 위한 안전장치가 바로 안전밸브 PSV라고 할 수 있습니다. 

 

 

 

보통 안전밸브를 정말 많이 볼 수 있는 곳은 위와 같은 화학공장입니다. 석유화학공장이나 정유공장, 제철소 등과 같이 화학물질을 많이 다루고 화학물질 탱크가 많은 곳에서는 안전밸브 PSV가 정말 많습니다. 

 

 

 

 

 

2. 안전밸브(PSV) 설치 위치에 대한 규정

안전밸브는 그냥 아무곳이나 내 맘대로 설치하는 것이 아닙니다. 당연히 안전밸브는 안전을 위한 설비이기 때문에 엄격한 법에 의해 설치 규정이 마련되어 있고 그 규정을 따라야만 합니다. 아래의 내용은 산업안전보건법의 일부인 산업안전보건 기준에 관한 규칙에 나와 있는 내용입니다.

 

 

제261조(안전밸브 등의 설치) 

① 사업주는 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 설비에 대해서는 과압에 따른 폭발을 방지하기 위하여 폭발 방지 성능과 규격을 갖춘 안전밸브 또는 파열판(이하 “안전밸브 등”이라 한다)을 설치하여야 한다. 다만, 안전밸브 등에 상응하는 방호장치를 설치한 경우에는 그러하지 아니하다.

1. 압력용기(안지름이 150밀리미터 이하인 압력용기는 제외하며, 압력 용기 중 관형 열교환기의 경우에는 관의 파열로 인하여 상승한 압력이 압력용기의 최고 사용압력을 초과할 우려가 있는 경우만 해당한다)

2. 정변위 압축기

3. 정변위 펌프(토출 축에 차단밸브가 설치된 것만 해당한다)

4. 배관(2개 이상의 밸브에 의하여 차단되어 대기온도에서 액체의 열팽창에 의하여 파열될 우려가 있는 것으로 한정한다)

5. 그 밖의 화학설비 및 그 부속설비로서 해당 설비의 최고 사용압력을 초과할 우려가 있는 것

 

 

너무 내용이 길고 용어가 어렵기 때문에 아래에서 하나씩 하나씩 자세하게 다루도록 하겠습니다. 

 

 

 

 

 

3. 안전밸브(PSV) 설치 장소 - 압력용기

위의 1-①에 보시면 압력용기에 안전밸브 PSV를 설치하라고 되어 있습니다. 그렇다면 압력용기란 무었을까요?

압력용기는 대략 위와 같이 생긴 것들을 말합니다. 물론 압력용기의 모양은 매우 다양합니다. Ball형도 있고 우리가 아는 열교환기, 증류탑, Reboiler 등 모든 것이 압력용기에 해당합니다. 

 

위의 법규에서 보시는 바와 같이 안 지름이 150mm를 초과하는 용기 비슷하게 생긴 것은 웬만하면 압력용기로 간주합니다. 그렇지만 압력용기를 정의하는 데에도 엄밀히 규정이 있기 때문에 모든 것이 압력용기라고 할 수는 없습니다. 우리나라에서 압력용기를 규정하는 법규는 3가지가 있습니다. 

 

1. 고압가스 안전관리법

2. 산업안전보건법

3. 에너지 이용 합리화법

 

첫째로 고압가스 안전관리법에 의한 압력용기의 정의는 아래와 같습니다. 

 

35℃에서의 압력 또는 설계압력이 그 내용물이 액화가스인 경우는 0.2 Mpa 이상, 압축가스인 경우는 1 Mpa 이상인 용기를 말한다.

 

여기서 35℃에서의 압력 또는 설계압력이 액화가스인 경우 0.2Mpa이상, 압축가스인 경우 1 Mpa 이상인 용기를 말한다고 합니다. Mpa은 우리가 흔히 쓰는 압력의 단위인 kg/cm2의 10배가량 되기 때문에 대략 2kg/cm2 이상 10kg/cm2 이상인 용기라고 생각하시면 됩니다. 이것도 깊이 들어가면 내용이 너무 많기 때문에 여기까지만 말씀드리겠습니다. 

 

 

둘째로 산업안전보건법에 의한 압력용기의 정의는 아래와 같습니다. 일단 산업안전보건법에 의한 압력용기는 갑종 압력용기와 을종 압력용기로 나누어집니다.

 

 "갑종 압력용기"란 사용압력이 게이지 압력으로 0.2kgf/㎠(20kPa) 이상인 화학공정 유체 취급 용기와 설계압력이 게이지 압력으로 10 kgf/㎠(1㎫)를 초과하는 공기 및 질소 저장탱크를 말하며, "을종 압력용기"란 그 외의 용기를 말한다. 

 

잘 읽어보면 위의 고압가스 안전관리법과 거의 같은 것 같습니다. 차이점이라고 하면 고압가스 안전관리법에 해당되는 압력용기는 산업안전보건법에 의한 압력용기에서 빠지게 됩니다. 

 

 

마지막으로 에너지이용 합리화법에 있는 압력용기는 1종 압력용기와 2종 압력용기로 나누어집니다.

