스테파노 Stefano   24-04-21 01:09 A0) 열교환기 운전중 Tube Sheet 누설이나 Tube 파열에 의해 고압측유체의 저압측 유입되는 경우, 반응, 증발, Flashing 등 여러 상상을 가정하고저압측 설계압력을 초괴하지 않도록  ASME. API Standard등에서 규정하고 있는 적절한 과압방지를 위한 안전장치를 필요로 합니다. A1) 질문에서 언급하고 있는 10/13 (또는 2/3)Rule은 저압측 설계압력이 고압측 설계압력의 1/1.3 이상으로 설계제작되어 있고또한 저압측 시험압력이 설계압력의 1.3배를 초과하지 않는다면 별도의 안전장치를 고려할 필요가 없다는 내용을 말하는데 API 521 5th ed이후에는 <저압측 압력이 설계압력과 (온도에따른 응력보정이 된)수압시험압력을 초과하지않도록 하는 보호장치를 두라>고 변경되어 설명하고 있습니다. 대신  만일 저압측압력이 이들 압력을 초과한다면 그에 적응할 수 있는 안전장비(PRD)를 두어야 한다고 변경되어 있습니다. 이에 의하면 저압측 열교환기 설계압력에서 동작하는 안전밸브를 두어야 할 것입니다.  질문에서의 저압측 연결배관이 저압측 설계압력으로 연결되어 있고 운전중 주로 열린상태로 운전되고 있어도 저압측 배관을 통하여 고압유체가 증상적으로 흐르지 않을 수 있기 때문에 시간지연시까지 고압상태을 유지할 수 있도록 Flange Rating을 따를 필요가 있다고 봅니다.  따라서 Blocked Outlet 상태로 운전될 수 있는 경우가 있다면 해당 Block Valve와 함께 저압측 설계온도와 압력을 고려한 Flange Rating이 필요하게 됩니다.  (질문의 경우 #300) **참고: https://www.youtube.com/watch?v=RTK21fip0Lg A0) 열교환기 운전중 Tube Sheet 누설이나 Tube 파열에 의해 고압측유체의 저압측 유입되는 경우, 반응, 증발, Flashing 등 여러 상상을 가정하고저압측 설계압력을 초괴하지 않도록 ASME. API Standard등에서 규정하고 있는 적절한 과압방지를 위한 안전장치를 필요로 합니다. A1) 질문에서 언급하고 있는 10/13 (또는 2/3)Rule은 저압측 설계압력이 고압측 설계압력의 1/1.3 이상으로 설계제작되어 있고또한 저압측 시험압력이 설계압력의 1.3배를 초과하지 않는다면 별도의 안전장치를 고려할 필요가 없다는 내용을 말하는데 API 521 5th ed이후에는 <저압측 압력이 설계압력과 (온도에따른 응력보정이 된)수압시험압력을 초과하지않도록 하는 보호장치를 두라>고 변경되어 설명하고 있습니다. 대신 만일 저압측압력이 이들 압력을 초과한다면 그에 적응할 수 있는 안전장비(PRD)를 두어야 한다고 변경되어 있습니다. 이에 의하면 저압측 열교환기 설계압력에서 동작하는 안전밸브를 두어야 할 것입니다. 질문에서의 저압측 연결배관이 저압측 설계압력으로 연결되어 있고 운전중 주로 열린상태로 운전되고 있어도 저압측 배관을 통하여 고압유체가 증상적으로 흐르지 않을 수 있기 때문에 시간지연시까지 고압상태을 유지할 수 있도록 Flange Rating을 따를 필요가 있다고 봅니다. 따라서 Blocked Outlet 상태로 운전될 수 있는 경우가 있다면 해당 Block Valve와 함께 저압측 설계온도와 압력을 고려한 Flange Rating이 필요하게 됩니다. (질문의 경우 #300) **참고: https://www.youtube.com/watch?v=RTK21fip0Lg

chan rndcks   24-04-22 13:50 스테파노님 우선 답변 감사드립니다. 위 답변 주신 사항 중 이해가 되지 않는 부분이 있어서 추가 질문 드립니다. -Quote   ~저압측 배관을 통하여 고압유체가 증상적으로 흐르지 않을 수 있기 때문에 시간지연시까지 고압상태을 유지할 수 있도록 Flange Rating을 따를 필요가 있다고 봅니다.  따라서 Blocked Outlet 상태로 운전될 수 있는 경우가 있다면 해당 Block Valve와 함께 저압측 설계온도와 압력을 고려한 Flange Rating이 필요하게 됩니다.  (질문의 경우 #300) -Unquote QQ1. 말씀하신" 정상적으로 흐르지 않을 수 있기 때문에 시간지연시까지 고압상태을 유지할 수 있도록 " 의 의미가 무엇인가요? 혹시 액체로 채워진 저압 측의 운동량을 극복하는데 시간 지연이 있어서 과압을 초래한다? 이런 개념인지요? QQ2. Cooling water line valve를 잠궈놓고 운전하는 case는 없습니다. 