압축가스 실린더의 압력방출장치에 관한 기술지침(P-48-2012)

o 관련 규격 및 자료
   - 미국 CGA S-1.1 “Pressure Device Standards Part 1 - Cylinders for Compressed Gases” 13th ed., 2007
   - 미국 49 CFR 178 “Specifications for Packings” - 카나다 “Transportation for Dangerous Goods Regulations”, 2008
   - 카나다 표준규격 CSA B 339-08 “Cylinders, Spheres, and Tubes for the Transportation of Dangerous Goods”, 5th ed., 2008

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압축가스 실린더의 압력방출장치에 관한 기술지침(P-48-2012)

 

 

 

1. 목적

2. 적용범위

3. 용어의 정의

4. 압력방출장치의 종류 및 제한

5. 압력방출장치의 적용요구사항

6. 압력방출장치의 설계 및 설치 요구사항

7. 압력방출장치의 유지보수 및 교체

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1. 목적
이 지침은 압축가스 실린더를 과압으로부터 보호하기 위하여 설치하는 압력방출장치에 관한 기술적인 사항을 제시하는데 그 목적이 있다.

2. 적용범위
이 지침은 다음의 각호에 해당하는 실린더에 설치하는 압력방출장치에 적용한다.
(1) 물의 무게로 환산하여 450 kg 이하의 용량을 갖는 실린더
(2) 물의 무게로 환산하여 450 kg를 초과하는 용량을 갖는 DOT-3AX 실린더, DOT-3AAX 실린더 및 DOT-3T 실린더
(3) 초저온 액체를 저장하는 보온한 CTC/DOT-4L 실린더 및 TC-4LM 실린더