 

1종 압력용기는 최고사용압력{MPa(kg/cm2)}과 내용적(m3)을 곱한 수치가 0.004(0.04)를 초과하는 다음의 것

1. 증기 기타 열매체를 받아들이거나 증기를 발생시켜 고체 또는 액체를 가열하는 기기로서 용기 안의 압력이 대기압을 넘는 것

2. 용기안의 화학반응에 의하여 증기를 발생하는 용기로서 용기 안의 압력이 대기압을 넘는 것

3. 용기안의 액체의 성분을 분리하기 위하여 해당 액체를 가열하거나 증기를 발생시키는 용기로서 용기 안의 압력이 대기압을 넘는 것

4. 용기안의 액체의 온도가 대기압에서의 비점을 넘는 것

 

2종 압력용기는 최고 사용압력이 0.2 MPa(2kg/cm2)를 초과하는 기체를 그 안에 보유하는 용기로서 다음의 것

1. 내용적이 0.04m 3 이상인 것

2. 동체의 안지름이 200mm 이상(단, 증기 헤더의 경우에는 안 지름이 300mm 초과)이고 그 길이가 1천 mm 이상인 것

 

 

너무 복잡하죠? 그래서 이것을 단순화하면 아래와 같습니다. 

위의 표를 보시면서 압력용기에 어떤 법이 적용되어야 할지를 쉽게 판단할 수 있습니다. 고압가스와 액화가스를 사용하는 압력용기는 무조건 고압가스 안전관리법에 의한 압력용기 인허가를 받아야 할 것이고 스팀을 사용하는 Reboiler 같은 용기는 무조건 에너지 이용 합리화법에 적용되어야 하며 이도 저도 아닌 것은 산업안전보건법의 압력용기 인허가를 받으면 됩니다. 

 

이찌되었든 압력용기가 위와 같이 법에 의해 인허가를 받은 용기라면 반드시 안전밸브 PSV를 설치해야 합니다. 

 

 

 

 

 

4. 안전밸브(PSV) 설치 장소 - 정변위 압축기

정변위 압축기는 영어로 positive displacement compressor입니다. 정변위 압축기는 공기 또는 가스 압축을 위해 왕복 부품 (플런저, 피스톤, 다이어프램 또는 베인 등)을 사용하는 압축기의 유형입니다. 

위의 그림만 보아도 정변위 압축기가 무엇인지 감이 오실 겁니다. 피스톤을 잡아당기면 유체가 흡입되고 피스톤을 밀면 유체가 나가게 되어 있습니다. 이는 자전기 바퀴에 공기를 넣는 펌프와 동일한 구조입니다. 말이 정변위 압축기라고 하니까 생소해서 그렇지 크게 어려운 개념이 아닙니다. 그런데 이런 유형의 압축기는 과압이 발생할 우려가 있기 때문에 안전밸브 PSV가 설치되어 있어야 한다고 합니다. 

 

 

 

 

 

5. 안전밸브(PSV) 설치 장소 - 정변위 펌프

정변위 펌프를 영어로 positive displacement pump라고 합니다. 이 정변위 펌프는 회전식과 왕복식의 두 가지로 나눌 수 있습니다. 가장 대표적인 정변위 펌프의 예로는 기어펌프가 있습니다. 일반적인 펌프는 펌프 내부에 Impeller가 설치되어 있지만 이 기어펌프는 자동차의 기어처럼 생긴 Gear가 펌프 내부에 설치되어 있습니다. Impeller 펌프는 점도가 높은 유체를 이송하기에 적합하지 않기에 점도가 높은 유체를 이송하는 데에는 이런 기어펌프가 사용됩니다. 

마찬가지로 이런 기어펌프에는 과압 방지를 위한 안전밸브 PSV를 설치해야 한다는 것입니다. 

 

 

 

 

 

6. 안전밸브(PSV) 설치 장소 - 배관

배관에도 안전밸브를 설치해야 합니다. 다만 배관 양쪽에 차단 밸브가 있어 배관에 과압이 발생할 수 있는 곳에서만 설치하는 것입니다. 

만약 위와 같이 배관 양쪽이 밸브로 꽉 막혀 있다고 가정해 보겠습니다. 그러면 이 배관은 마치 밀폐된 압력용기와 같습니다. 그리고 이곳에 화재가 발생하거나 매우 더운 날 열이 가해졌다고 가정해 보겠습니다. 그러면 이 배관 안은 압력용기와 동일하기 때문에 압력이 계속 상승하다가 어느 순간에 폭발할 것입니다. 이런 것을 방지하기 위해 배관 양쪽에 차단밸브가 있으면 안전밸브를 설치하는 것이죠.

 

 

 

 

 

오늘은 안전밸브(Pressure Safety Valve, PSV) 설치 위치에 대하여 말씀드렸습니다. 안전밸브는 공장에서 매우 중요한 설비이므로 위의 장소에 PSV가 설치되어 있지 않은 곳이 있다면 안전을 위해서 나중에라도 추가로 설치해야 합니다. 안전밸브 설치 위치에 대한 이야기를 하다 보니 압력용기에 대한 말이 길어졌네요. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.