안전 밸브 선택 및 설치에 대한 전문가 가이드

안전 밸브는 보일러, 압력 용기 및 기타 압력 장비의 중요한 안전 부품으로, 생산 장비의 과압으로 인한 폭발 사고를 효과적으로 방지합니다.

이처럼 안전 밸브는 화학 플랜트에서 중요한 역할을 합니다.

안전 밸브에 대한 포괄적인 이해를 위해서는 밸브의 분류, 특성, 선택 기준 및 설치 요건을 살펴보는 것이 중요합니다.

안전 밸브의 분류 및 특성

전체 구조와 로딩 메커니즘의 차이에 따라

안전 밸브는 전체 구조와 하중 메커니즘에 따라 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다: 헤비 해머 레버형, 스프링 유형및 펄스 유형.

이 세 가지 중 스프링식 안전 밸브가 가장 널리 사용되고 있습니다.

1. 헤비 해머 레버 안전 밸브

헤비 해머 레버 안전 밸브는 무거운 해머와 레버를 사용하여 밸브 디스크에 가해지는 힘의 균형을 맞추는 방식으로 작동합니다.

지렛대 원리를 활용하면 지렛대의 길이를 늘려 작은 질량으로 더 큰 힘을 낼 수 있고, 추의 위치나 질량을 변경하여 안전 밸브의 개방 압력을 조절할 수 있습니다.

장점:

헤비 해머 레버 안전 밸브는 구조가 간단하고 정확하게 조정하기 쉽습니다. 밸브 디스크가 상승해도 부하가 크게 증가하지 않습니다.

고온 응용 분야에 적합하며 과거에는 특히 고온이 필요한 보일러 및 압력 용기에 널리 사용되었습니다.

단점:

그러나 무거운 해머 레버 안전 밸브는 부피가 큰 구조이며 로딩 메커니즘이 진동과 누출이 발생하기 쉽습니다.

또한 재착압이 낮기 때문에 개봉 후 단단히 닫기가 어렵습니다.

2. 스프링식 안전 밸브

스프링 장착형 안전 밸브는 압축 스프링의 힘을 사용하여 밸브 디스크에 가해지는 힘의 균형을 맞춥니다.

조절 너트를 돌려 스프링의 압축을 조절할 수 있으므로 필요에 따라 안전 밸브의 개방(설정) 압력을 변경할 수 있습니다.

장점:

스프링이 장착된 안전 밸브는 가볍고 컴팩트한 구조로 매우 민감하며 어떤 위치에도 설치할 수 있고 진동에 강합니다. 이동식 압력 용기에 사용하기에 이상적입니다.

단점:

그러나 밸브가 열리면 안전 밸브에 가해지는 하중이 변하므로 밸브 디스크가 상승하면 스프링의 압축이 증가하고 밸브 디스크에 가해지는 힘도 증가합니다. 이는 안전 밸브의 빠른 개방에 영향을 줄 수 있습니다.

또한 고온에 장시간 노출되면 스프링의 탄성이 감소할 수 있으므로 온도가 높은 용기에 사용할 때는 단열 또는 방열을 고려해야 합니다. 이로 인해 구조가 더 복잡해집니다.

3. 펄스 안전 밸브

펄스형 안전밸브는 메인 밸브와 보조 밸브로 구성되며, 보조 밸브의 펄스 작용을 활용하여 메인 밸브를 구동하는 방식으로 작동합니다.

구조가 복잡하고 일반적으로 큰 안전 방전 용량이 필요한 보일러 및 압력 용기에만 적합합니다.

중간 방전 모드에 따른 분류:

안전 밸브는 중간 배출 모드에 따라 완전 폐쇄형, 반 폐쇄형, 개방형의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

1. 완전히 닫힌 안전 밸브

완전히 밀폐된 안전 밸브는 배기관을 통해 모든 가스를 배출하여 작동 시 매체가 외부로 누출되는 것을 방지합니다.

