안전밸브 분출 Case, Thermal Expansion(열팽창)

오늘은 안전밸브 분출 Case관련 3번째로 열팽창(Thermal Expansion)에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

열팽창(Thermal Expansion)이나 hydraulic Expansion은 온도 증가나 감소에 따른 유체의 부피가 증가현상입니다. 여러 원인으로 인하여 열팽창이나 hydraulic Expansion이 발생하는데 일반적인 원인은 아래와 같습니다.

 1) Pipping이나 Vessel이 차가운 액체로 가득차 있는 상태에서 지속적으로 Heat tracing이나 대기열에 또는 화재에 의하여 열이 흡수될 경우

 2)열교환기의 Hot Side가 흐르고 있는 상태에서 Cold Side가 Block되어 있을 경우

 3) Pipping이나 Vessel이 상온의 액체로 가득차 있는 상태에서 Block되어 태양 복사열(Solar radiation)에 의해 열이 흡수될 경우

열팽창에 따른 안전밸브 설치는 보호기기의 압력상승을 해소하기 위해 액체를 소량 방출하는 것이기 때문에Required relieving rate를 산정하는게 쉬운 것은 아닙니다. 따라서 일반적으로 Solar radiation, Heat tracing에 따른 열팽창은 3/4“×1” 사이즈의 안전밸브로 충분하고, 기타의 경우는 아래의 계산식을 사용하여 계산합니다.

V=B×q/998×G×CP

V : 유동온도에서의 부피유량(flowrate at flowing temperaturem, m3/h)

B :  예상 온도에서 액체의 입방 팽창 계수(1/°C)

q : 총 열전달 속도(Total heat transfer rate, Kcal/h)

   - 열 흡수율 × Pipe 표면적 또는 열교환기의 Max. Heat duty

G : 15.6℃ 물의 밀도를 1로 보고 계산한 상대적 밀도로서 액체의 압축성은 무시함

Cp : 액체의 열용량(Kcal/kg·℃)

15.6°C에서 탄화수소 액체나 물에 대한 밀도 및 입방 팽창 계수는 아래표 값를 적용할 수 있습니다.

API Gravity	Sp.Gr	B
Water	1	0.00018
3~34.9	1.052~0.851	0.00072
35~50.9	0.850~0.776	0.00090
51~63.9	0,775~0.725	0.00108
64~78.9	0.724~0.673	0.00126
79~88.9	0.672~0.641	0.00144
89~93.9	0.642~0.629	0.00153
94~100 & Heavy	0.628~0.611	0.00162

 

마지막으로, 열팽창용 안전밸브의 설치를 생략할 수 있는 경우에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

1) 차단된 배관계에 열팽창을 흡수할 수 있는 용기를 설치하는 경우

2) 액체의 흐림이 완전히 차단되지 않도록 밸브 자체에 기계적 조치 등을 한 경우

3) 전기 등을 이용하여 배관계를 가열할 때(Electric tracing 등) 배관내의 액체가 운전온도 이상으로 과열되지 않도록 온도 조절장치 또는 전원 차단장치를 설치한 경우

4) 태양의 복사열 또는 대기온도 상승에 의한 열원이 배관계 내로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 배관을 지하에 매설한 경우