만약, 의도치 않게 Cooling water valve가 잠겼고 + 동시에 tube rupture case가 발생한다, 라고 한다면 이것은 double jeopardy 이므로 PSV case로는 고려되지 않습니다. 그렇다면 위와 같은 상황에서도 Cooling water piping rating을 tube side의 design pressure를 따라 300#를 적용해야 하는지요? QQ3. Cooling water line의 rating을 150#로 적용하고자 하는 근거는 API에 적혀있는 문구를 기반으로 합니다. 아래는 API 521 7th edition para 4.4.14.2.1의 발췌 본 입니다. "ensuring that an open flow path can pass the tube rupture flow without exceeding the stipulated pressure, and/or providing pressure relief." 위 문장에 대한 저의 해석은 "Open flow path 가 있다면 tube rupture case에 의한 Overpressure scenario는 고려하지 않을 수 있다"라고 이해되며 여기서 말하는 Open flow path는 ATM과 같이 System volume이 무제한 인 곳을 의미 한다고 생각합니다. 현재 Cooling water는 Coolig water basin으로 회수 됩니다. 따라서, basin은 System voluime이 무제한이므로 tube rupture 가 발생하여 shell side 고압 유체가 Cooing water line으로 유입된다고 하더라도 과압은 발생하지 않으리라 생각합니다. 위 사항에 대한 저의 근거가 타당한지 고견 부탁드립니다. 이상입니다. 감사합니다. 스테파노님 우선 답변 감사드립니다. 위 답변 주신 사항 중 이해가 되지 않는 부분이 있어서 추가 질문 드립니다. -Quote ~저압측 배관을 통하여 고압유체가 증상적으로 흐르지 않을 수 있기 때문에 시간지연시까지 고압상태을 유지할 수 있도록 Flange Rating을 따를 필요가 있다고 봅니다. 따라서 Blocked Outlet 상태로 운전될 수 있는 경우가 있다면 해당 Block Valve와 함께 저압측 설계온도와 압력을 고려한 Flange Rating이 필요하게 됩니다. (질문의 경우 #300) -Unquote QQ1. 말씀하신" 정상적으로 흐르지 않을 수 있기 때문에 시간지연시까지 고압상태을 유지할 수 있도록 " 의 의미가 무엇인가요? 혹시 액체로 채워진 저압 측의 운동량을 극복하는데 시간 지연이 있어서 과압을 초래한다? 이런 개념인지요? QQ2. Cooling water line valve를 잠궈놓고 운전하는 case는 없습니다. 만약, 의도치 않게 Cooling water valve가 잠겼고 + 동시에 tube rupture case가 발생한다, 라고 한다면 이것은 double jeopardy 이므로 PSV case로는 고려되지 않습니다. 그렇다면 위와 같은 상황에서도 Cooling water piping rating을 tube side의 design pressure를 따라 300#를 적용해야 하는지요? QQ3. Cooling water line의 rating을 150#로 적용하고자 하는 근거는 API에 적혀있는 문구를 기반으로 합니다. 아래는 API 521 7th edition para 4.4.14.2.1의 발췌 본 입니다. "ensuring that an open flow path can pass the tube rupture flow without exceeding the stipulated pressure, and/or providing pressure relief." 위 문장에 대한 저의 해석은 "Open flow path 가 있다면 tube rupture case에 의한 Overpressure scenario는 고려하지 않을 수 있다"라고 이해되며 여기서 말하는 Open flow path는 ATM과 같이 System volume이 무제한 인 곳을 의미 한다고 생각합니다. 현재 Cooling water는 Coolig water basin으로 회수 됩니다. 따라서, basin은 System voluime이 무제한이므로 tube rupture 가 발생하여 shell side 고압 유체가 Cooing water line으로 유입된다고 하더라도 과압은 발생하지 않으리라 생각합니다. 위 사항에 대한 저의 근거가 타당한지 고견 부탁드립니다. 이상입니다. 감사합니다.

