PSV는 화학공장의 안전을 지키는 최후의 보루로서 과압 시나리오 검토에 따라 적절한 계산식을 적용하여 relief load를 산출한다. 하지만 relief load 산출 못지 않게 중요한 것이 설치이다. 실제로 PSV자체는 제대로 설계 및 구매를 하였지만 현장에서 PSV와 관련된 설치 이슈로 인해 작동에 문제가 되거나 인허가 단계에서 지적을 받는 사례가 매우 많다.
아래 내용은 주로 flare line의 배관 설계와 관련된 API 520 혹은 engineering practice이다.
1. 배관 size는 최소 2"를 권장한다.
2. 압력용기와 PSV 사이의 배관 size는 적어도 PSV inlet connection이상이어야 한다.
3. PSV outlet 역시 built-up back pressure를 최소화하기 위해 배관 size는 PSV outlet connection이상이어야 한다. 다만 확관이 필요시 차단밸브 size를 PSV connection size와 동일하게 적용하여도 후단 back pressure나 noise에 영향을 주지 않는다면 동일 size로 가능하지만 안전과 직결이 됨에 따라 PSV connection후단에서 곧바로 reducer를 설치하여 확관후 차단밸브 size는 후단 배관과 동일하게 적용하는 것을 권장한다.
4. PSV는 가능한 header상부에 설치한다. 불가피하게 header 아래에 설치될 경우 PSV discharge 배관은 수평배관 없이 곧바로 vertical로 설치하고 header top connection에 연결한다, 다른 배관들과 tie-in을 할 경우 KO pot를 두어 liquid condensate를 1차 분리한 후 vapor만 header top에 연결한다.
5. PSV 전후단 차단밸브는 full bore (혹은 full port)이어야 한다.
Full port (left) and reduced port (right) ball valves
standard port (reduced port) vs. full port ball valve
full port ball valve는 배관과 동일한 내부 bore size를 갖기 때문에 흐름에 대한 저항이 낮아 주로 pigging이나 허용되는 차압이 낮은 시스템에 적용된다. 반면에 제작하는데 더 많은 재료가 사용됨에 따라 가격은 reduced bore에 비해 비싸다.
reduced port는 standard port라고도 하며 배관 내경보다 폭이 좁아 예를 들어 3/4"배관에 대해 1/2" ball opening을 사용하며 full port에 비해 흐름의 속도가 빠르고 에너지 loss 및 차압과 마찰손실이 크다. 다른 요구조건이 없다면 경제성이 있는 reduced port ball valve를 적용한다.
6. PSV 후단 배관은 downstream header 방향으로 self draining이어야 한다.
7. 대기 vent하는 PSV의 경우 liquid의 accumulation을 방지하기 위해 low point에 1/2" weep hole을 설치한다. 적용 code나 spec상 size는 다를 수 있다.
8. tail pipe나 sub header는 header에 연결시 top에 연결하고 reaction force를 줄이기 위해 flow 방향의 45도로 연결하되 side로 연결할 경우 적어도 header 직경의 1/3 이상의 point에 연결한다.
9. 특히 45도 연결의 경우 대구경 액체나 two phase 흐름에 적용하여, 액체량이 170m3/h이상이거나 액체 유속이 1.5m/s이상일 경우 반드시 적용한다. 혹은 job spec상 4"이상의 경우 유체에 무관하게 적용하기도 한다.
10. flare sub header는 header방향으로 최소 1/200 slope을 유지하고, main flare header는 KO drum방향으로 최소 1/500 slope을 유지한다.
11. offshore의 경우 최소 1/200을 유지하고, main KO drum과 flare stack사이의 배관은 최소 1/500을 유지한다.
12. flare line에 leakage나 차압으로 인해 butterfly valve나 globe valve는 사용하지 않는다.
13. 모든 gate valve에 대해 부식으로 인해 stem failure가 될 경우 valve의 gate가 fall off되어 흐름을 막을 수 있으므로 stem방향은 수평으로 설치한다.
14. 가급적 relief path상에는 valve를 설치하지 않으며 maintenance와 같이 특별한 이유로 설치를 해야 할 경우 locked open상태를 유지한다. 아울러 여러 unit가 하나의 flare stack을 공유할 경우 unit BL에도 block valve와 spectacle blind를 설치하되 valve opening을 원격으로 확인하도록 limit switch를 설치한다.
15. flare line의 pocket은 피하고 유체의 점도가 높거나 냉각되면서 고형화가 일어날 경우 tracing을 고려한다.
16. flare KO drum까지 연속적으로 slope을 유지할 수 없는 경우 level 계기가 설치된 drain pot나 drip leg을 low point에 설치하되 drain trap과 같은 mechanism은 오작동의 문제로 설치를 피해야 한다.
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