PSM 'P'등급 사업장 길잡이 - 4 (마지막)
국내 정유사 PSM 'P'등급 사업장의 안전 관리자 기고글 입니다. 1~3편에 이어서 마지막 글 입니다.
본 글에서는 두 사항을 총정리 합니다.
6.3 배관 및 가스켓 명세
6.4 안전밸브 및 파열판 명세
6.3 배관 및 가스켓 명세
- Pump를 통해 물질을 이송하고, 이송된 물질이 압력용기로 들어간다… 그러기 위해선 뭐가 있어야 할까요? 당연히 “배관”이 있어야 합니다. 배관 및 가스켓 명세는 공장에서 사용되는 배관과 가스켓이 어떤 유체가 흐르고 배관경, 두께, 주요 재질은 어떤 것이 사용되는지를 나타내는 자료입니다.
- 배관 및 가스켓 명세를 보면 좀 처음에는 의아할 것입니다. 여기서 말하고 싶은 게 뭐지? 야발… 전혀 모르겠네?
-라고 생각이 드실 수 있겠는데 사실 이거 초기 심사할 때 말고는 잘 안 봅니다 공단이나 근로감독관들도요.. 그래도 뭐 기고 한 김에 알아보도록 하겠지만은, 배관 및 가스켓 명세는 우선 P&ID와 밀접한 연관이 있습니다. P&ID를 해석하는 법을 잘 알아야 쉽게 해석이 가능합니다.
- 분류 코드는 P&ID 상에서 배관의 Code를 말합니다. 대부분 앞에 표기되어 있습니다.
- 유체의 명칭 및 구분은 P&ID 상에서 배관 Code 앞에 약어로 표기되어 있고, 각 유체마다 구분을 저런 식으로 해 놓은 것이죠, 설계압 / 설계온도를 확인할 수 있고 그 Line을 따라서 장치의 Short spec’을 확인하여 본다면 이게 맞는것인지 안맞는것인지 확인할 수 잇습니다.
- 따라서, PSM 자체감사를 하실 때 배관 Code / 유체 명칭을 하나 찾아서 Line을 따라 가다보면 가까운 장치설비가 보일건데 그 장치설비의 설계압을 확인해 보십시오, 그 배관의 설계압과 동일하거나 커야 말이 되는겁니다. (배관의 설계압보다 작으면 논리상 맞지 않겠지요?) : 이 단순한 명제는 PSM 자체감사 시 여러분이 전문적이여 보일 수 있는 아주 간단한 논리입니다.
- 다음은 배관 Size (배관경) 과 배관 재질입니다. 저 Code에 사용되는 배관의 Size와 재질은 저런 것들을 사용한다는 의미입니다. 두께는? SCH No.를 확인해 보시면 알 수있겟죠 (배관 재질 별 Shedule No. 에 따른 배관 두께를 Google에서 쉽게 확인 가능합니다)
- 다음은 Flange 사이의 Sealing을 유지하기 위해 사용되는 플랜지와 가스켓의 재질 및 형태를 나타내주는 창입니다. 150# : 압력 150psi와 온도 500F 에서 적합한 플랜지를 의미합니다.
RF : Raised Face Flange : 배관끼리 연결하기 위한 Flange 형태의 일종입니다. 화학 Plant에서 가장 많이 사용됩니다.
- Spiral Wound Graphite filled A240 Type 316 Inner ring CS Outer Ring : 중간층에 밀착력을 높여주기 위해 Gaket의 형태가 Spiral wound 형태이고 충전재로 Graphite (흑연재)가 들어가 있으며 Inner ring의 재질은 A240 Type 316 (Sus 316) Outer ring의 재질은 Carbon Steal임을 의미하는 Gasket입니다.
- Gasket의 맨 바깥에 Outer Ring이 있고 중간에 울퉁불퉁한 Spiral Wound 형태의 Winding이 있으며 안에 Inner Ring 이 있는겁니다.
