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  Alternative design condition에 대한 정의를 여쭙니다.
  글쓴이 : chan   고유ID : rndcks     날짜 : 21-07-14 19:21     조회 : 153    
선배님들, 무더운 여름 또 어려운 시기에 고생 많으십니다.
제목과 같이 Alternative design condition 에 대한 정확한 정의를 여쭙니다.
예를 들어, Regeneration을 하는 Reactor 의 design condition은 45kg/cm2g , 200℃ 이고 해당 reactor 에는 30kg/cm2g& 345℃ 라는 Alternative design condition이 적용 되어있습니다. 또한,해당 reactor 의 fluid 는 Normally 39kg/cm2g, 40℃ 의 H2 이며, Regeneration 시 15kg/cm2g, 316℃ 의 Hydrocarbon 을 통해 Regeneration 을 합니다.
  
1. 이 상황에서 근본적으로 궁금한것은 Alternative design condition의 목적은 알겠으나, 왜 이런식으로 적용이 되는지를 모르겠습니다. 애초에 가장 severe 한 조건을 고려하여, 45kg/cm2g, 345℃ 를 reactor design condition으로 적용하면 된다고 생각하는데, 굳이 따로 alternative design condition을 고려하는 이유를 모르겠습니다.

2. 또한, alternative design condition을 고려한다면, 해당 reactor 는 어떻게 설계되는 지 궁금합니다. 45kg/cm2g , 200℃ 가 해당 reactor의 design condition이므로 그에 맞는 재질 및 reactor shell 두께가 결정이 될텐데 여기서 alternative design condition인 30kg/cm2g ,345℃ 는 reactor 제작 시 어떻게 고려되는 것인가요??

3.  1,2번 질문에서 reactor 를 예로 들었지만, Allternative design condition은 여러 equipment 및 instrument 에도 적용되는 사항이기 때문에, design condition인 40kg/cm2g , 200℃ 와 alternative design condition 인 30kg/cm2g, 345℃를 둘 다 고려 시 각 equipment 및 instrument  가 어떻게 제작되는지 궁금합니다.

4. alternative design condition 중에 가장 흔한것이 steam out 시 design condition으로 알고 있습니다. 만약, Vessel 의 design condition이 3.5kg/cm2g , 315℃(FV 미 고려) 이며, 해당 vessel 이 steam out 을 할 경우, 이때 steam out 시 고려되는 design condition이 "steam out : 3.5kg/cm2g/ FV", 150℃ 입니다. 그러면 이 Vessel 은 Full vacuum condition을 고려하여, 제작이 될텐데 어떻게 제작이 되는지 궁금합니다.

5. Steam out 을 하는 Line 의 design condition 이 3.5kg/cm2g/FV, 265℃ 이고, 이 Line 에 steam out  시 desig n condition은 3.5kg/cm2g /FV, 150℃ 입니다. 그러면 265℃에서 FV 을 고려하는게 더 severe 한 조건인지 아니면, 온도가 더 낮은 steam out 시 FV 을 고려하는게 더 severe한 조건인지 궁금합니다. 

이상입니다. 선배님들의 답변 부탁드리며, 무더운 여름 건강한 설계 바라겠습니다.
감사합니다. 

스테파노 Stefano   21-07-15 16:42
A1) Design Conditions - Basic vs. Alternate Case
공장(공정) 설계기준에 Basic & Alternate Design Condition을 가지는 경우가 있는데 전자는 기준이 되는 설계조건을 정한 것을 말하고 후자는 기본조건과 동일한 조건은 아니지만 그 Alternate 공정 운전조건에서도 성능을 발할 수 있도록 하라는 설계기준입니다.  그 설계기준은  생산용량, 온도, 압력, 원료품질, 제품(종류 및 품질), 부원료가 달라져도 공정운전이 가능한 것입니다.

그리하는 이유는...공정원료 규격이 달라지거나, 촉매 성능이 달라지거나,  부원료가 달라지거나,  제품 품질을 달리하는 경우 등 운전조건이 달라질지라도 목표로 하는 생산품질과 생산량을 생산할 수 있는 장치 및 설비를 갖추기 위함입니다.   

A2) 반응기의 압력이 달라지는 경우 높은 압력에도 견딜수 있어야 하고, 반응온도가 높아져도 열전달, 냉각, 생산량, 반응기 재질에 문제가 없어야 하는 조건을 말합니다.  장치 재질만 고려하면 저온에 고압이 더 악조건일 수 있고 고온에 저압이 더 악조건일 수가 있는데 두 조건을 모두 만족시켜야 하는 것이고.  반응기 온도가 높다면 가열을 위한 전열면적이 더 필요할 수도 있는 반면 반응액을 냉각하기 위한 부하가 오히려 늘어나는 조건이 될 수 있습니다.

A3)  반응기에 부착되는 Instrument의 경우에도 서로 다른 조건에 적응성이 있는 계장시설을 두어야 함도 당연합니다.

A4) 용기나 Tube, Pipe 등에 정상운전시 Steam을 사용하는 경우에는 받드시 Steam의 최고온도와 함께 Full Vacuum 조건에 적응해야 하는데 단순히 Steam Flushing 한다고 해서 Full Vacuum을 적용해야 하는 경우 (특히 직경이 큰 장치의 경우) 보강비용이 크게 늘어난다면 Full Vacuum이 걸리지 않도록 안전장치를 두거나 부분진공으로 설계하고 완전진공이 걸리지 않도록 특별히 관리하거나 안전장치를 배려하도록 명시해 두어야 시운전중의 사고를 방지할 수 있습니다.  이들 조건은 (Hazop 등의) Hazard 분석을 통해 안전을 확보할 필요가 있습니다.   

A5) 동일 Full Vacuum 조건이라면  당연히 265℃이 150℃보다 Severe한 조건이지만 금속재질을 사용하는 경우 Allowable Stress의 차이는 거의 없어서 차이는 없습니다.  그렇다 해도 사용하는 Gasket 등 장치내부 혹은 연결배관에 사용하는 Gasket 등의 선정에서 차이를 보일 수 있습니다.  운전온도가 265℃이고 F/V 조건이라면 굳이 <150℃ 온도의 F/V Steam Out 조건>을 추가로 언급할 필요는 없겠지요.    Can 맥주용기는 수기압정도의 내압을 견딜수 있지만 외압 0.3기압만 되어도 완전히 변형되기 때문에  직경이 큰 용기는 섯불리 반드시 완전진공에 설계해야 할 필요가 없고 대신 (안전이 확보되는 경우라면)Vacuum Breaker를 두는 것이 경제적일 수가 있습니다.
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