[네프스 기술 연재 #05] PSV 핵심 셋팅과 용어 정리: Set Pressure부터 CDTP까지
- nick so
- 1월 29일
- 7분 분량
안녕하세요, 네프스(NEFSS)의 닉(Nick)입니다.
지난 시간, 면간치수(F-to-F)와 부속품 선정 등 실무적인 외형 사양을 다루며 많은 엔지니어분들의 공감을 얻었습니다. "사이즈가 맞는데 왜 설치가 안 되지?"라는 현장의 비명을 해결해 드린 시간이었습니다.
대망의 연재 마지막 시간입니다.
이번 편에서는 PSV가 제작 단계에서 어떻게 세팅되고,그 세팅 값들이 실제 현장 운전 조건과 어떤 관계를 가지는지에 대해 정리해 보려 합니다.또한 카탈로그에 자주 등장하지만 의미가 모호하게
느껴질 수 있는주요 전문 용어들도 함께 짚어보겠습니다.
Set Pressure와 Closing Pressure의 차이,Stellited 처리나 CDTP와 같은 요소들이PSV 성능과
신뢰성에 어떤 영향을 미치는지를 이해한다면,PSV를 단순히 “설치하는 장비”가 아니라
의도된 조건에서 정확히 작동하도록 설계된 안전장치로 바라볼 수 있을 것입니다.
연재의 마지막 편에서는,현장 적용 관점에서 꼭 알아야 할 핵심 내용만 차분히 정리해 보겠습니다.
안전밸브 SET PRESSURE 및 CLOSING PRESSURE 조절 방법
1) SET PRESSURE 조절 방법
세팅 압력을 조절하기 위해서는 캡(CAP)을 개방한 후,LOCK NUT를 풀고
Adjust Screw(조절 볼트)를 이용하여 조정합니다.
시계 방향으로 돌리면→ 조절 볼트가 아래로 내려가면서 스프링을 더 누르게 되고
→ SET PRESSURE가 올라갑니다.
반시계 방향으로 돌리면→ 조절 볼트가 위로 올라오면서 스프링 장력이 약해지고
→ SET PRESSURE가 내려갑니다.
여러 차례 밸브를 작동시켜, 설정한 압력에서 정확히 작동하는 것이 확인되면 LOCK NUT로
세팅 압력을 고정한 후, 캡을 닫고 봉인(SEALING)을 실시합니다.
(붉은색 화살표 : LOCK NUT // 파란색 화살표 : 조절볼트)
2) CLOSING PRESSURE 조절 방법 (= BLOWDOWN 조절 방법)
CLOSING PRESSURE는 ADJUST RING(상링 / 하링)을 이용하여 조절합니다.
사진상의 톱니바퀴 형태의 ADJUST RING을 회전시키면서 닫힘 압력을 미세 조정합니다.
군대 사격 시 조준이 맞지 않을 경우 크로크 조정을 하듯, 조금씩 돌려가며 원하는
CLOSING PRESSURE를 맞춘다고 이해하면 쉽습니다.
조정이 완료되면, SET SCREW(뾰족한 고정 나사)로 ADJUST RING이 움직이지 않도록
고정한 후 봉인을 실시합니다.
3) 봉인의 중요성
SET PRESSURE와 BLOWDOWN은 안전밸브 성능과 직결되는 핵심 요소이기 때문에,
임의로 조정될 경우 심각한 안전 문제로 이어질 수 있습니다.
따라서 제조사나 혹은 공인된 테스트 업체에 의해 정확한 설정과 검증이 완료된 직후에는,
무단 조작을 방지하기 위해 반드시 봉인(Sealing) 처리를 해야 합니다.
간혹 현장에서 “제품에 문제가 있다”는 이유로 봉인을 임의로 해제하고 분해하는 경우가 있으나,
이 경우 정확한 원인 분석이 어렵고,각 제조사(MAKER)에서는 게런티를 거부할 수 있습니다.
👉 임의 분해 및 봉인 훼손 행위는 반드시 지양해야 합니다.
BLOWDOWN (블로우다운)
1) BLOWDOWN이란?
SET PRESSURE와 CLOSING PRESSURE 간의 차이를 의미하며, 일반적으로
% 단위로 표현합니다.
예시
SET PRESSURE : 10 barg
CLOSING PRESSURE : 9 barg
→ 이 경우, 일반적으로 "BLOWDOWN 10% 잡았다"라고 표현합니다.
각 CODE마다 허용 기준은 다소 차이가 있으나,일반적으로 다음과 같이 이해하면 좋습니다.
KOSHA : 10% 이내
KGS : 15% 이내 (※ 압력에 따라 다르므로, 세부 기준은 반드시 해당 CODE 확인 필요)
2) 왜 BLOWDOWN이 중요한가?
한겨울, 집안을 따뜻하게 데워 놓은 상태에서 문이 열려 찬 공기가 들어오는 상황을
떠올려 보겠습니다.
첫째는 3초 만에 문을 닫고
둘째는 10초가 지나서야 문을 닫았다면
문을 늦게 닫을수록 따뜻한 공기가 빠져나가 결국 보일러를 다시 가동해야 하므로
에너지 손실이 커지게 됩니다.
안전밸브도 마찬가지입니다. 작동 후 닫히는 시간이 늦을수록 에너지 손실이 커지기
때문에, 사용자 입장에서는 가능한 한 빨리 닫히길 원합니다.
