P&ID에는 많은 정보가 포함되어 있으며 특히 배관 설계측면에서 특정 공정 목적을 위해 special design을 해야 할 경우가 있다. 이를 위해 해당 배관에 대해 specific requirement를 P&ID상 부여하여 상세 설계에 반영하도록 해야 한다. 이를 위한 중요 설계 조건은 다음과 같다.
- No Pocket
- Free Draining
- Slope
- Gravity flow
No Pocket
No pocket은 일반적으로 No liquid pocket을 의미하며, 만약 vapor pocket을 피해야 할 배관이라면 특별히 No vapor pocket이라고 note처리한다.
No pocket의 경우 elevation change는 vertical up 혹은 down 모두 가능하지만 up과 down이 함께 할 수는 없다.
Piping routing for vapor line with no liquid pocket
반면, pipe layout이나 orientation으로 인해 self drain이 되지 않는 배관 구간을 pipe pocket이라 한다
Liquid pocket in compressor suction line
배관 설계 특히 piping layout을 할 경우 structure나 equipment 혹은 다른 배관과의 간섭 등으로 인해 불가피하게 elevation 변경을 해야 할 수도 있다. 아울러 valve accessibility나 expansion loop 등 고려를 위해 배관에 pocket이 생길 수 있다. 하지만 pocket이 생길 경우 공정상 문제를 야기할 경우에는 P&ID상에 No pocket이라고 분명히 highlight해야 한다.
일반적인 No pocket requirement로는 다음과 같다.
- Two-phase lines
- Compressor suction line
- Column overhead vapor lines
- Vapor balancing lines, etc.
Examples of No-Pocket Line
Condenser에 연결된 column overhead vapor line에는 pocket이 있어서는 안되며, 만약 pocket이 있을 경우 vapor와 함께 동반되는 liquid가 pocket에서 accumulation되면 flow path를 plugging하여 free vapor flow를 방해하게 된다. 이 경우 flooding이나 quality 저하와 같은 upset이 발생하기까지 liquid accumulation은 인지하지 못할 수도 있다. 따라서 instrument signal이나 low point drain에 의존하기 보다는 NO POCKET 설계 적용을 통해 확실히 liquid accumulation이 일어나지 않도록 해야 한다.
Two phase flow line에 대해 일반적으로 P&ID상에 “Provide support for two-phase flow”라는 note처리를 하며 이와 동시에 pressure fluctuation이나 vibration을 야기할 수 있는 slug flow regime을 최소화하도록 process design을 하고, 액체가 accumulation되어 unstable flow가 되지 않도록 NO POCKET을 적용해야 한다. (예, steam condensate line)
반면 pump suction line의 경우 high point vapor pocket이 있을 경우 운전중 vapor가 액체와 함께 pump casing내로 유입되어 cavitation을 야기할 수 있어서 NO VAPOR POCKET으로 배관 설계를 해야 하지만 이러한 note는 typical한 requirement이므로 통상 P&ID에 표기하지는 않는다.
Free Draining
흐름방향과 무관하게 배관내 액체가 정체되지 않고 어느 한쪽으로 흘러 가도록 고려된 배관으로 pocket은 당연히 허용되지 않고, 다만 slope은 있을 수도 있고 없을 수도 있다. 즉, free draining은 No pocket design requirement를 포함한다.
예를 들어 compressor kickback line으로 control valve를 전후로 양 배관은 free draining이어야 하며 이를 위해 control valve는 KOD의 high liquid level 위의 high point에 위치해야 한다. 액체가 kickback line에 정체되어 emergency 상황에서 valve가 열려야 할 때 이를 방해할 수 있어서 항상 이 배관은 dry 상태를 유지해야 한다.
Typical application으로는 PSV inlet/outlet line, Dead leg, Compressor suction line, Compressor kickback line 등이다.
PSV inlet line이나 outlet line 역시 emergency 상황에서 배출되어야 하는데 이 배관은 평상시 흐름이 없음에 따라 vapor의 응축이 가능하며 이 때 응축된 액체가 이 배관상에 정체하게 되면 emergency상황에서 relief load를 배출하는데 방해가 될 수 있으며 PSV 전후단 배관은 항상 free draining이어야 한다.
Slope
배관이 일정한 경사를 유지하면서 설치되는 경우로서 가장 severe requirement이다. P&ID에는 아래와 같은 심볼로 처리되며 혹은 slope이 0.5%처럼 표기되기도 한다.
특히 flare header의 경우 minimum 1:500 slope (min 0.2%)를 적용한다. 이외 typical application으로는 다음과 같다.
- Drain header
- Stormwater channel
- Sticked polymer / powder line
- Viscous line
Gravity Flow
중력으로 흐르는 배관으로 downstream elevation은 inlet elevation보다 낮아야 하며 배관상에는 pocket이 존재할 수는 있다. 하지만 pocket높이도 inlet point보다 높아서는 안된다. P&ID상에는 화살표 방향 표기와 함께 gravity flow라고 note처리한다.
Typical application으로는 동압으로 유체를 이송하기 위해 equipment elevation을 고려할 경우 연결 배관은 gravity flow가 되도록 설계한다. 또한 column 상부에 reflux drum을 배치하여 pump없이도 reflux가 가능하도록 할 수 있으며 이 때 reflux drum과 column사이의 배관은 gravity flow로 설계한다.
아래 table은 위 사항을 요약하여 한 눈에 이해할 수 있도록 하였으며 정확한 이해를 바탕으로 실수 없이 3D model에 반영할 수 있다.
Possible Modelling Configuration for lines with different piping requirements, https://www.linkedin.com/pulse/slope-free-draining-gravity-flow-pocket-jargon-saeid-rahimi-mofrad/
#Free_Draining#Slope#Gravity_Flow#No_Pocket#self_drain#flooding
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