안전 밸브(Pressure Safety Valve, PSV)의 차단밸브 설치에 대하여
안녕하세요? 오늘은 안전밸브(Pressure Safety Valve, PSV)의 차단밸브 설치에 대하여 말씀드리겠습니다. 안전밸브는 안전을 위하여 원칙적으로 전 후단에 차단밸브 설치가 금지되어 있습니다. 다만 차단밸브가 없는 경우에는 안전밸브의 유지 보수가 현실적으로 너무 어렵기 때문에 예외 조항들을 여러 가지 두고 있습니다. 이것에 대하여 법규를 들어 설명드리겠습니다.
안전밸브(Pressure Safety Valve, PSV) 차단밸브 설치에 관한 법규
산업안전보건기준에 관한 규칙
제266조(차단밸브의 설치 금지) 사업주는 안전밸브 등의 전단ㆍ후단에 차단밸브를 설치해서는 아니 된다. 다만, 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 경우에는 자물쇠형 또는 이에 준하는 형식의 차단밸브를 설치할 수 있다.
1. 인접한 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 등이 각각 설치되어 있고, 해당 화학설비 및 그 부속설비의 연결배관에 차단밸브가 없는 경우
2. 안전밸브 등의 배출 용량의 2분의 1 이상에 해당하는 용량의 자동 압력조절밸브(구동용 동력원의 공급을 차단하는 경우 열리는 구조인 것으로 한정한다)와 안전밸브 등이 병렬로 연결된 경우
3. 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 등이 복수 방식으로 설치되어 있는 경우
4. 예비용 설비를 설치하고 각각의 설비에 안전밸브 등이 설치되어 있는 경우
5. 열팽창에 의하여 상승된 압력을 낮추기 위한 목적으로 안전밸브가 설치된 경우
6. 하나의 플레어 스택(flare stack)에 둘 이상의 단위공정의 플레어 헤더(flare header)를 연결하여 사용하는 경우로서 각각의 단위공정의 플레어 헤더에 설치된 차단밸브의 열림ㆍ닫힘 상태를 중앙제어실에서 알 수 있도록 조치한 경우
안전밸브에 차단밸브를 설치하는 것에 대한 법규는 위와 같이 산업안전보건기준에 관한 규칙에 자세히 나와있습니다. 다만 이것이 글로만 쓰여 있기 때문에 그림을 통해서 알기 쉽게 설명드리겠습니다.
1. 인접한 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 설치되어 있을 경우
위의 그림을 보시면 두 개의 인접한 압력용기가 있고 서로 차단밸브가 없어 어떠한 경우라도 두 설비가 차단될 수 없도록 되어 있습니다. 이런 경우에는 예외적으로 안전밸브 전, 후단에 위와 같이 차단밸브 설치가 가능하다는 것입니다. 또한 Kosha Guide에는 여기서 안전밸브 배출 용량이 두 인접 설비의 배출 용량을 충족하는 경우에 해당한다고 되어 있습니다.
여기서 CSO라는 낯선 단어가 나옵니다. CSO는 시간 조치에 대한 것을 말하며 이것은 차단밸브를 함부로 열고 닫을 수 없도록 경고 조치하는 것을 말합니다. 방법으로는 CSO(Car sealed open : 밸브가 열려 시건 조치된 상태), CSC(Car sealed close : 밸브가 닫혀 시건 조치된 상태)가 있다.
위의 경우에는 무조건 둘 다 차단밸브가 열려있는 상태에서 시건을 해야 한다고 되어 있습니다. 그렇다면 시건은 어떻게 해야 할까요? 여러 가지 방법이 있습니다. 가장 현장에서 흔하게 사용하는 방법은 케이블 타이를 이용하는 방법입니다. 하지만 케이블 타이는 햇빛을 오래 받으면 다 끊어져 버리기 때문에 사실 거의 무용지물이나 다름없습니다. 이밖에도 번호키가 달려있는 자전거 키 같은 것들을 사용하는 방법도 있습니다. 시건장치에 대한 규정은 명확하게 나와있는 것이 없기 때문에 현장의 여건에 맞춰 가장 적당한 것으로 사용하시면 됩니다.
2. 자동 압력조절밸브와 안전밸브가 병렬로 연결된 경우
두 번째 차단밸브가 설치될 수 있는 규정을 다시 아래와 같이 상기해보겠습니다.
안전밸브 등의 배출 용량의 2분의 1 이상에 해당하는 용량의 자동 압력조절밸브(구동용 동력원의 공급을 차단하는 경우 열리는 구조인 것으로 한정한다)와 안전밸브 등이 병렬로 연결된 경우
이것을 그림으로 나타내면 아래와 같습니다.