- 다음은 비파괴 검사율과 후열처리 여부,, 이것은 장치 및 설비명세에서 설명하였으니 Pass 하도록 하겠습니다. (배관에서의 비파괴검사 / 후열처리도 굉장히 중요한 내용이니 다시한번 내용을 위에서 확인하시기 바랍니다.)
6.4 안전밸브 및 파열판 명세
- 기본적으로, 장치 / 배관 그리고 동력기계 (Pump, Compressor)는 ‘압력’ 이라는 것이 존재합니다.
- 가혹한 조건이든, 평시 조건이든 ‘압력조건’ 하에 장치 / 기계를 운전하다 보면 ‘과압’ (Overpressure)가 발생하게 됩니다.
- 설계압 이상의 과압이 발생하면 어떻게 될까요? 어떻게 되든 좋지 않은 결과가 발생하겠죠… 으으.. 의사양반 내가 x자라니…!
- 물론 설계압 이상의 과압이 발생한다고 해서 장치가 터지지는 않습니다. 나중에 MAWP (Maximum Allowable Working Pressure) 개념을 아신다면 설계압의 1.5배 까지는 장치 설비가 버팁니다.
- 하지만, 우리가 운전하고자 하는 압력 이상으로 올라간다고 하는 것은 어떤 이상이 있어서 이겠습니다. 그 이상이 외부의 화재가 발생한다거나 (External Fire) 유체가 나가는 입구가 막혀서라거나? (Blocked Outlet) 열교환기 Tube 부분의 냉각수에서 열팽창이 일어나 Tube가 찢어진다거나 (Thermal Expansion) 하는 이유들로 인해서 과압이 발생한 압력을 해소해 주어야 합니다.
- 이러한 안전장치를 안전밸브 (PSV, pressure Safety Valve) 또는 파열판 (Rupture disk)라고 하며 이 명세를 안전밸브 및 파열판 명세라고 합니다.
- 우선 들어가기 전에 안전밸브의 종류 및 분출 원인에 대해서 살펴 보는 것이 좋을텐데, 분출 원인에 대해서는 저 위에 적어놓은 외부화재, 입구 막힘, 열팽창 등의 이유로 인해서 발생합니다. 구글에 PSV Relief Scenario라고 검색해 보시면 자세한 정보를 알 수 있습니다. 이 분출 원인을 통해 해당 용기에서 필요한 소요 분출량 (Required Relieving) 을 구해서 PSV Sizing을 공장 엔지니어들이 하게 됩니다.
- 안전밸브의 종류에 대해서는 크게 Coventional type, Bellows Type, Pilot Operated Type으로 구분되게 됩니다.
- Conventional type PSV는 가장 기초적 형태의 PSV입니다. Spring이 Disc를 누르고 있고 과압이 발생하면 Disc가 Spring을 열어서 내부 유체가 배출되는 구조입니다. Outlet 쪽에 걸리는 압력인 배압 (Back Pressure)이 없는 Case에서 흔히 사용되는 Type으로 보시면 되겠습니다.
- 다음으로 Bellows Type PSV 입니다. Conventional type과 구조는 유사하나 Disk holder를 주름관 형태인 Bellows 가 잡아주고 있는 형태입니다. 이 주름관인 Bellows가 배압 (Back Pressure)를 상쇄 시켜 주어 배압이 일정 부분 있는 장소에서 사용 할 수 있습니다.
- 마지막으로 Pilot Operated Type PSV 입니다. Conventional / Bellows 형태와는 아주 다른 모양을 하고 있습니다. 과압이 발생하면 Pilot Vavle가 열려 Valve 본체의 Piston이 열려 과압을 해소해 주는 원리입니다. 이는 배압(Back Pressure)가 매우 커 Bellows 형태로 적용이 불가능 할 경우, Relief Area가 넓어 Set P가 높게 설정된 경우 필요합니다.
