압력 배관 시스템을 설계할 때, 담당 엔지니어는 종종 시스템 배관이 ASME B31 압력 배관 코드의 하나 이상의 조항을 준수해야 한다고 명시합니다. 엔지니어는 배관 시스템을 설계할 때 어떻게 코드 요구 사항을 제대로 준수할까요?
먼저 엔지니어는 어떤 설계 규격을 선택해야 하는지 결정해야 합니다. 압력 배관 시스템의 경우, 반드시 ASME B31에만 국한될 필요는 없습니다. 프로젝트 위치, 적용 분야 등에 따라 ASME, ANSI, NFPA 또는 기타 관련 기관에서 발행한 다른 규격이 적용될 수 있습니다. 현재 ASME B31에는 총 7개의 개별 섹션이 시행되고 있습니다.
ASME B31.1 전기 배관: 이 섹션은 발전소, 산업 및 공공 시설, 지열 난방 시스템, 중앙 및 지역 냉난방 시스템의 배관을 다룹니다. 여기에는 ASME 섹션 I 보일러 설치에 사용되는 보일러 외부 및 비보일러 외부 배관이 포함됩니다. 이 섹션은 ASME 보일러 및 압력 용기 코드의 적용을 받는 장비, 특정 저압 냉난방 분배 배관, 그리고 ASME B31.1 100.1.3항에 설명된 기타 여러 시스템에는 적용되지 않습니다. ASME B31.1의 기원은 1920년대로 거슬러 올라가며, 첫 공식 판은 1935년에 발행되었습니다. 부록을 포함한 첫 번째 판은 30페이지 미만이었지만, 현재 판은 300페이지가 넘습니다.
ASME B31.3 공정 배관: 이 섹션은 정유 공장, 화학 공장, 제약 공장, 섬유 공장, 제지 공장, 반도체 공장, 극저온 공장 및 관련 처리 공장과 터미널의 배관을 다룹니다. 이 섹션은 특히 직선 배관의 최소 벽 두께 계산 시 ASME B31.1과 매우 유사합니다. 이 섹션은 원래 B31.1의 일부였으며 1959년에 처음으로 별도로 발행되었습니다.
ASME B31.4 액체 및 슬러리용 파이프라인 수송 시스템: 이 섹션은 플랜트와 터미널 간, 그리고 터미널 내에서 주로 액체 제품을 수송하는 배관, 펌핑, 조절 및 계량 스테이션에 대한 내용을 다룹니다. 이 섹션은 원래 B31.1의 일부였으며 1959년에 처음으로 별도로 발표되었습니다.
ASME B31.5 냉동 배관 및 열 전달 구성 요소: 이 섹션은 냉매 및 2차 냉각제용 배관을 다룹니다. 이 부분은 원래 B31.1의 일부였으며 1962년에 처음으로 별도로 출시되었습니다.
ASME B31.8 가스 송배관 시스템: 이 항목은 압축기, 조절 및 계량 스테이션을 포함하여 공급원과 터미널 간에 주로 기체 제품을 운송하는 배관과 가스 집하 배관을 다룹니다. 이 항목은 원래 B31.1의 일부였으며 1955년에 처음으로 별도로 발표되었습니다.
ASME B31.9 건축 설비 배관: 이 섹션은 산업, 기관, 상업 및 공공 건물, 그리고 ASME B31.1에서 다루는 크기, 압력 ​​및 온도 범위가 필요하지 않은 다세대 주택에서 일반적으로 사용되는 배관을 다룹니다. 이 섹션은 ASME B31.1 및 B31.3과 유사하지만 (특히 최소 벽 두께 계산 시) 덜 보수적이며 세부 사항이 적습니다. ASME B31.9 900.1.2항에 명시된 바와 같이 저압, 저온 적용 분야에 한정됩니다. 이 섹션은 1982년에 처음 발행되었습니다.
ASME B31.12 수소 배관 및 배관: 이 섹션은 기체 및 액체 수소 서비스의 배관과 기체 수소 서비스의 배관을 다룹니다. 이 섹션은 2008년에 처음 발행되었습니다.