3. 용어의 정의
(1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.
(가) “실린더 (Cylinder)”라 함은 설계압력이 절대압력으로 275 kPa 초과하는 원형의 단면적을 가지는 압력용기 말한다.
(나) “DOT-3AX 실린더”라 함은 사용압력이 게이지 압력으로 3.45 MPa 이상이고 물의 무게로 환산하여 450 kg를 초과하는 용량을 갖는 이음매가 없이 강으로 만들어진 실린더(미국 49 CFR 178.36 참조)를 말한다.
(다) “DOT-3AAX 실린더”라 함은 사용압력이 게이지 압력으로 3.45 MPa 이상이고 물의 무게로 환산하여 450 kg를 초과하는 용량을 갖는 이음매가 없이 강으로 만들어진 실린더(미국 49 CFR 178.37 참조)를 말한다.
(라) “DOT-3T 실린더”라 함은 사용압력이 게이지 압력으로 12.4 MPa 이상이고 물의 무게로 환산하여 450 kg를 초과하는 용량을 갖는 이음매가 없이 강으로 만들어진 실린더(미국 49 CFR 178.45 참조) 실린더를 말한다.
(마) “CTC/DOT-4L 실린더”라 함은 사용압력이 게이지 압력으로 275 kPa 이상 3.45 MPa 이하이고 물의 무게로 환산하여 450 kg 이하의 용량을 갖는 용융 용접한 보온 실린더(미국 49 CFR 178.57 참조)를 말한다.
(바) “TC-4LM 실린더”라 함은 저온용 보온 실린더(캐나다 표준규격 CSA B339-08 제 21장 참조)를 말한다.
(사) “튜브 (Tubes)”라 함은 실린더의 길이가 3.7 m를 초과하는 것을 말한다.
(아) “트레일러 (Trailer)”라 함은 튜브를 수평으로 장착하고 도로위로 다닐 수 있도록 제작된 차량을 말 한다.
(자) “압력방출장치 (Pressure relief device)”라 함은 실린더 또는 튜브의 파열을 방지하기 위하여 정상적으로 충전된 실린더 또는 튜브가 미리 정해진 최대 압력 이상으로 올라가지 않도록 압력 및 온도에 의하여 압력을 배출하는 장치를 말한다.
(차) “안전밸브 (Pressure relief valve)”라 함은 실린더 또는 튜브의 압력이 설정압력에 도달하면 자동으로 유체가 분출되고 일정압력 이하가 되면 정상 상태로 복원되어 내부 충전물을 더 이상 배출시키지 않는 압력방출장치를 말한다.
(카) “파열판 (Rupture disc)”이라 함은 판 입구 측의 압력이 정해진 압력에 도달하면 판이 파열하면서 유체가 분출하도록 실린더 또는 튜브에 설치된 얇은 판으로 실린더 또는 튜브의 내부압력이 일정 압력이하로 떨어지더라도 충전물의 분출을 계속하도록 만들어진 압력방출장치를 말한다.
(타) “가용전 플러그 안전장치 (Fusible plug device)”라 함은 정해진 온도 범위 내에서 용융금속으로 만들어진 플러그가 녹아 실린더 또는 튜브의 충전물을 배출하는 압력방출장치를 말한다.
(파) “가용전 트리거 안전장치 (Fusible trigger device)”라 함은 용융금속이 녹거나 열에 의하여 활성화되도록 만들어진 트리거에 의하여 실린더 또는 튜브의 충전물을 배출하는 압력방출장치를 말한다.
(하) “설정압력 (Set pressure)”이라 함은 실린더 또는 튜브에 이상 과압이 형성되는 경우, 안전밸브가 작동되도록 설정한 안전밸브의 입구 측에서의 게이지 압력을 말한다.
(거) “공칭파열압력 (Rated burst pressure)”라 함은 16 ℃ 와 71 ℃ 사이의 어느 특정온도에서 파열판이 파열하도록 설계한 최대압력을 말한다.
(너) “공칭흐름압력 (Flow rating pressure)”라 함은 용량을 정할 목적으로 압력방출장치의 용량을 측정하는데 사용한 인입 측에서의 정압을 말한다.
(더) “항복온도 (Yield temperature)”라 함은 가용전 플러그를 이 지침에 따라 시험하는 경우에 충전물을 배출할 수 있도록 플러그의 지지대로부터 플러그가 빠질 수 있도록 용융금속이 충분히 물러지는 온도를 말한다.
(러) “금속 하이드라이드 (Metal hydride)”라 함은 금속과 수소로 구성된 복합물을 말한다.
(머) “초저온 액체 (Cryogenic liquid)”라 함은 1 기압에서 끓는 점이 -90 ℃ 미만인 액체를 말한다.
(버) “압축가스 (Compressed gas)”라 함은 실린더 또는 튜브 내에서의 가스압력이 20℃ 에서 절대압력으로 최소한 280 kPa 이상인 가스를 말한다.
(2) 그 밖에 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 특별한 규정이 있는 경우를 제외하고는 「산업안전보건법」 , 같은 법 시행령, 같은 법 시행규칙 및 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 에서 정하는 바에 의한다.

4. 압력방출장치의 종류 및 제한

4.1 종류
실린더용 압력방출장치는 <표 1>과 같이 구분한다.

4.2 제한
4.2.1 CG-1 형
이 형식은 실린더 내용물을 완전히 배출하도록 만들어진 압력에 의하여 작동하는 장치로서 작동 후에는 내용물의 방출을 차단할 방법이 없다.

 

<표 1> 압력방출장치의 종류

구 분	항복 온도(T,℃ )		명 세
	범 위	명목
CG-1	-	-	파열판
CG-2	69≤ T＜ 77	74	3.45 MPa(게이지 압) 이하인 실린더용 가용전 플러그 안전장치
CG-3	98≤ T＜ 107	100	3.45 MPa(게이지 압) 이하인 실린더용 가용전 플러그 안전장치
CG-4	69≤ T＜ 77	74	74 ℃ 의 용융합금 뒤판(backing)이 있는 파열판
CG-5	98≤ T＜ 107	100	100 ℃ 의 용융합금 뒤판이 있는 파열판
CG-7	-	-	안전밸브
CG-8	-	-	파열판과 안전밸브를 직렬로 설치
CG-9	98≤ T＜ 107	103	41.4 MPa(게이지 압) 이하인 실린더용 가용전 플러그
CG-10	-	-	압력방출장치에 사용압력이 90.3 MPa(게이지압) 이하로 표기된 실린더용 가용전 트리거
CG-11	-	-	여러번 열렸다 닫힐 수 있도록 된 안전밸브
CG-12	-	-	일번적인 특성의 가용전 트리거 안전장치와 여러번 열렸다 닫힐 수 있도록 된 안전밸브를 혼합한 압력방출장치

