안전밸브 설치대상, 검사, 요구사항 (feat. 종류와 형식표시)

 

오늘은 안전밸브에 대해 확인해보도록 하자. 안전밸브는 통상 압력용기에 부착되는 안전장치로 현장에서 매우 중요하게 다뤄지고 있다. 이 안전밸브에 대해서 기본적으로 알아야 할 지식에 대해서만 공부해 보자.

 

1. 안전밸브란?

설비나 시스템을 보호하기 위해 일정 압력을 초과할 경우 빠르게 압력을 외부로 방출하는 안전장치이다.

『방호장치 안전인증 고시』에 명시된 정의는 다음과 같다.

“밸브 입구 쪽의 압력이 설정압력에 도달하면 자동적으로 빠르게 작동하여 유체가 분출되고 일정압력 이하가 되면 정상상태로 복원되는 방호장치”

이렇듯 열폭주 등 급격한 압력 상승으로 인해 파괴되어 중대산업재해가 발생하는 것을 예방하기 위해 일정 수준의 압력을 초과할 경우 빠르게 압력을 방출함으로써 압력용기, 펌프, 컴프레서를 포함한 기계와 배관시스템을 보호하는 안전장치라고 볼 수 있다.

 

2. 안전밸브의 역사

< 파팽이 고안한 안전밸브 >

 

안전밸브는 프랑스의 과학자 Dennis Papin(파팽)가 1690년대에 개념을 정립한 것으로 알려져 있다. 증기 압력을 방출하여 폭발을 방지하는 장치를 설계했으며 이것이 초기 증기기관에 사용되었다. 그 형태는 매우 간단한데, 일정 압력을 초과하면 무게추를 움직여 증기를 방출하는 방식이었다. 현재는 압력밥솥에서 많이 사용하는 방식이다.

19세기 산업혁명을 겪으며 선박과 증기기관차에 설치된 보일러가 폭발하는 사고가 빈번하게 일어났다. 당시 압력용기는 설계, 제작, 재료 등 규정된 것들이 없었고 당연히 안전밸브와 같은 안전장치도 없었다. 이를 예방하기 위해 ASME 코드를 통해 보일러와 압력용기를 포함해 안전밸브에 대한 요구사항도 추가되었다.

안전밸브는 인류의 끊임없는 개발과 도전, 실패를 거울삼아 발전해 왔으며 현재에 이르렀다고 볼 수 있다.

 

3. 안전밸브의 종류

< 안전밸브 구조 / 출처 : 스파이렉스사코 Steam People Vol.135 >

 

안전밸브를 지칭하는 많은 용어가 있으나 그 시초가 되는 ASME에 따라서 정리해 보도록 하자.

구분	Safety Valve	Relief Valve	Safety Relief Valve
정의	입구측 정압에 의해 급속개방하여 설비를 보호하는 밸브	입구측 정압에 의해 점진적 개방하여 설비를 보호하는 밸브	적용 공정에 따라 액체와 기체에 모두 적용 가능한 전천후 밸브
취급유체	공기, 질소와 같은 압축성 유체	물과 같은 액체류 비압축성 유체	압축성 + 비압축성 유체
작동방식	급속 개방 (Pop)	점진적 개방	급속 개방 + 점진적 개방
적용	개회로/ 외부 방출, Flare stack 등 제3의 시스템으로 이송	폐회로/ 초과한 압력만큼 by-pass	개회로 + 폐회로
비고	안전인증 대상	안전인증 대상 아님	안전인증 대상

 

Safety Valve는 압축성 유체가 설정압력을 초과할 경우 급속 개방되어 압력을 제거해 주는 것이고 Relief Valve는 비압축성 유체가 설정압력을 초과할 경우 초과된 압력에 비례하여 밸브가 열려 압력을 제거해 주며 Safety Relief Valve는 Safety valve와 Relief valve의 특성을 모두 갖추고 있는 밸브이다.

 

4. 산업안전보건기준에 관한 규칙

흔히 안전밸브라고 하면 Safety valve와 Relief valve를 혼용해서 사용한다. 산업안전보건기준에 관한 규칙에 사용되는 안전밸브라는 용어도 이 두 가지 의미를 모두 혼합해서 사용하고 있다고 봐야 한다.

1) 제261조(안전밸브 등의 설치)

다음의 어느 하나에 해당하는 설비에 안전밸브나 파열판을 설치해야 한다. 다만, 안전밸브등에 상응하는 방호장치를 설치한 경우에는 그러하지 아니하다.