어떤 설계 코드를 사용할지는 궁극적으로 발주자의 결정에 달려 있습니다. ASME B31 서문에는 "제안된 배관 설치와 가장 유사한 코드 섹션을 선택하는 것은 발주자의 책임입니다."라고 명시되어 있습니다. 경우에 따라 "설치의 여러 부분에 여러 코드 섹션이 적용될 수 있습니다."
이후 논의에서는 2012년판 ASME B31.1을 주요 참고 자료로 사용합니다. 이 글의 목적은 설계 엔지니어가 ASME B31을 준수하는 압력 배관 시스템을 설계하는 주요 단계를 안내하는 것입니다. ASME B31.1의 지침을 따르면 일반적인 시스템 설계를 잘 이해할 수 있습니다. ASME B31.3 또는 B31.9를 따르는 경우에도 유사한 설계 방법이 사용됩니다. ASME B31.1의 나머지 부분은 주로 특정 시스템이나 응용 분야에 사용되므로 여기서는 더 이상 다루지 않습니다. 설계 과정의 주요 단계를 강조하지만, 이 글은 모든 내용을 다루는 것은 아니므로 시스템 설계 시에는 항상 전체 코드를 참조해야 합니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 텍스트 참조는 ASME B31.1을 가리킵니다.
올바른 코드를 선택한 후 시스템 설계자는 시스템별 설계 요구 사항도 검토해야 합니다. 122항(6부)은 증기, 급수, 블로우다운 및 블로우다운, 계측 배관, 압력 방출 시스템과 같이 전기 배관 응용 분야에서 흔히 볼 수 있는 시스템과 관련된 설계 요구 사항을 제공합니다. ASME B31.3은 ASME B31.1과 유사한 항을 포함하지만 세부 사항은 더 적습니다. 122항의 고려 사항에는 시스템별 압력 및 온도 요구 사항뿐만 아니라 보일러 자체, 보일러 외부 배관, ASME 1부 보일러 배관에 연결된 비보일러 외부 배관 간에 구분된 다양한 관할권 제한 사항이 포함됩니다. 그림 2는 드럼 보일러의 이러한 제한 사항을 보여줍니다.
시스템 설계자는 시스템이 작동할 압력과 온도, 그리고 시스템이 충족하도록 설계되어야 할 조건을 결정해야 합니다.
101.2항에 따르면, 내부 설계 압력은 정수압의 영향을 포함하여 배관 시스템 내 최대 연속 작동 압력(MSOP) 이상이어야 합니다. 외부 압력을 받는 배관은 작동, 정지 또는 시험 조건에서 예상되는 최대 차압을 견딜 수 있도록 설계해야 합니다. 또한 환경적 영향도 고려해야 합니다. 101.4항에 따르면, 유체 냉각으로 인해 배관 내 압력이 대기압 이하로 떨어질 가능성이 있는 경우, 배관은 외부 압력을 견딜 수 있도록 설계하거나 진공을 해소하는 조치를 취해야 합니다. 유체 팽창으로 압력이 증가할 수 있는 상황에서는 배관 시스템이 증가된 압력을 견딜 수 있도록 설계하거나 과압을 해소하는 조치를 취해야 합니다.
섹션 101.3.2부터 배관 설계 시 금속 온도는 예상되는 최대 지속 조건을 나타내야 합니다. 편의상 일반적으로 금속 온도는 유체 온도와 같다고 가정합니다. 필요한 경우 외벽 온도를 알고 있다면 평균 금속 온도를 사용할 수 있습니다. 또한 열교환기 또는 연소 장비를 통해 유입되는 유체의 경우 최악의 온도 조건을 고려해야 하므로 특히 주의를 기울여야 합니다.
설계자는 종종 최대 작동 압력 및/또는 온도에 안전 여유를 추가합니다. 여유의 크기는 적용 분야에 따라 다릅니다. 설계 온도를 결정할 때 재료 제약 조건도 고려하는 것이 중요합니다. 750°F(화씨) 이상의 높은 설계 온도를 지정하는 경우 일반적인 탄소강 대신 합금 재료를 사용해야 할 수 있습니다. 필수 부록 A의 응력 값은 각 재료의 허용 온도에 대해서만 제공됩니다. 예를 들어, 탄소강은 최대 800°F(화씨)까지의 응력 값만 제공할 수 있습니다. 탄소강이 800°F(화씨) 이상의 온도에 장시간 노출되면 파이프가 탄화되어 취성이 증가하고 파손되기 쉬워집니다. 800°F(화씨) 이상에서 작동하는 경우 탄소강과 관련된 가속 크리프 손상도 고려해야 합니다. 재료 온도 제한에 대한 자세한 내용은 124항을 참조하십시오.