스테파노 Stefano   24-04-23 11:44 AA1) 맞습니다.  정상상태에서는 저압측에 고압이 걸릴이유가 없고 Tube Failure시에도 저압측으로 누설되어도 압력이 크게 상승할 상황은 많지 않겟지만, 만이 Failure시 액의 분출이 저압측 액을 배출할 수 없는 상태 즉 액의 분출시까지 Time 지연에 의한 상승을 언급하는 것입니다.  고압측 유체가 흘러서 저압측 공급라인을 통해 모두 배출시키는 일은 거의 일어나지 않겠지만 그런일이 훨씬 일어나기전 저압측 설계압력이나 (보정)수압시험압력을 초과하지 않아야 한다는 조건입니다. (API 521 필요하다면 Dynamic Simulation을 통해 안전함을 검증해보라는 것) AA2) 맞습니다 Double Jeopardy는 고려할 필요는 없고 또한 저압츨으로 흘러나가는 유량을 빼 줄 수도 있겠으나 저압측으로 흘러나가는 유량(특히 Two-Phase Flow 등)를 정확히 산출해 내기 어려워 (Locked Open Valve를 달아둔다 해도, 적어도) 1st Block  Valve 까지는 #300을 적용하라는 것으로 이해하고 있습니다.  (수많은 전세계 엔지니어들도 이 부분에 대한 찬 반의 논란이 아주 오래전부터 있어왔습니다.  http://www.cheresources.com/ 참조)  AA3) 10/13 (혹은 2/3 Rule)은 저압측을 고압측의 그 비율 이상으로 설계압력을 취하는 경우, 저압측은 고압측압력의 1/1.3 (1/1.5)배의 압력으로 설계되고 이 압력의 1.3 (1/5)배의 압력으로 (보정)수압시험압력을 필할 것이므로 저압측도 (단시간 동안) 고압측 설계압력에 노출되어도 저압측에 견디어 낼 수 있겠다는 의미였을 것입니다.    10/13 (2/3) Rule은 이를 적용하면 PRD(Press Relief Device)를 달아둘 필요가 없다는 것이 아니라, 5th ed.(2007) 이후에는  영문으로 인용한 부분에 설명된 것처럼 <(PRD없이) 누출량을 배출할 수 있도록 해주거나  (PRD를 달아주어서) Tube Failure시 저압측 설계압력이 그 압력 이상 상승하지 않도록 하라는 내용으로 수정되어 있습니다. >  영문에서 사용한 "Open Flow Path"라는 의미는 무해한 물질을 대기중으로 직접 배출하거나 배출량을 수용할 수 있는 용기에 받아둘 수 있는 곳으로 배출하는 것을 의미하기 때문에 질문자가 이해하고 있는 것과 정확히 일치합니다.  AA4) 그러나 Cooling Water Return은 우선 Return Header를 거쳐 냉각탑 Top Distributor를 통해 배출되기 때문에 결국 (기상 혹은 액상으로) 대기압 상태로 배출되지만 냉각수관을 통해 기상이 함께 흘러가거나 Flasing돈 Vapor가 함께 흘러갈때 걸리는 차압으로 인하여 규정된 Overpressure를 초과할 수 있습니다.  (이에 따른 Back Pressure 근거를 확인해보기 위한 계산이 복잡한다는 이야기) (참고) 1) 여기에서 언급되어 있지 않지만 누설에 의해 혼합되는 유체에서 반응을 일으키는 경우에는 특히 위험한 경우가 있습니다.  예를 들어, 농황산에 물이 침투하게되면 순식간에 일어나는 반응과 반응열에 의해 수식간에 액이 팽창하거나 증발하여 폭발할 수 있습니다.  이러한 경우에는 단순 PRD설치만의 문제가 아니고 농황산측 압력이 냉각수보다 반드시 높은 압력이 유지되고 있는가를 감지하도록하고, 또한 저압측 냉각수에 황산이 누설되어 냉각수계통의 배관을 부식시키지 않도록 냉각수의 pH를 감지하는 안전장치, 등을 추가로 고려해야 합니다. 2) 필자가 근무했던 공장에서 실제로 일어났었던 일이지만 Gas Cooler의 Cooling Water측으로 에 누설된 H2/CO함유가스가 냉각탑에 배출되면서 냉각탑내 화재가 발생한 일이 있었는데 그렇다고 해서 냉각수 Return 압력이 크게 상승하여 문제가 되지는 않았습니다.  그러나 냉각탑에 불이 붙은다는 것은 결코 즐거운 일은 아니지요.  나중에 CW Return Line 윗부분에 대기방출 소형 PSV를 부착하였고 냉각탑에 가연성 Gas Detector도 설치했습니다.    