안전밸브와 파열판

정의

안전밸브와 파열판은 설비 내부 압력이 설계 한도를 넘으면 유체를 분출시켜 압력을 낮추는 압력방출장치다.

안전밸브는 설정압력에서 열리고 압력이 내려가면 다시 닫히는 재밀폐형이다.

파열판은 설정파열압력에서 판이 파열되어, 한 번 작동하면 교체해야 하는 장치다.

안전밸브의 작동 원리

안전밸브는 힘의 평형으로 열린다. 입구 압력의 힘이 스프링 설정력을 넘으면 디스크가 열린다.

열리면 면적이 넓어져 힘이 더 커지므로 빠르게 완전 개방된다. 이를 팝 액션이라 한다.

분출압력과 분출정지압력의 차이가 분출차다. 분출차가 너무 작으면 잦은 개폐가 생긴다.

분출차가 너무 크면 압력이 과하게 떨어져 복원이 늦어진다.

두 장치의 비교

두 장치의 차이는 복원 여부다. 안전밸브는 압력이 내려가면 다시 닫히고, 파열판은 한 번 파열하면 교체해야 한다.

파열판은 누설이 없고 응답이 빠르다. 부식성이나 고점도 유체처럼 안전밸브 시트가 손상되기 쉬운 계통에 적합하다.

파열판은 응력이 재료 강도를 넘으면 파열된다. 돔형은 볼록한 방향으로, 역돔형은 반전 후 칼날이나 전단력으로 파열된다.

형식 구분

안전밸브는 양정 크기와 유로면적에 따라 양정식과 전량식으로 나뉜다.

양정식은 양정이 시트지름 대비 100분의 2.5 이상 100분의 25 미만이다. 시트유로면적은 목부면적의 1.05배 미만이다.

전량식은 디스크가 열렸을 때 목부면적보다 상당히 큰 시트유로면적을 형성한다.

파열판은 돔형, 역돔형, 평면형으로 나뉜다. 돔형은 압력 방향으로 볼록하고 역돔형은 반전된 뒤 파열된다.

시험에 자주 나오므로 양정식 판정 수치는 답안에 수치로 함께 적는다.

정답은 1.05배다. 양정식은 목부면적의 1.05배 미만 유로면적으로 판정한다.

분출차 계산 예제

이제 숫자로 확인한다. 설정압력 1.00MPa, 분출정지압력 0.96MPa인 안전밸브를 보자.

분출차는 분출압력에서 분출정지압력을 뺀 값이다. 이 예제에서는 0.04MPa가 된다.

분출차를 백분율로 나타내려면 분출압력으로 나누고 100을 곱한다.

정답은 4%다. 분출차 0.04MPa를 분출압력 1.00MPa로 나눈 값이다.

파열판의 파열압력 허용차는 설정온도 기준으로 관리한다. 실제 값은 제조사 시험 성적서로 확인한다.

정리와 시험 포인트

마지막으로 정리한다. 안전밸브는 설정압력에서 열리고 복원되는 재밀폐형이다.

파열판은 설정파열압력에서 파열되어 한 번 작동하면 교체해야 한다.

답안에는 설정압력, 분출정지압력, 파열압력 허용차를 정확한 정의와 함께 쓴다.

양정식과 전량식은 목부면적 기준으로 구분하고, 판정 수치는 답안에 수치로 제시한다.