 

4.2.2 CG-2 형 및 CG-3 형
(1) 열에 의하여 작동하는 장치로 내부에 과압이 생겼을 때 용기를 보호할 수 없다.
(2) 작동하게 되면 내용물을 완전히 배출하게 된다.
(3) 실린더의 압력이 3.45 MPa 미만에서 사용한다.
4.2.3 CG-4 및 CG-5 형
(1) 복합형 장치로 압력과 열에 의하여 작동한다.
(2) 먼저 휴즈 금속이 녹기 전에는 과압이 발생하더라도 작동하지 않는다. 그러므로 휴즈 금속의 용융점 이하에서는 과압방지 기능을 할 수 없다.
(3) 이 장치 또한 작동한 후에는 내용물의 배출을 억제할 방법이 없다.
4.2.4 CG-7 형
(1) 이 장치의 설정압력을 결정하여 실린더의 최대 압력을 제한할 수 있다.
(2) 이 장치의 설정압력보다 낮은 압력에서 열에 의하여 실린더가 파열하는 경우 실린더를 보호할 수 없다.
(3) 이 장치는 실린더의 충전 압력이 3.45 MPa 이하인 경우에 사용할 수 있다.
4.2.5 CG-8 형
(1) 이 장치는 압력에 의하여 작동한다.
(2) 이 장치는 과압에 의하여 작동한 후에 스스로 압력이 떨어지면 다시 닫히므로 내용물의 누출을 억제할 수 있다.
(3) 이 장치는 주위의 온도가 급격하게 올라 순간적인 압력 배출이 필요한 경우에 사용할 수 없다.
(4) 화재에 노출된 경우에 실린더를 보호할 수 있도록 설계되어 있지 않다.
4.2.6 CG-9 형
(1) 열에 의하여 작동하는 장치로 내부에 과압이 걸렸을 때 용기를 보호할 수 없다.
(2) 작동하게 되면 내용물을 완전히 배출하게 된다.
(3) 이 장치는 실린더의 충전 압력이 41.4 MPa 이하 까지 사용할 수 있다.
4.2.7 CG-10 형
(1) 열에 의하여 작동하는 장치로 내부에 과압이 걸렸을 때 용기를 보호할 수 없다.
(2) 작동하게 되면 내용물을 완전히 배출하게 된다.
(3) 이 장치는 실린더의 충전 압력이 90.3 MPa 이하 까지 사용할 수 있다.
(4) 이 장치의 설계상 사용기간은 20년 이상이다.
4.2.8 CG-11 형
(1) 이 장치의 설정압력을 결정하여 실린더의 최대 압력을 제한할 수 있다.
(2) 이 장치의 설정압력보다 낮은 압력에서 열에 의하여 실린더가 파열하는 경우 실린더
를 보호할 수 없다.
(3) 이 장치의 설계상 사용기간은 5년 이상이며 제조일로부터 10년 이하이다.
4.2.9 CG-12 형
(1) 가용전 트리거에 의하여 작동되는 장치로 내용물을 완전히 배출시킨다.
(2) 이 장치는 실린더의 충전 압력이 90.3 MPa 이하 까지 사용할 수 있다.