안전밸브 설치 대상	비고
압력용기	안지름 150mm 이하 제외, 관형 열교환기의 경우 내 관의 파열로 최고사용압력 초과우려만 대상
정변위 압축기	다단형 또는 직렬 접속의 경우 각 단마다 설치
정변위 펌프	토출측 차단밸브 설치된 것만
배관	2개 이상의 밸브에 의해 차단되어 열팽창 파열 우려 대상
그 밖의 화학설비 및 부속설비	최고사용압력 초과 우려 대상

 

다음의 검사주기마다 국가교정기관에서 교정을 받은 압력계를 이용하여 설정압력에서 안전밸브가 적정하게 작동하는지를 검사한 후 납으로 봉인하여 사용하여야 한다. (단, 안전밸브 자체에 부착된 레버 또는 고리를 통하여 수시로 안전밸브가 적정하게 작동하는지를 확인할 수 있는 경우에는 검사하지 아니할 수 있고 납으로 봉인하지 않아도 됨)

- 화학공정 유체와 안전밸브의 디스크 또는 시트가 직접 접촉될 수 있도록 설치된 경우: 2년마다 1회 이상

- 안전밸브 전단에 파열판이 설치된 경우: 3년마다 1회 이상

- 영 제43조에 따른 공정안전보고서 제출 대상으로서 고용노동부장관이 실시하는 공정안전보고서 이행상태 평가결과가 우수한 사업장의 안전밸브의 경우: 4년마다 1회 이상

* 제3항 각 호에 따른 검사주기에도 불구하고 안전밸브가 설치된 압력용기에 대하여 「고압가스 안전관리법」 제17조제2항에 따라 시장ㆍ군수 또는 구청장의 재검사를 받는 경우로서 압력용기의 재검사주기에 대하여 같은 법 시행규칙 별표22 제2호에 따라 산업통상자원부장관이 정하여 고시하는 기법에 따라 산정하여 그 적합성을 인정받은 경우에는 해당 안전밸브의 검사주기는 그 압력용기의 재검사주기에 따른다. 

 

밑줄 친 부분은 2024년에 개정된 사항이므로 잘 알아두도록 하자.

안전밸브는 일반적으로 시트와 디스크가 붙어있고 유체와 직접 접촉하고 있어서 최소 매 2년마다 방출검사를 실시해야 한다. (개정 전에는 매 1년마다)

안전밸브와 파열판을 직렬로 설치한 경우는 최소 매 3년마다 검사를 실시해야 하고 이 경우 안전밸브와 파열판 사이에는 압력을 감지할 수 있는 센서와 경보장치를 설치해야 한다.

 

2) 제264조(안전밸브 등의 작동요건)

안전밸브 개수	작동요건 (설정압력)
1개	최고사용압력 이하
2개 이상	1개 : 최고사용압력 이하 나머지 : 최고사용압력의 1.05배 이하 (외부화재를 대비한 경우 1.1배 이하)

 

압력용기나 보호하려는 설비의 Maximum Allowable Working Pressure(최고사용압력)를 기준으로 설정압력을 정해야 한다. 단, 외부에 Fixed Fire Fighting 설비가 충분한 경우에는 설정압력을 최고사용압력의 1.1배까지 상향할 수 있다.

 

3) 제265조(안전밸브 등의 배출용량)

안전밸브의 배출용량을 선정할 때는 모든 작동원인에 따라 각각 소요분출량을 계산하여 가장 큰 수치를 해당 안전밸브의 배출용량으로 정해야 한다.

즉, 모든 상황을 가정하여 가장 큰 분출량 이상의 배출용량을 가진 안전밸브를 선정해야 한다는 것이다.

 

4) 제266조(차단밸브의 설치 금지)

안전밸브의 전단과 후단에는 차단밸브를 설치해선 안된다. 다만, 다음의 경우에는 자물쇠형이나 이에 준하는 차단밸브를 설치할 수 있다.

차단밸브 설치 가능한 경우	비고
인접한 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브가 설치되어 있고 해당 화학설비 및 부속설비의 연결배관에 차단밸브가 없는 경우
안전밸브 배출용량의 1/2 이상에 해당하는 용량의 자동압력조절밸브와 안전밸브가 병렬로 연결된 경우
안전밸브가 복수방식으로 설치되어 있는 경우	병렬 설치
예비용 설비를 설치하고 각각의 설비에 안전밸브가 설치되어 있는 경우	Redundancy
열팽창에 의하여 상승된 압력을 낮추기 위한 목적으로 안전밸브가 설치된 경우
하나의 Flare stack에 둘 이상의 단위공정의 flare header를 연결하여 사용하는 경우로 플레어헤더에 설치된 차단밸브의 열림, 닫힘 상태를 중앙제어실에서 알 수 있도록 조치한 경우

 

5) 제267조(배출물질의 처리)

안전밸브나 파열판에서 배출되는 위험물은 연소, 흡수, 세정, 포집 또는 회수 등의 방법으로 처리해야 한다. 단, 다음의 경우 위험물을 안전한 장소로 유도하여 외부로 직접 배출할 수 있다.