때때로 엔지니어는 각 시스템에 대한 시험 압력을 지정할 수도 있습니다. 137항은 응력 시험에 대한 지침을 제공합니다. 일반적으로 수압 시험은 설계 압력의 1.5배로 지정되지만, 압력 시험 중 배관의 원주 방향 및 종방향 응력은 102.3.3(B)항에 명시된 재료의 항복 강도의 90%를 초과해서는 안 됩니다. 일부 비보일러 외부 배관 시스템의 경우, 시스템 일부를 격리하기 어렵거나 시스템 구성상 초기 가동 중에 간단한 누출 시험이 가능하기 때문에 가동 중 누출 시험이 누출 여부를 확인하는 더 실용적인 방법일 수 있습니다. 이는 허용 가능한 방법입니다.
설계 조건이 확정되면 배관 사양을 정할 수 있습니다. 가장 먼저 결정해야 할 것은 사용할 재료입니다. 앞서 언급했듯이 재료마다 온도 제한이 다릅니다. 105항에서는 다양한 배관 재료에 대한 추가적인 제한 사항을 제시합니다. 재료 선택은 시스템 유체에 따라서도 달라집니다. 예를 들어 부식성 화학 물질 배관에는 니켈 합금을, 깨끗한 계측용 공기를 공급하는 데에는 스테인리스강을, 유동 가속 부식(FAC)을 방지하는 데에는 크롬 함량이 높은(0.1% 이상) 탄소강을 사용할 수 있습니다. 유동 가속 부식(FAC)은 침식/부식 현상으로, 가장 중요한 배관 시스템에서 심각한 벽 두께 감소와 배관 파손을 유발하는 것으로 나타났습니다. 배관 부품의 벽 두께 감소를 제대로 고려하지 않으면 심각한 결과를 초래할 수 있으며, 2007년 KCP&L의 IATAN 발전소에서 과열 냉각수 배관이 파열되어 작업자 2명이 사망하고 1명이 중상을 입은 사고가 그 예입니다.
104.1.1항의 식 7과 식 9는 내부 압력을 받는 직선 배관에 대해 각각 최소 요구 벽 두께와 최대 내부 설계 압력을 정의합니다. 이 식에 포함된 변수에는 최대 허용 응력(필수 부록 A 참조), 배관의 외경, 재료 계수(표 104.1.2(A) 참조), 그리고 추가 두께 허용치(아래 설명 참조)가 있습니다. 이처럼 많은 변수가 관련되어 있기 때문에 적절한 배관 재질, 공칭 직경, 벽 두께를 지정하는 것은 유체 속도, 압력 강하, 배관 및 펌핑 비용 등을 고려해야 하는 반복적인 과정이 될 수 있습니다. 적용 분야에 관계없이 필요한 최소 벽 두께는 반드시 검증해야 합니다.
FAC(Full Acceleration Control)를 포함한 다양한 이유로 추가 두께 여유를 둘 수 있습니다. 기계적 접합부를 만들기 위해 나사산, 슬롯 등을 제거하는 데 필요한 재료로 인해 여유가 필요할 수 있습니다. 102.4.2항에 따르면 최소 여유는 나사산 깊이에 가공 공차를 더한 값과 같아야 합니다. 또한 102.4.4항에 설명된 바와 같이 중첩 하중 또는 기타 원인으로 인한 파이프 손상, 붕괴, 과도한 처짐 또는 좌굴을 방지하기 위해 추가적인 강도를 확보하기 위한 여유가 필요할 수 있습니다. 용접 접합부(102.4.3항) 및 엘보(102.4.5항)를 고려하여 여유를 추가할 수도 있습니다. 마지막으로 부식 및/또는 침식을 보상하기 위한 공차를 추가할 수 있습니다. 이 여유 두께는 설계자의 재량에 따라 결정되며 102.4.1항에 따라 배관의 예상 수명과 일치해야 합니다.