이 유형의 안전 밸브는 주로 독성 및 인화성 가스가 들어 있는 용기에 사용됩니다.

2. 반폐쇄형 안전 밸브

반밀폐형 안전 밸브에서는 배출된 가스의 일부가 배기관을 통과하고 나머지 부분은 밸브 커버와 밸브 스템 사이의 틈새를 통해 누출됩니다.

이 유형의 안전 밸브는 주로 환경에 해를 끼치지 않는 가스가 들어 있는 용기에 사용됩니다.

3. 안전 밸브 열기

개방형 안전 밸브에는 스프링 챔버와 대기를 연결하는 개방형 밸브 커버가 있어 스프링 온도를 쉽게 낮출 수 있습니다.

이 유형의 안전 밸브는 주로 대기에 해를 끼치지 않는 중온 또는 고온 가스로 증기가 들어 있는 용기에 사용됩니다.

밸브 디스크의 최대 개방 높이와 유량 채널의 비율에 따라

안전 밸브는 크게 밸브 디스크의 최대 개방 높이와 안전 밸브의 유로 직경의 비율에 따라 마이크로 개방형 안전 밸브와 완전 개방형 안전 밸브로 나뉩니다.

1. 마이크로 리프트 안전 밸브

마이크로 개방형 안전 밸브의 개방 높이는 채널 직경의 1/4 미만이며, 일반적으로 채널 직경의 1/40~1/20입니다.

이 유형의 안전 밸브는 비례 작용을 통해 작동하며 주로 액체 애플리케이션에 사용되며 때로는 방전량이 적은 가스 애플리케이션에 사용됩니다.

2. 풀 리프트 안전 밸브

완전 개방형 안전 밸브의 개방 높이는 유로 직경의 1/4 이상이어야 합니다.

완전 개방형 안전 밸브의 토출 면적은 밸브 시트 쓰루의 최소 단면적과 같습니다.

이 유형의 안전 밸브는 2단계 동작을 통해 작동하며 완전히 열리려면 리프팅 메커니즘이 필요합니다. 주로 가스 매체 애플리케이션에 사용됩니다.

행동 원칙에 따라

안전 밸브는 작동 원리에 따라 직접 작동 안전 밸브와 간접 작동 안전 밸브로 분류할 수도 있습니다.

1. 직동식 안전 밸브

직동식 안전 밸브는 작동 매체의 직접적인 작용으로 작동하므로 작동 매체의 압력이 밸브 디스크의 로딩 메커니즘에 의해 가해지는 기계적 부하를 극복하여 밸브를 엽니다.

이 유형의 안전 밸브는 구조가 간단하고 높은 신뢰성으로 빠르게 작동합니다. 그러나 구조의 한계로 인해 고압 및 대구경 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.

2. 비직동식 안전 밸브

직동식 안전 밸브는 파일럿 안전 밸브와 전원 보조 장치가 있는 안전 밸브의 두 가지 유형으로 더 나눌 수 있습니다.

안전 밸브 선택 지침

안전 밸브의 다양한 파라미터를 결정합니다:

1. 안전 밸브의 공칭 압력을 결정합니다:

밸브 재질, 작동 온도 및 최대 작동 압력에 따라 공칭 압력을 선택합니다.

2. 안전 밸브의 작동 압력 수준을 결정합니다:

작동 압력 수준은 압력 용기의 설계 압력 및 설계 온도에 따라 선택해야 합니다.

안전 밸브의 작동 압력은 스프링의 작동 압력과 다른 의미라는 점에 유의해야 합니다.

안전 밸브의 작동 압력은 정상 작동 시 밸브 앞의 정압을 말하며, 이는 보호 시스템 또는 장비의 작동 압력과 동일합니다.

반대로 스프링의 작동 압력 레벨은 스프링의 허용 압력 범위를 나타냅니다.