외부배출이 가능한 경우

배출물질을 연소, 흡수, 세정, 포집 또는 회수 등의 방법으로 처리할 때 파열판의 기능을 저해할 우려가 있는 경우

배출물질을 연소처리할 때 유해성 가스를 발생시킬 수 있는 경우

고압상태의 위험물이 대량으로 배출되어 연소, 흡수, 세정, 포집 또는 회수 등의 방법으로 처리할 수 없는 경우

공정설비가 있는 지역으로부터 떨어져 있는 인화성 가스 또는 인화성 액체 저장탱크에 안전밸브가 설치되어 있고, 탱크에 냉각설비 또는 자동소화설비 등 안전상 조치를 하였을 경우

그 밖에 배출량이 적거나 배출 시 급격히 분산되어 재해의 우려가 없으며 안전상의 조치를 하였을 경우

 

안전조치가 되어 있거나 더 큰 사고의 우려가 있는 경우에는 배출물질을 대기 중으로 방출해도 무방하다. 단, 환경법에 따라서 제한이 되는 경우가 있으므로 본 조항만으로 안전밸브로부터 나오는 물질을 대기로 방출해도 된다고 판단해선 안된다.

 

5. 안전밸브의 형식표시

< 안전밸브의 형식표시 >

 

1) 안전밸브 요구성능

요구성능 기호	요구성능	용도
S	증기의 분출압력을 요구	증기 (Steam)
G	가스의 분출압력을 요구	가스 (Gas)

 

2) 유량제한기구의 구분

형식기호	유량제한기구
L	양정식 (Lift)
F	전량식 (Full bore)

 

3) 호칭지름의 구분

구분	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
범위 (mm)	25 이하	25 ~ 50 이하	50 ~ 80 이하	80 ~ 100 이하	100 초과

 

4) 호칭압력 구분

구분	1	3	5	10	21	22
설정압력 (MPa)	1 이하	1 ~ 3 이하	3 ~ 5 이하	5 ~ 10 이하	10 ~ 21 이하	21 초과

 

5) 구조 구분

구분	의미	내용
B	평형형 (Balanced)	배압(back pressure)의 영향을 최소화하는 구조
C	비평형형 (Conventional)	출구쪽 배압에 의해 직접적인 영향을 받는 구조

 

 

6. 안전인증대상 안전밸브

안전인증 대상인 안전밸브는 보일러 또는 압력용기에 사용하는 압력방출장치로서 스프링에 의해 작동되는 안전밸브이다. 단, 다음에 해당하는 안전밸브는 제외된다.

안전인증 제외 대상 안전밸브	비고
1) 액체의 압력을 개방하는 용도로 사용하는 것	Safety Valve만
2) 설정압력이 0.1Mpa 미만인 것
3) 압력조정에 사용하는 언로더에 속하는 것	압력조절밸브는 제외

 

위 제외대상에 따라 액체 용도로 사용되는 Relief Valve는 안전인증에서 제외되고 Safety Valve와 Safety Relief Valve는 안전인증 대상으로 볼 수 있다.

 

7. 안전밸브 관련 주의사항

1) 용기나 설비의 설계압력이 변경될 경우 반드시 안전밸브의 설정압력이 적합한 지 확인하고 부적합할 경우 적합한 안전밸브로 교체한다.

2) 안전밸브에 유체가 직접 접촉하여 점착되거나 스프링의 경화에 따라 설정압력에서 개방되지 않을 가능성이 있는 경우 적절한 주기로 개방검사를 해야 한다.

3) 부식성 유체를 다루는 경우 안전밸브의 시트와 디스크가 부식될 가능성이 있으므로 안전밸브에 누설이 발생하는지 확인해야 한다.

4) 유체에 이물질이 끼어있는 경우 밸브가 열렸다 닫히는 과정에서 시트와 디스크 사이에 끼일 수 있으므로 확인이 필요하다.

5) 부식성 유체를 다루는 경우 안전밸브는 일체형 노즐로 된 안전밸브를 사용해야 한다. 반면, 잦은 검사나 교체가 필요한 경우 분리형 노즐로 된 안전밸브를 사용한다.