Hazard Analysis는 합리적 판단과 합리적 투자를 꾀해야 할 것입니다. AA1) 맞습니다. 정상상태에서는 저압측에 고압이 걸릴이유가 없고 Tube Failure시에도 저압측으로 누설되어도 압력이 크게 상승할 상황은 많지 않겟지만, 만이 Failure시 액의 분출이 저압측 액을 배출할 수 없는 상태 즉 액의 분출시까지 Time 지연에 의한 상승을 언급하는 것입니다. 고압측 유체가 흘러서 저압측 공급라인을 통해 모두 배출시키는 일은 거의 일어나지 않겠지만 그런일이 훨씬 일어나기전 저압측 설계압력이나 (보정)수압시험압력을 초과하지 않아야 한다는 조건입니다. (API 521 필요하다면 Dynamic Simulation을 통해 안전함을 검증해보라는 것) AA2) 맞습니다 Double Jeopardy는 고려할 필요는 없고 또한 저압츨으로 흘러나가는 유량을 빼 줄 수도 있겠으나 저압측으로 흘러나가는 유량(특히 Two-Phase Flow 등)를 정확히 산출해 내기 어려워 (Locked Open Valve를 달아둔다 해도, 적어도) 1st Block Valve 까지는 #300을 적용하라는 것으로 이해하고 있습니다. (수많은 전세계 엔지니어들도 이 부분에 대한 찬 반의 논란이 아주 오래전부터 있어왔습니다. http://www.cheresources.com/ 참조) AA3) 10/13 (혹은 2/3 Rule)은 저압측을 고압측의 그 비율 이상으로 설계압력을 취하는 경우, 저압측은 고압측압력의 1/1.3 (1/1.5)배의 압력으로 설계되고 이 압력의 1.3 (1/5)배의 압력으로 (보정)수압시험압력을 필할 것이므로 저압측도 (단시간 동안) 고압측 설계압력에 노출되어도 저압측에 견디어 낼 수 있겠다는 의미였을 것입니다. 10/13 (2/3) Rule은 이를 적용하면 PRD(Press Relief Device)를 달아둘 필요가 없다는 것이 아니라, 5th ed.(2007) 이후에는 영문으로 인용한 부분에 설명된 것처럼 <(PRD없이) 누출량을 배출할 수 있도록 해주거나 (PRD를 달아주어서) Tube Failure시 저압측 설계압력이 그 압력 이상 상승하지 않도록 하라는 내용으로 수정되어 있습니다. > 영문에서 사용한 "Open Flow Path"라는 의미는 무해한 물질을 대기중으로 직접 배출하거나 배출량을 수용할 수 있는 용기에 받아둘 수 있는 곳으로 배출하는 것을 의미하기 때문에 질문자가 이해하고 있는 것과 정확히 일치합니다. AA4) 그러나 Cooling Water Return은 우선 Return Header를 거쳐 냉각탑 Top Distributor를 통해 배출되기 때문에 결국 (기상 혹은 액상으로) 대기압 상태로 배출되지만 냉각수관을 통해 기상이 함께 흘러가거나 Flasing돈 Vapor가 함께 흘러갈때 걸리는 차압으로 인하여 규정된 Overpressure를 초과할 수 있습니다. (이에 따른 Back Pressure 근거를 확인해보기 위한 계산이 복잡한다는 이야기) (참고) 1) 여기에서 언급되어 있지 않지만 누설에 의해 혼합되는 유체에서 반응을 일으키는 경우에는 특히 위험한 경우가 있습니다. 예를 들어, 농황산에 물이 침투하게되면 순식간에 일어나는 반응과 반응열에 의해 수식간에 액이 팽창하거나 증발하여 폭발할 수 있습니다. 이러한 경우에는 단순 PRD설치만의 문제가 아니고 농황산측 압력이 냉각수보다 반드시 높은 압력이 유지되고 있는가를 감지하도록하고, 또한 저압측 냉각수에 황산이 누설되어 냉각수계통의 배관을 부식시키지 않도록 냉각수의 pH를 감지하는 안전장치, 등을 추가로 고려해야 합니다. 2) 필자가 근무했던 공장에서 실제로 일어났었던 일이지만 Gas Cooler의 Cooling Water측으로 에 누설된 H2/CO함유가스가 냉각탑에 배출되면서 냉각탑내 화재가 발생한 일이 있었는데 그렇다고 해서 냉각수 Return 압력이 크게 상승하여 문제가 되지는 않았습니다. 그러나 냉각탑에 불이 붙은다는 것은 결코 즐거운 일은 아니지요. 나중에 CW Return Line 윗부분에 대기방출 소형 PSV를 부착하였고 냉각탑에 가연성 Gas Detector도 설치했습니다. Hazard Analysis는 합리적 판단과 합리적 투자를 꾀해야 할 것입니다.