5. 압력방출장치의 적용요구사항

5.1 일반사항
5.1.1 적용 가스
가스분류 FTSC(Fire potential. Toxicity, State of gas and Corrosiveness) 코드는 <별표 1>과 같으며 가스별 적용 가능한 압력방출장치는 <별표 2>에 따른다.
5.1.2 설계, 재질 및 설치 위치
압력방출장치의 설계, 재질 및 설치 위치는 사용하는데 적합하여야 한다.
5.1.3 실린더/튜브의 양 끝단에 설치되는 압력방출장치
(1) 실린더 또는 튜브의 양 끝단에 압력방출장치를 설치하는 경우, 각 압력방출장치의 배출용량의 합은 실린더/튜브에 필요한 용량 이상이어야 한다.
(2) 각 압력방출장치의 용량은 실린더/튜브에 필요한 용량의 50 % 이상이어야 한다.
5.1.4 실린더/튜브의 한쪽 끝단에 설치되는 압력방출장치
(1) 실린더/튜브의 한쪽 끝단에만 압력방출장치를 설치하는 경우에는 각 압력방출장치의 용량은 실린더/튜브에 필요한 용량 이상이어야 한다.
(2) 이 조항은 CG-1 형 및 CG-7 형에만 적용한다.
5.1.5 CG-1 형 또는 CG-7 형과 CG-9을 병렬로 설치
(1) CG-9 형은 CG-1 형 또는 CG-7 형과 병렬로 설치하여야 한다.
(2) 이 경우에 각 압력방출장치의 용량은 CG-1 형 또는 CG-7 형에서 필요로 하는 용량을 만족하여야 한다.
5.1.6 CG-11 형 및 CG-12 형
CG-11 형 또는 CG-12 형을 설치하는 경우, 압력방출장치의 용량은 여러 개의
CG-11 형 또는 여러 개의 CG-12 형을 직렬로 설치하였을 때의 용량 이상이어야 한다.
5.2 CG-1 형 파열판
압축가스용 실린더에 압력방출장치로 파열판을 설치하는 경우 16 ℃ 와 71 ℃ 사이의 특정 온도에서 시험한 파열판의 공칭파열압력은 파열판을 설치한 실린더의 최소요구 시험압력을 초과하여서는 아니 된다.

5.3 CG-7 형 안전밸브
5.3.1 공칭흐름압력
안전밸브의 공칭흐름압력은 최대사용압력이 절대압력으로 3.45 MPa 이하인 실린더의 최소시험압력과 같아야 한다.
5.3.2 설정압력
안전밸브는 실린더의 최소시험압력의 75 % 이상 100 % 이하에서 열리기 시작하여야 한다.

5.4 CG-2 형, CG-3 및 CG-9 형 가용전 플러그 및 CG-10 형 가용전 트리거
5.4.1 CG-2 형 및 CG-3 형
CG-2 형 및 CG-3 형은 사용압력이 3.45 MPa 이하인 실린더에 사용한다. 그러나 충전물의 압력이 절대압력으로 20 ℃ 에서 3.45 MPa를 초과할 수 없도록 조치가 된 경우에는 보다 높은 압력에서 사용할 수 있다.
5.4.2 CG-9 형
CG-9 형은 사용압력이 41.4 MPa 이하인 실린더에 사용한다.
5.4.3 CG-10 형
(1) CG-10형은 이 장치의 외부로 내부 부품이 튀어나오는 것을 허용하지 않는다.
(2) CG-10 형은 실린더의 노출온도가 -40 ℃ 이상 82 ℃ 이한인 경우에만 사용할 수 있다.
(3) CG-10 형은 실린더의 사용압력이 90.3 MPa 이하인 경우에 사용한다.

5.5 CG-8 형 파열판/안전밸브
(1) CG-8 형은 보조용 과압보호장치로 하나 이상의 파열판/가용전 플러그 장치를 병렬로 설치하여야 한다.
(2) CG-8 형의 용량은 이 지침 6.5항에 따르며, 설정압력은 다음의 수치보다 커야 한다.
(가) 16 ℃ 에서 파열판의 공칭파열압력
(나) 안전밸브의 설정압력(실린더의 시험압력의 75 % 이상이어야 함)
(3) 설정압력은 실린더의 시험압력을 초과하여서는 안 된다.
(4) CG-8 형 압력방출장치의 토출측은 트레일러의 운전 캐비넷 내부로 연결되거나 사람에게 충격을 가하지 않도록 조치하여야 한다.
(5) CG-8 형 압력방출장치의 파열판 일부는 16 ℃ 에서의 실린더 시험압력의 75 % 내지 100 % 사이의 공칭파열압력을 가져야 한다.

5.6 압력방출장치의 배관
(1) 압력방출장치의 토출/인입 측의 배관은 배출용량이 감소되지 않도록 설치하여야 한다.
(2) 배관은 압력방출장치의 기능을 저하시키지 않고 정상적으로 배출물을 처리하고 압력이 배관 내에 축적되지 않도록 설치하여야 한다.
(3) 압력방출장치의 전/후단에는 차단밸브를 설치하여서는 아니 된다.