- 자 대충 PSV 종류까지 알아 보았다면, 이제 안전밸브 및 파열판 명세에는 무었이 있는지, 그리고 또 어떤 내용을 봐야 하는지 간편하고 빠르게 알아보도록 하겠습니다. 우리의 시간은 피차 소중하니까요 (필자는 절대 죽어도 귀찮아서 라고는 말 못하는 편입니다)
- 우선 첫 번째, PSV의 기기 번호입니다. 각 PSV마다 고유한 Tag No. 가 붙어 있습니다.
- 내용물과 상태는 이 PSV가 붙어있는 장치의 내용물 (탄화수소, 스팀, 유독물질 등등)을 확인하여 적어줍니다. 그렇기 위해서는 기기의 Tag No.와 자세한 Spec’을 알아야겠죵? 그렇기 때문에 보호기기 압력에 기기번호와 그 보호하려는 기기의 운전압력, 설계압력을 Data sheet에서 확인해 줍니다.
- 몇몇 악랄한 근로감독관님들 께서는 이 기기번호를 장치 및 설비명세와 대조하여 올바르게 작성되었는지 재 확인하시는 분도 계십니다. 그런분 걸리시면 뭐 그냥 재수없는거에요~ 알아서 평소에 관리를 잘 하시기를 바라겠습니다.
- 자, 여기서 다시 그 보호하려는 기기의 운전압력과 설계압력을 알았기 때문에 이 안전밸브는 그럼 설정압력이 얼만큼 Setting 되어 있어서 이 기기를 보호하는가? 라고 명시를 해 주어야 합니다. 그러기에 안전밸브의 설정압력 (얼마의 압력에서 PSV 가 작동하는가?) 를 적어두게 됩니다.
- 한가지 Tip을 드리자면 안전밸브의 설정압력이 보호기기의 설계압력을 넘어서는 안 됩니다. 예전에는 MAWP 개념 때문에 되기도 했던 것 같은데 요즘은 심사 시 이 부분을 명확히 보고 잇으니 반드시 안전밸브의 설정압력이 기기의 설계압력 이하에서 설정되어 있는지 잘 확인해 주시기 바랍니다.
- 재질 부분에서는 몸체는 Body 재질을 적어 주시고 Trim 재질은 Disc재질을 적어 주시면 됩니다.
- 다시 앞으로 돌아와서, 배출용량 / 정격용량 / 노즐크기 가 나와있네요, 사실 이런거때문에라도 PSV도 역시 공부를 해야하는 부분입니다.
- 아까 설명했던 것 처럼 배출용량은 이 기기가 화재 등이 났을 때 얼마만큼 과압이 발생해서 분출량이 발생할 수 있다는 걸 나타내 주는 내용입니다 즉, 계산을 통해서 나온 그 기기의 가장 Gorverning한 분출 case인 거죠. 단위는 kg/hr 이구요 (gas의 경우에는 Nm3을 kg로 환산하라고 그럼)
- 그렇다면 정격 용량은, 그 Governing 한 Case의 분출량을 확인 한 후 분출량에 맞는 PSV의 용량 (엔지니어들은 Oriffice Area Select 라고 합니다)을 나타내는 것이죠, 즉, 정격용량 (Rated)이 배출용량 (Required)보다 충분히 커서 이 PSV의 건전성을 확인할 수 있느냐? 라고 물어보기 위해 만든 장치입니다. 둘의 관계를 유심히 보시면 되겠어요. 이거도 사실 없었는데 환경부 친구들이 장외영향평가인지 뭔지 만들 때 저런 내용을 껴 들어 가서 노동부에서도 2016년 개정된 고시를 통해 배포한 내용입니다. (밥그릇싸움?)
- 노즐 Size의 경우 PSV의 Inlet과 Outlet의 크기를 적어 놓습니다. 몸통은 큰데 뚜껑쪽은 작은 콜라를 따르면 병목현상(Bottlenecking)이 발생되어 유량이 제 때 한번에 나갈 수 없는 것과 같이, Inlet의 Size가 Outlet 의 Size 보다 크면 병목현상(Bottlenecking) 이 발생되기 때문에 출구의 노즐 Size는 입구의 Nozzle Size 보다 항상 커야 합니다.