여기서 조건을 잘 봐야 합니다. 일단 PV가 안전밸브 배출 용량의 50% 이상에 해당하여야 합니다. 또한 자동 압력 제어밸브(PV)와 안전밸브가 병렬로 연결되어 있어야 하고 자동 압력 제어밸브는 FO(Fail Open) 구조여야 합니다. 여기서 반드시 자동 압력 제어밸브여야지 다른 종류의 밸브여서는 해당이 되지 않습니다.
드문 사례지만 공정에 따라 PV대신 FV가 달려 있는 경우가 있었는데 여지없이 개선 권고를 받았습니다. 여기에 해당되는 밸브는 반드시 자동 압력 제어밸브(PV) 여야만 합니다.
3. 안전밸브가 복수 방식으로 설치되어 있는 경우
다음의 경우는 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 등이 복수 방식으로 설치되어 있는 경우입니다. 이 방법은 현장에서 가장 많이 사용되고 있고 특히 오른쪽 그림과 같은 경우가 대부분의 Plant에 설치되어 있는 방식입니다. 여기서 주의 사항은 한쪽을 반드시 닫아둬야 한다는 것입니다. 위의 밸브에서 검은색 칠한 부분은 밸브가 닫혀있는 것이고 CSC는 밸브가 닫혀있는 상태에서 시건을 하는 것을 의미합니다.
4. 예비용 설비를 설치하고 각각의 설비에 안전밸브 등이 설치되어 있는 경우
위의 경우와 같이 예비용 용기가 있으면서 각각에 안전밸브가 설치되어 있는 경우 안전밸브 전 후단에 차단밸브를 설치하는 것이 가능합니다. 이런 경우는 보통 증류탑의 Reboiler 등이 위와 같은 경우에 해당합니다. 증류탑으로 인입되는 유체에 찌꺼기가 전혀 없는 경우라면 상관없겠지만 조금이라도 찌꺼기가 있거나 열에 의해 고형분이 생기는 경우라면 Reboiler를 주기적으로 청소해야 하며 따라서 위와 같은 구조가 되게 됩니다.
5. 열팽창에 의한 상승된 압력을 낮추기 위해 안전밸브가 설치된 경우
위의 경우를 보시면 배관과 배관이 차단밸브가 있어 만약 배관 양쪽의 차단밸브를 닫게 되면 중간에 배관에서 압력이 상승할 수 있는 가능성이 있습니다. 이런 경우 배관 파열을 막기 위해서 위와 같이 안전밸브를 설치하게 되는데 이 경우에는 차단밸브를 안전밸브 전, 후단에 설치해도 된다는 말입니다.
보통 위와 같은 경우는 배관의 길이가 무지막지하게 길 확률이 높습니다. 1km 이상인 경우가 허다하죠. 그래서 이런 경우 차단밸브가 없을 경우 안전밸브가 고장이 나면 보수하는 것이 정말 어렵습니다. 그런 현실적인 부분을 고려한 것이 아닌가 싶습니다. 실제로 필자도 이런 곳에 설치된 안전밸브에서 화학물질의 Leak가 발생하여 보수한 경험이 있습니다.
6. 하나의 플레어 스택에 둘 이상의 단위공정의 플레어 헤더 연결 사용 시
다음의 경우는 하나의 플레어 스택(flare stack)에 둘 이상의 단위공정의 플레어 헤더(flare header)를 연결하여 사용하는 경우로서 각각의 단위공정의 플레어 헤더에 설치된 차단밸브의 열림ㆍ닫힘 상태를 중앙제어실에서 알 수 있도록 조치한 경우를 말합니다.
위의 그림과 같이 대부분의 공장에서는 하나의 Flare Stack에 여러 개의 공장이 서로 묶여 있습니다. Flare Stack 건설 및 유지보수에 들어가는 비용이 막대하며 Flare Stack을 설치하는 위치도 제한이 되어 있어서 석유화학 Complex 같이 거대한 공장에서는 여러 개의 공장이 한 개의 Flare Stack에 연결되어 있는 경우가 대부분입니다.
이럴 경우 각각의 Flare Stack Header에 차단밸브를 설치할 수밖에 없는데 이유는 공장 보수기간에 각각의 공장이 Shut Down과 Start 일정이 다르기 때문에 각각의 공장이 준비가 될 때까지는 서로 차단밸브를 잠그고 일을 해야 하기 때문입니다. 이때 위와 같이 중앙제어실(DCS Room)에서 이것을 알 수 있도록 하라는 말입니다.
오늘은 안전밸브(Pressure Safety Valve, PSV)의 차단밸브 설치에 대하여 말씀드렸습니다. 좀 난해한 부분도 있지만 화학공장의 아주 기본적인 설계 Rule이기 때문에 석유화학공장이나 정유회사, 또는 그 외에 큰 Plant에서 일하시는 분들은 반드시 알고 계셔야 할 부분이라 이 글을 쓰게 되었습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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