5.7 튜브용 압력방출장치에 대한 특수고려 사항
(1) 모든 튜브 트레일러에는 위로 향하고 있는 밴트관을 설치하여야 하며 압력방출장치는 튜브의 전단에 설치하여야 한다.
(2) 모든 튜브 트레일러에는 압력방출장치를 설치하여야 하며, 이 장치는 내부 압력방출장치이거나 다음과 같은 외부 구조물로 보호되어야 한다.
(가) 압력방출장치가 누설하지 않고 트레일러의 총중량의 2배의 충격하중에서 견딜 것
(나) 사용된 재질의 실제 인장강도에 기초한 최소한 3의 안전계수가 어느 한 방향으로 작용하는 트레일러 총중량의 2배의 충격하중에서 견딜 것
(다) 튜브의 기계적 완벽성을 저해하지 않을 것
(라) 튜브에 구멍 낼 위험을 일으키지 않을 것
(마) 트레일러에서 튜브가 전위되는 경우에도 튜브는 안전할 것

6. 압력방출장치의 설계 및 설치 요구사항

6.1 일반사항
(1) 압력방출장치의 설계, 재질 및 설치위치는 사용하고자 하는 목적에 적합하여야 한다.
(2) 압력방출장치의 설계 및 적용 시에는 작동될 때 예측되는 기대 효과를 고려하여야 한다.
(3) 인화성 액화가스용 실린더에 압력방출장치를 설치하는 경우에는 기체와 직접 접촉할 수 있도록 설치하여야 한다.

6.2 압력방출장치의 재질, 설계 및 제작
(1) 압력방출장치의 설계, 재질선정 및 제작은 작동시에 환경적 영향을 최소화할 수 있도록 하여야 한다.
(2) CG-8 형인 경우에는 사용기간이 지났거나 어떤 조건에서는 최초의 배출을 시작하는 압력이 달라져 그 성능이 저하될 수 있다.
(3) 장기간 그 성능을 유지하기 위하여 압력밸브장치는 정기적으로 점검·보수하여야 한다.

6.3 CG-4 형 및 CG-5 형
(1) 파열판과 가용전 플러그가 조합된 압력방출장치인 경우에는 용융금속은 파열판의 토출측에 있어야 한다.
(2) 누설을 방지하기 위하여 사용하는 가스킷을 대신하여 용융금속을 사용하여서는 아니된다.
(3) 용융금속의 최고온도범위에서 급속히 변형되지 않는 재질로 된 가스킷을 사용하여야 한다.

6.4 비액화가스용 압력방출장치의 용량
6.4.1 안전밸브
용량은 식 (1)을 이용하여 산정한다.

 

6.4.2 안전밸브 이외의 압력방지장치
용량은 식 (2)를 이용하여 산정한다.

6.5 액화가스용 압력방출장치의 용량
6.5.1 안전밸브
용량은 식 (1)을 이용하여 산정한 값의 2배로 한다.
6.5.2 안전밸브 이외의 압력방출장치
용량은 식 (3)을 이용하여 산정한다.

 

6.6 보온한 CTC/DOT-4L 및 TC-4LM 실린더용 압력방출장치의 용량
<별표 2>에 열거된 초저온 액체 충전용 보온한 CTC/DOT-4L 및 TC-4LM 실린더용 압력방출장치의 용량은 다음에 따른다.
6.6.1 650 ℃ 에서도 보온재가 완전하게 남아 잇는 경우

6.6.2 650 ℃ 에서 보온재가 파손되는 경우
이 경우에는 다음 중 하나를 이용하여 용량을 산정한다.
(1) 보온이 안 된 것으로 간주

 

(2) 총괄전열계수 이용
640 ℃ 의 외부시험환경에서 총괄전열계수를 결정한다. 용량은 식 (4)를 이용하여 산정한다.
(3) 보온 시스템
(가) 보온 시스템에 자켓이 포함된 경우에는 보온이 되어 있지 않은 것으로 간주하여 640 ℃ 의 외부시험환경에서 총괄전열계수를 결정한다.
(나) 총괄전열계수는 자켓과 실린더 사이의 공간에서의 포화 실린더 충전가스 또는 공기 중에서 큰 값으로 한다.
(다) 용량은 식 (4)를 이용하여 산정한다.
6.6.3 진공 보온된 경우
공칭 사용 압력이 100 kPa 미만인 진공 보온된 CTC/DOT-4L 및 TC-4LM 실린더로써 압력조정밸브가 설치되고, 그 설정압력이 공칭 사용 압력의 125 % 이하인 경우이 압력조정밸브의 용량은 다음 식을 이용하여 산정한다.