선택적 부록 IV는 부식 방지에 대한 지침을 제공합니다. 보호 코팅, 음극 보호 및 전기적 절연(예: 절연 플랜지)은 모두 매설 또는 수중 파이프라인의 외부 부식을 방지하는 방법입니다. 부식 억제제 또는 라이너는 내부 부식을 방지하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 적절한 순도의 수압 시험수를 사용하고, 필요한 경우 수압 시험 후 배관을 완전히 배수해야 합니다.
이전 계산에 필요한 최소 파이프 벽 두께 또는 스케줄은 파이프 직경 전체에 걸쳐 일정하지 않을 수 있으며, 직경별로 다른 스케줄 사양이 필요할 수 있습니다. 적절한 스케줄 및 벽 두께 값은 ASME B36.10 용접 및 이음매 없는 단조 강관에 정의되어 있습니다.
앞서 설명한 배관 재질 지정 및 계산 수행 시, 계산에 사용된 최대 허용 응력 값이 지정된 재질과 일치하는지 확인하는 것이 중요합니다. 예를 들어, A312 304 스테인리스강 파이프 대신 A312 304L 스테인리스강 파이프를 잘못 지정하면 두 재질의 최대 허용 응력 값 차이가 커서 벽 두께가 부족해질 수 있습니다. 마찬가지로, 파이프 제조 방법도 적절하게 지정해야 합니다. 예를 들어, 계산에 이음매 없는 파이프의 최대 허용 응력 값을 사용하는 경우 이음매 없는 파이프를 지정해야 합니다. 그렇지 않으면 제조업체/시공업체에서 용접 이음매 있는 파이프를 제공할 수 있으며, 이 경우 최대 허용 응력 값이 낮아 벽 두께가 부족해질 수 있습니다.
예를 들어, 파이프라인의 설계 온도가 300°F이고 설계 압력이 1,200 psig라고 가정해 보겠습니다. 파이프 크기는 2인치와 3인치입니다. 탄소강(A53 등급 B 이음매 없는) 와이어를 사용합니다. ASME B31.1 방정식 9의 요구 사항을 충족하기 위해 적절한 배관 계획을 결정하십시오. 먼저 설계 조건을 설명합니다.
다음으로, 표 A-1에서 위의 설계 온도에 대한 A53 등급 B의 최대 허용 응력 값을 결정하십시오. 이음매 없는 파이프가 지정되었으므로 이음매 없는 파이프의 값을 사용합니다.
두께 여유분도 추가해야 합니다. 이 적용 사례에서는 1/16인치의 부식 여유분을 가정합니다. 별도의 밀링 공차는 나중에 추가됩니다.
3인치. 파이프 사양을 먼저 명시하겠습니다. 스케줄 40 파이프와 12.5%의 가공 공차를 가정하여 최대 압력을 계산하십시오.
위에서 명시된 설계 조건에서 3인치 튜브에는 스케줄 40 파이프가 적합합니다. 다음으로 2인치를 확인해 보겠습니다. 이 파이프라인도 동일한 가정을 사용합니다.
2인치. 위에 명시된 설계 조건에 따라 배관은 Schedule 40보다 두꺼운 벽 두께가 필요합니다. 2인치를 사용해 보십시오. Schedule 80 파이프:
배관 벽 두께는 압력 설계에서 제한 요소가 되는 경우가 많지만, 사용되는 부속품, 부품 및 연결부가 지정된 설계 조건에 적합한지 확인하는 것도 여전히 중요합니다.
일반적으로, 104.2항, 104.7.1항, 106항 및 107항에 따라, 표 126.1에 나열된 표준에 따라 제조된 모든 밸브, 피팅 및 기타 압력 저장 부품은 정상 작동 조건 또는 ASME B31.1에 명시된 표준 압력-온도 등급 이하의 조건에서 사용하기에 적합한 것으로 간주됩니다. 사용자는 특정 표준 또는 제조업체가 ASME B31.1에 명시된 것보다 정상 작동 조건에서 벗어나는 것에 대해 더 엄격한 제한을 부과할 수 있는 경우, 더 엄격한 제한이 적용됨을 유의해야 합니다.