- 다시 뒤로 돌아가서 정밀도 (오차 범위) 입니다. 아무리 정교하게 압력을 Setting 한다고 해도 오차가 발생 할 수 있습니다. 전자식으로 제어되는 그런 장치가 아니라면 말이죠. 따라서 안전밸브도 이 정밀도에 대한 허용범위 값을 주고 그 정밀도에 맞게 실제 Test 시 관리가 되고 있는지 확인하고 있는겁니다. 즉, 설정압력이 22kgf/cm2 이라면, Test 시 ± 2% 내에서 작동한다 하더라도 봐 준다는 뜻이죠. 실제 안전밸브 분출 동작 시험에서도 이런 정밀도를 감안하여 동작시험을 진행하고 있고 불량이 발생한 밸브는 재 정비합니다.
- 아래는 고용노동부 고시에 나와 있는 정밀도와 오차의 범위 입니다. 확인하시길 바라겠습니다.
- 마지막으로 배출연결 부위입니다. 유독성의 GAS나 가연성의 Liquid를 취급하는 용기에서 안전밸브가 작동하여 과압을 해소했는데 만약 나온 물질이 땅에 떨어진다면.,….?
- 훠훠훠… 재앙입니다 재앙 (근데 진심 재앙이긴 함…)
- 그렇기 때문에, 배출되었을때 어느 곳으로 연결 되어 안전하게 처리되는지 확인하기 위한 내용이 배출연결 부위입니다. 가연성의 Liquid / gas는 Flare Stack으로 연결 되어야 할 것이고, 독성을 가진 Gas / Liquid는 Scrubber로 연결되어야 할 것입니다. 만약 Pump 토출측에 안전밸브를 설치하였다면 다시 흡입측으로 돌려주는 것 이기 때문에 Pump의 흡입측으로 배출 연결 부위를 작성 하고요.
- 나머지 배출원인과 형식은 아까 살펴 보았으니 Skip 하도록 하겠습니다.
1편 연재를 맺으며…
PSM 공정안전자료를 연재할때는 첨부터 끝가지 다 이야기 하려 했는데.. 저의 말하고, 설명하는 솜씨가 부족해서 생각보다 긴 글 (내 생각에만 그런거 일수도?ㅎ)이 되어 이렇게 1편을 마칩니다…
사실 글을 쓰다보니 점점 산으로 간 것 같습니다, 이 길라잡이가 과연 아무것도 모르는 초보를 위한 것인지.. 아니면 뭘 좀 아는 사람들 대상으로 하는 건지… 또 그렇다기엔 너무 그냥 지나친 설명이 많고..
어찌보면 그냥 제가 알고있는 내용을 한번 정리한 정도밖에 되지 않을수도 있겠다는 생각이 들었습니다….
앞으로 글을 쓸 때 글을 읽는 사람의 눈높이, Needs, 그리고 내가 가고자 하는 방향에 대해서 정확하게 판단 한 후 글을 써야겠다는 생각이 다시금 들은 시간들 이었습니다… 아, 다시한번 말씀드리지만, 기초 지식은 필수 인 것 같습니다. 아래에 제가 들었고, 또 꼭 들어야 하는 PSM 과 관련된 기초 내용, 강의들을 적어 둘 테니 이 정도만 들으셔도 현업 업무를 이해 하시는데는 문제 없으시라 사료됩니다.
이상 길지도, 짧지도 않은 글을 내려놓고 잠시 쉬고 오도록 하겠습니다.
- 관련 강의 -
안전보건공단 안전보건교육원 _ 공정안전보고서 작성 및 평가 안전보건공단 안전보건교육원 _ 공정안전 기술기준
-참고 문헌-
안전보건공단 안전보건교육원 _ 사고피해예측 (CA)
대한 산업안전협회 _ PSM Beginner 과정, PSM 자체감사 실무 관련 도서 (인터넷 포함) –
공정안전보고서 작성예시집 _ 안전보건공단
화학공정안전 _ 동화기술
화공안전기술사 _ 이윤호, 조지훈 공저
화공안전기술사 _ 김영도 저
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