 

 

6.7 아세틸렌 실린더
(1) 아세틸렌 실린더에 설치는 되는 경우에는 용량을 결정하기 위하여 화재시험을 실시하여야 한다.
(2) 자세한 사항은 미국 압축가스협회의 코드 C-12를 참조한다.

6.8 CG-10 형 압력방출장치
CG-10 형 압력방출밸브인 경우에는 6.6 항에 따른다.

7. 압력방출장치의 유지보수 및 교체

7.1 일반
7.1.1 실린더 및 압력방출장치의 보호
(1) 압축가스 실린더의 취급 및 보관 시에는 손상이 가지 않도록 주의하여야 한다.
(2) 압력방출장치의 기능이 방해받지 않도록 압력방출장치의 막힘, 도장 상태 등을 확인하여야 한다.
(3) 교육을 받은 사람이 압력방출장치를 취급·관리하여야 한다.
(4) 압력방출장치를 보수하는 경우에는 원 제조자의 부품을 사용하여야 한다.
7.1.2 산업용 모터 연료에의 적용
(1) 산업용 모터 연료에 사용하는 경우에는 압력방출장치 및 그 토출 측 배관은 내부가 막히지 않도록 필요한 조치를 하여야 한다.
(2) 이러한 조치로 인하여 운전압력 및 배출량에 지장을 받지 않아야 한다.
7.1.3 압력방출장치의 보수
(1) 7항에 적합하지 않은 신품의 압력방출장치는 이 지침에서 요구하는 바에 따라 제조자가 보수하고 재시험을 받아야 한다.
(2) CG-2 형, CG-7 형, CG-8 형, CG-9 형, CG-10 형, CG-11 형 및 CG-12 형은 내부 청소를 제외하고는 수리를 하여서는 아니 된다.

7.2 실린더 충전 시의 확인
충전을 하기 위하여 실린더가 입고될 때마다 부식상태, 손상여부, 이물질의 존재여부, 외부의 부품의 막힘 상태, 누설여부, 용융금속의 변형 등을 확인하여야 한다.

7.3 압력방출장치의 주기적인 교체
7.3.1 CG-7 형
(1) 산업용 모터의 연료 시스템에 사용되는 경우
산업용 모터의 연료 시스템에 사용되는 CG-7 형 안전밸브는 신품 또는 제조일로부터 10년이 초과하지 않고 사용하지 않은 것으로 교체되거나 그 안전밸브가 설치되어 있는 실린더의 재 승인된 기간 내에 교체하여야 한다.
(2) 산업용 모터의 연료시스템 이외에 사용되는 경우
(가) 산업용 모터의 연료시스템 이외에 사용되는 CG-7 형 안전밸브는 제조일로부터 10년 이내 교체 또는 재승인 받아야 한다.
(나) 재 승인된 것은 매 5년마다 시험받아야 한다.
7.3.2 CG-8 형
CG-8 형 안전밸브의 부품은 7.3.1호에 따라 교체 또는 재 승인하여야 한다.
7.3.3 CG-11 형 및 CG-12 형
CG-11 형 및 CG-12 형은 제조일로부터 10년을 초과하여 사용하여서는 아니 된다.

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<별표 1> 가스 분류 FTSC 코드

<별표 2> 가스별 사용 가능한 과압방지장치

<별표-3> CTC/DOT-4L 및 TC-4LM 실린더용 파열판의 공칭 파열압을 위한 Ci및 Cu값

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[첨부자료] 압축가스 실린더의 압력방출장치에 관한 기술지침(P-48-2012)

P-48-2012 압축가스 실린더의 압력방출장치에 관한 기술지침.pdf

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