배관 교차점, 티, 횡방향 연결부, 크로스 연결부, 분기 용접 이음매 등에는 표 126.1에 나열된 표준에 따라 제작된 것을 사용하는 것이 좋습니다. 경우에 따라 배관 교차점에는 특수한 분기 연결부가 필요할 수 있습니다. 104.3.1항에서는 압력을 견딜 수 있는 충분한 배관 재질을 확보하기 위한 분기 연결부에 대한 추가 요구 사항을 제시합니다.
설계를 단순화하기 위해 설계자는 ASME B16.5 파이프 플랜지 및 플랜지 조인트 또는 표 126.1에 나열된 유사 표준에 명시된 특정 재료의 압력-온도 등급에 따라 정의된 특정 압력 등급(예: ASME 클래스 150, 300 등)의 플랜지 정격을 충족하도록 설계 조건을 더 높게 설정할 수 있습니다. 이는 벽 두께 또는 기타 구성 요소 설계의 불필요한 증가를 초래하지 않는 한 허용됩니다.
배관 설계에서 중요한 부분은 압력, 온도 및 외부 힘이 가해진 후에도 배관 시스템의 구조적 무결성이 유지되도록 하는 것입니다. 시스템 구조적 무결성은 설계 과정에서 종종 간과되며, 제대로 고려되지 않을 경우 설계 비용에서 가장 큰 부분을 차지하게 됩니다. 구조적 무결성은 주로 104.8항: 배관 구성 요소 분석과 119항: 확장 및 유연성에서 다룹니다.
104.8항에서는 배관 시스템이 규정상 허용 응력을 초과하는지 여부를 판단하는 데 사용되는 기본 코드 공식을 나열합니다. 이러한 코드 방정식은 일반적으로 연속 하중, 간헐 하중 및 변위 하중으로 불립니다. 지속 하중은 배관 시스템에 작용하는 압력과 무게의 영향을 나타냅니다. 간헐 하중은 연속 하중에 풍하중, 지진 하중, 지형 하중 및 기타 단기 하중이 추가된 것입니다. 적용되는 각 간헐 하중은 다른 간헐 하중에 동시에 작용하지 않는다고 가정하므로, 해석 시 각 간헐 하중은 별개의 하중 사례로 간주됩니다. 변위 하중은 열팽창, 작동 중 장비 변위 또는 기타 모든 변위 하중의 영향을 나타냅니다.
119항에서는 배관 시스템의 파이프 팽창 및 유연성을 처리하는 방법과 반력 하중을 결정하는 방법에 대해 설명합니다. 배관 시스템의 유연성은 장비 연결부에서 가장 중요한 경우가 많은데, 대부분의 장비 연결부는 연결 지점에 가해지는 최소한의 힘과 모멘트만 견딜 수 있기 때문입니다. 대부분의 경우 배관 시스템의 열팽창이 반력 하중에 가장 큰 영향을 미치므로 시스템의 열팽창을 적절히 제어하는 ​​것이 중요합니다.
배관 시스템의 유연성을 확보하고 시스템을 적절하게 지지하기 위해 표 121.5에 따라 강관을 지지하는 것이 좋습니다. 설계자가 이 표의 표준 지지 간격을 준수하면 자중 처짐을 최소화하고, 지속 하중을 줄이며, 변위 하중에 대한 허용 응력을 증가시키는 세 가지 이점을 얻을 수 있습니다. 설계자가 표 121.5에 따라 지지대를 배치하면 일반적으로 튜브 지지대 사이의 자중 처짐 또는 변위가 1/8인치 미만이 됩니다. 자중 처짐을 최소화하면 증기나 가스를 운반하는 배관에서 결로 발생 가능성을 줄일 수 있습니다. 표 121.5의 간격 권장 사항을 따르면 배관의 지속 응력을 규정의 연속 허용값의 약 50%까지 줄일 수 있습니다. 식 1B에 따르면 변위 하중에 대한 허용 응력은 지속 하중과 반비례합니다. 따라서 지속 하중을 최소화하면 변위 응력이 감소합니다. 허용 오차를 최대화할 수 있습니다. 파이프 지지대의 권장 간격은 그림 3에 나와 있습니다.