이 범위 내에서 스프링의 예압 압축을 변경하여 안전 밸브의 개방 압력(즉, 설정 압력)을 조정할 수 있습니다.

공칭 압력이 동일한 안전 밸브는 스프링 설계 요구 사항에 따라 작동 압력 수준이 다를 수 있습니다.

안전 밸브를 선택할 때는 필요한 개방 압력 값에 따라 작동 압력 수준을 결정하는 것이 중요합니다.

3. 안전 밸브의 토출 압력(PD)을 결정합니다:

안전 밸브의 토출 압력은 일반적으로 설정 압력(개방 압력)의 1.1배이며, 증기 보일러 안전 밸브의 토출 압력은 설정 압력의 1.03배입니다.

4. 안전 밸브의 크기를 결정합니다:

안전 밸브의 토출 용량은 필요한 토출량을 기준으로 결정해야 하며, 안전 밸브의 토출 용량은 필요한 토출량과 같거나 그 이상이어야 합니다.

보호 시스템의 필요 배출량은 시스템의 비정상적인 과압 발생 시 과압을 방지하기 위해 배출해야 하는 양을 의미합니다.

이 값은 시스템 또는 장비의 작업 조건, 용량, 잠재적 과압에 따라 결정됩니다.

5. 결정 재료 선택:

안전 밸브의 재질은 매체의 작동 온도 및 압력, 매체의 특성, 재료의 타당성 및 비용 효율성을 고려해야 합니다.

안전 밸브의 특수 구조 결정

개방 압력이 3Mpa를 초과하는 증기 또는 중간 온도가 320℃를 초과하는 가스의 경우 라디에이터(핀)가 있는 안전 밸브를 선택해야 합니다.

추가 배압을 받는 안전밸브의 경우, 배압 변화가 설정 압력의 10%를 초과하는 경우 벨로우즈 안전밸브를 선택해야 합니다. 또한 부식성 매체를 취급하는 안전밸브의 경우 매체에 의한 스프링 및 가이드 메커니즘의 부식을 방지하기 위해 벨로우즈 안전밸브도 선택해야 합니다.

인화성, 고독성 또는 극도로 위험한 매체의 경우 폐쇄형 안전 밸브를 사용해야 합니다. 리프팅 메커니즘이 있는 안전밸브가 필요한 경우 렌치가 있는 폐쇄형 안전밸브를 사용해야 합니다.

60℃ 이상의 공기, 온수, 증기 등 위험하지 않은 매체의 경우 렌치가 있는 안전 밸브를 사용해야 합니다.

액화 탱크(탱크) 트럭의 경우 내장형 안전 밸브를 채택해야 합니다.

토출 용량이 큰 작업 조건에서는 풀 오픈 타입을 선택해야 합니다. 사용 압력이 안정적이고 토출 용량이 작은 작업 조건에서는 마이크로 스타트 타입을 선택해야 합니다. 토출 용량이 큰 고압 조건에서는 펄스 안전 밸브와 같은 간접 기동 타입을 선택해야 합니다. 길이가 6m 이상인 용기의 경우 안전 밸브를 2개 이상 설정해야 합니다.

사용 압력이 낮은 고정식 용기의 경우 정압식(압력솥) 또는 레버식 안전밸브를 사용할 수 있습니다. 이동식 장비의 경우, 봄 유형 안전 밸브를 채택해야 합니다.

⑧ 매체가 두껍고 막히기 쉬운 경우 안전 밸브와 파열 디스크의 직렬 결합 릴리프 장치를 선택해야 합니다.

안전 밸브의 설치 위치 및 요구 사항

1. 설치 위치

안전 밸브는 수직으로 위로 설치해야 합니다.

설치 위치는 보호 장비 또는 파이프라인에 최대한 가깝게 설치해야 합니다.

안전밸브는 유지보수 및 조정이 쉬운 위치에 설치해야 하며, 주변에 충분한 공간이 있어야 합니다.