배관 시스템의 반력 하중을 적절히 고려하고 규정된 응력을 충족시키기 위해 일반적으로 컴퓨터 지원 배관 응력 해석을 수행합니다. 벤틀리 오토파이프(Bentley AutoPIPE), 인터그래프 시저 II(Intergraph Caesar II), 파이핑 솔루션즈 트라이플렉스(Piping Solutions Tri-Flex) 또는 기타 시판되는 소프트웨어 패키지 등 다양한 배관 응력 해석 소프트웨어가 있습니다. 컴퓨터 지원 배관 응력 해석의 장점은 설계자가 배관 시스템의 유한 요소 모델을 생성하여 쉽게 검증하고 필요한 경우 구성을 변경할 수 있다는 것입니다. 그림 4는 배관 단면의 모델링 및 분석 예를 보여줍니다.
새로운 시스템을 설계할 때 시스템 설계자는 일반적으로 사용되는 규정에 따라 모든 배관 및 구성 요소가 제작, 용접, 조립되어야 한다고 명시합니다. 그러나 일부 개조 또는 기타 적용 분야에서는 지정된 엔지니어가 5장에서 설명하는 특정 제조 기술에 대한 지침을 제공하는 것이 유익할 수 있습니다.
개조 공사에서 흔히 발생하는 문제 중 하나는 용접 예열(131항)과 용접 후 열처리(132항)입니다. 이러한 열처리는 응력 완화, 균열 방지, 용접 강도 향상 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 용접 전 및 용접 후 열처리 요건에 영향을 미치는 요소에는 P 번호 그룹, 재료의 화학적 조성, 용접될 접합부의 재료 두께 등이 있습니다. 필수 부록 A에 나열된 각 재료에는 P 번호가 지정되어 있습니다. 예열의 경우, 131항에서는 용접 전에 모재를 가열해야 하는 최소 온도를 규정하고 있습니다. 용접 후 열처리의 경우, 표 132에서는 용접 부위의 유지 온도 범위와 유지 시간을 제시합니다. 가열 및 냉각 속도, 온도 측정 방법, 가열 기술 및 기타 절차는 규정에 명시된 지침을 엄격히 준수해야 합니다. 적절한 열처리를 하지 않으면 용접 부위에 예상치 못한 부작용이 발생할 수 있습니다.
가압 배관 시스템에서 또 다른 잠재적인 문제점은 배관 굴곡부입니다. 배관을 구부리면 벽 두께가 얇아져 벽 두께가 부족해질 수 있습니다. 규정 102.4.5항에 따르면, 최소 벽 두께가 직선 배관의 최소 벽 두께 계산 공식과 동일한 공식을 만족하는 한 굴곡부가 허용됩니다. 일반적으로 벽 두께를 고려하여 여유분이 추가됩니다. 표 102.4.5는 다양한 굴곡 반경에 대한 권장 굴곡 감소 여유분을 제공합니다. 굴곡부에는 굴곡 전 및/또는 굴곡 후 열처리가 필요할 수도 있습니다. 규정 129항은 엘보우 제조에 대한 지침을 제공합니다.
많은 압력 배관 시스템에서는 시스템 내 과압을 방지하기 위해 안전 밸브 또는 릴리프 밸브를 설치해야 합니다. 이러한 용도에 있어서, 선택 사항인 부록 II: 안전 밸브 설치 설계 규칙은 매우 유용하지만 때로는 잘 알려지지 않은 자료입니다.
II-1.2항에 따라 안전 밸브는 가스 또는 증기 서비스용으로 완전히 열리는 팝업 동작을 특징으로 하는 반면, 안전 밸브는 상류 정압에 따라 열리며 주로 액체 서비스에 사용됩니다.