압력 용기의 안전 밸브는 용기의 액체 레벨 위 기체 상 공간 또는 파이프 라인에 설치해야 하며, 연결 지점은 압력 용기의 기체 상 공간에 위치해야 합니다.

가연성, 독성 또는 점성이 있는 매체가 들어 있는 용기 및 장비의 경우 안전밸브 앞에 스톱밸브를 설치할 수 있습니다. 단, 스톱 밸브의 유량 면적은 안전 밸브의 최소 유량 면적 이상이어야 하며, 스톱 밸브가 완전히 개방되어 정상적으로 열릴 수 있도록 리드 씰을 설치해야 합니다.

밸브의 자체 중력의 영향을 줄이고 응력 피로 및 방전 진동 피로를 방지하기 위해 안전 밸브는 스톱 밸브와 반대로 설치해야 합니다.

안전밸브가 물질에 의해 막히거나 부식될 수 있는 경우, 안전밸브 입구 앞에 파열 디스크를 설치하고, 안전밸브와 파열 디스크 사이에 점검 밸브를 설치하며, 입구 배관에 백 퍼지, 열 추적 또는 단열 등의 막힘 방지 조치를 취해야 합니다.

배관에 설치된 안전 밸브는 유체 압력이 비교적 안정적이고 변동원으로부터 일정 거리 떨어진 위치에 설치해야 합니다. 수평 파이프 라인의 데드 코너에 설치해서는 안 됩니다.

액체 매체가 있는 파이프라인, 열교환기 또는 압력 용기의 경우 밸브가 닫히면 열팽창으로 인해 고압이 발생할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 안전 밸브를 수평으로 설치하여 액체를 직접 아래로 배출할 수 있습니다.

공기 비상 방전의 경우 정전기 방전을 방지하기 위해 파이프 오리피스는 평평하고 날카롭지 않아야 하며 버가 없어야 합니다.

안전 밸브의 설치 지점은 과도한 역압을 받지 않아야 하며 지정된 허용 범위 내에 있어야 합니다. 안전 밸브의 밸브 본체는 안정적으로 지지되어야 합니다.

매우 위험하거나 인화성 및 폭발성 매체가 담긴 용기의 경우 안전 밸브의 배출구를 안전한 장소로 연결하고 적절하게 취급해야 합니다.

두 개 이상의 안전 밸브가 배출 배관을 공유하는 경우, 배출 배관의 단면적은 모든 안전 밸브의 배출구 단면적의 합보다 작아야 합니다. 단, 산소 또는 가연성 가스 및 서로 화학 반응을 일으킬 수 있는 다른 두 가스는 배출 배관을 공유할 수 없습니다.

2. 설치 요구 사항

부식성 매체의 경우 안전 밸브는 파열 디스크와 함께 설치해야 합니다.

독성이 강한 매체의 경우 밀폐성이 좋은 안전 밸브를 선택해야 합니다.

고온 매체의 경우 고온이 스프링에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 스프링이 장착된 안전 밸브는 피해야 합니다.

중요한 안전 밸브나 화재에 취약한 밸브의 경우 분무 보호 시스템을 설치해야 합니다.

구형 탱크용 안전 밸브의 경우 이중 안전 밸브를 설치해야 하며, 하나의 안전 밸브의 압력 릴리프 용량은 구형 탱크의 안전 압력 릴리프 요구 사항을 충족하기에 충분해야 합니다.

안전 밸브에는 정전기 점퍼가 장착되어 있어야 합니다.

안전밸브가 반복적으로 열리고 닫히면서 플러터가 발생하고 밸브가 손상되는 것을 방지하려면 안전밸브의 유입 배관의 압력 강하를 줄여야 합니다. 이는 입구 파이프 직경을 늘리고 입구 파이프 섹션을 줄임으로써 달성할 수 있습니다.