안전 밸브 장치는 개방형 배출 시스템인지 폐쇄형 배출 시스템인지에 따라 구분됩니다. 개방형 배출 시스템에서는 안전 밸브 출구의 엘보우를 통해 배기가스가 일반적으로 배기 파이프를 거쳐 대기로 배출됩니다. 일반적으로 이로 인해 배압이 감소합니다. 배기 파이프에 충분한 배압이 발생하면 배기가스의 일부가 배기 파이프 입구에서 역류할 수 있습니다. 배기 파이프의 크기는 역류를 방지할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 폐쇄형 배출 시스템에서는 배출 라인의 공기 압축으로 인해 릴리프 밸브 출구에 압력이 축적되어 압력파가 전파될 수 있습니다. II-2.2.2항에서는 폐쇄형 배출 라인의 설계 압력이 정상 작동 압력의 최소 두 배 이상이어야 한다고 권장합니다. 그림 5와 6은 각각 안전 밸브가 열린 상태와 닫힌 상태로 설치된 모습을 보여줍니다.
안전 밸브 설치 시 다양한 힘이 작용할 수 있으며, 이러한 힘에는 II-2항에 요약되어 있습니다. 이러한 힘에는 열팽창 효과, 여러 개의 안전 밸브가 동시에 작동할 때 발생하는 상호 작용, 지진 및/또는 진동 효과, 그리고 압력 방출 시 발생하는 압력 효과가 포함됩니다. 안전 밸브 출구까지의 설계 압력은 하류 배관의 설계 압력과 일치해야 하지만, 배출 시스템의 설계 압력은 배출 시스템의 구성과 안전 밸브의 특성에 따라 달라집니다. II-2.2항에는 개방형 및 폐쇄형 배출 시스템에 대해 배출 엘보, 배출 배관 입구 및 배출 배관 출구에서의 압력과 유속을 결정하는 공식이 제공됩니다. 이 정보를 이용하여 배기 시스템의 여러 지점에서 발생하는 반력을 계산하고 고려할 수 있습니다.
개방형 배출 적용에 대한 예제 문제는 II-7 단락에 제공됩니다. 안전 밸브 배출 시스템의 유량 특성을 계산하는 다른 방법도 있으며, 독자는 사용하는 방법이 충분히 보수적인지 확인해야 합니다. 그러한 방법 중 하나는 GS Liao가 ASME에서 발행하는 Journal of Electrical Engineering(1975년 10월)에 게재된 "발전소 안전 및 압력 안전 밸브 배기 그룹 분석"에 설명되어 있습니다.
안전 밸브의 위치는 모든 굽힘으로부터 직선 배관의 최소 거리를 유지해야 합니다. 이 최소 거리는 단락 II-5.2.1에 정의된 시스템의 서비스 및 형상에 따라 달라집니다. 여러 개의 릴리프 밸브가 있는 설치의 경우, 밸브 분기 연결에 권장되는 간격은 표 D-1의 주석(10)(c)에 표시된 것처럼 분기 및 서비스 배관의 반경에 따라 달라집니다. 단락 II-5.7.1에 따라 열팽창 및 지진 상호 작용의 영향을 최소화하기 위해 릴리프 밸브 배출구에 있는 배관 지지대를 인접 구조물이 아닌 작동 배관에 연결해야 할 수도 있습니다. 안전 밸브 어셈블리 설계 시 이러한 사항 및 기타 설계 고려 사항에 대한 요약은 단락 II-5에서 확인할 수 있습니다.
물론 이 글에서 ASME B31의 모든 설계 요구사항을 다룰 수는 없습니다. 하지만 압력 배관 시스템 설계에 참여하는 모든 엔지니어는 최소한 이 설계 기준에 대해 잘 알고 있어야 합니다. 위 정보를 통해 독자들이 ASME B31을 더욱 유용하고 쉽게 활용할 수 있기를 바랍니다.
몬테 K. 엥겔케미어는 스탠리 컨설턴트의 프로젝트 리더입니다. 그는 아이오와 엔지니어링 협회, NSPE, ASME 회원이며, B31.1 전기 배관 코드 위원회 및 소위원회 위원으로 활동하고 있습니다. 배관 시스템 배치, 설계, 보강 평가 및 응력 해석 분야에서 12년 이상의 실무 경험을 보유하고 있습니다. 맷 윌키는 스탠리 컨설턴트의 기계 엔지니어입니다. 그는 다양한 공공시설, 지자체, 기관 및 산업체 고객을 위한 배관 시스템 설계 분야에서 6년 이상의 전문 경력을 가지고 있으며, ASME와 아이오와 엔지니어링 협회 회원입니다.
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