하지만, 제작사 입장에서는BLOWDOWN을 지나치게 작게 설정할 경우,
안전밸브 동작이 불안정해질 수 있으므로, 관련 CODE 및 인허가 기준에 따라
적정 범위로 세팅합니다.
STELLITED 란?
밸브에서 가장 스트레스를 많이 받는 부위(Seat와 Disc가 만나는 면)에 이 특수 금속을
녹여서 붙이는(육성용접) 작업을 말합니다. 시트와 디스크가 맞닿는 접촉면을 강화하는
것으로서 Hard Facing 이라고도 합니다.
PSV DATA SHEET를 보게되면 SEAT 와 DISC 재질에 "ST."라고 표기되어 있는 경우가
있는데, 이는 Stellited를 의미한다고 이해하시면 됩니다. (ex. A276 316 + ST.)
SEAT DISC
STELLITED 비교사진 (연마 전 사진(왼쪽) // 연마 후 사진(오른쪽) (by NEFSS)
참고로, 스텔라이트(Stellited) 처리가 된 부품은 매우 정밀하고 민감한 파트입니다. 간혹
유체 내에 포함된 미세한 이물질이나 배관 내 슬러지 등으로 인해 시트 면에 스크래치가
발생할 경우, 이는 즉각적인 누설(Leak)의 원인이 될 수 있습니다.
따라서 제품을 취급하거나 설치하실 때, 그리고 초기 라인 플러싱(Flushing) 시
각별히 주의하여 다루어 주시기를 당부드립니다.
OVERPRESSURE.
PSV Data Sheet를 자세히 살펴보시면 'Overpressure'라는 항목에 10% 또는 21% 같은
숫자가 명기된 것을 보실 수 있습니다.
이는 과압이 발생하는 원인인 Sizing Basis 혹은 Cause of Overpressure (산정 근거)
시나리오에 따라 결정되는 아주 중요한 수치입니다.
1) 과압 발생 시나리오와 적용 수치
공정 내에서 압력이 상승하는 원인은 매우 다양합니다.
밸브 후단이 막히는 경우 (Blocked Outlet), 온도 상승에 따른 팽창
(Thermal Expansion), 조절 밸브의 고장 (CV Failure), 그리고 화재(External Fire)
등이 대표적입니다.
이때 우리가 기억해야 할 핵심 기준은 다음과 같습니다.
Fire Case (21%): 시나리오에 'Fire'라는 글자가 포함되어 있다면 과압 수치는 21%가 적용됩니다.
Non-Fire Case (10%): 화재 이외의 일반적인 공정 이상 상황에서는
보통 10%를 적용한다고 이해하시면 됩니다.
2) 16%라는 수치는 언제 사용되나요?
간혹 16%라는 숫자를 보실 수도 있는데, 이는 Multiple Valve(다중 밸브) 사양일 때
사용됩니다. 요구되는 배출 용량이 너무 커서 하나의 안전밸브로 감당하기 어려울 때
두 개 이상의 밸브를 나란히 설치하게 되는데, 이때 첫 번째 밸브에 적용되는
기준입니다. (흔한 케이스는 아니므로, 다중 밸브 설치 시 사용되는 기준 정도로만
알고 계셔도 충분합니다.)
3) Overpressure의 진짜 의미는 무엇일까요?
쉽게 설명하자면, "안전밸브가 터진 후에도 압력이 최대로 어디까지 올라갈 수
있는가"를 허용하는 범위입니다. 안전밸브는 설정 압력(Set Pressure)에서 작동을
시작하지만, 압력이 즉각적으로 내려가는 것이 아니라 배출되는 동안
일정 구간까지는 압력이 더 상승하게 됩니다.
예를 들어보겠습니다 (Set Pressure 10 barg / Overpressure 10% 기준): 10 barg
에서 PSV가 작동했다고 해서 압력이 바로 떨어지는 것이 아닙니다. 10.3, 10.5를 거쳐 설정 압력의 10%인 최대 11 barg까지 압력이 올라갈 수 있음을 의미합니다.
즉, 시스템이 최대 11 barg까지 상승하는 것은 허용하되, 그 이상은 넘지 않도록
설계되었다는 뜻입니다.
Fire Case(21%)의 경우라면? 동일하게 10 barg 세팅일 때, 화재 상황에서는
최대 12.1 barg까지 압력이 올라갈 수 있다는 것을 의미합니다.
CDTP (=SPRING SETTING PRESSURE)
PSV 데이터 시트를 보면 CDTP라는 용어를 자주 접하게 됩니다. API 520 Code에서는
이를 Cold Differential Test Pressure라고 명기하고 있습니다.
간단히 설명하자면, 안전밸브를 제작·테스트하는 공장 환경과 실제 설치되는
현장의 환경(온도, 압력 등) 차이를 보정해 주는 값을 의미합니다.
예를 들어, 현장은 온도가 150℃ 이상이고 배압이 상존하는 가혹한 조건일지라도,
제작 공장에서는 이와 똑같은 조건을 구현하여 테스트하기가 어렵습니다.
따라서 현장에서 제 압력에 정확히 작동할 수 있도록 공장 출하 단계에서 미리 보정된
압력으로 세팅을 진행하는 것입니다.
CDTP 보정에는 크게 '압력 보정'과 '온도 보정' 두 가지가 있습니다.
1) 압력에 대한 보정 (Pressure Compensation)
압력 보정은 Conventional Type 일 때, Constant Back Pressure(상시 배압)가 존재하는
경우에 적용합니다.
상시 배압의 영향: 'Constant Back Pressure'는 밸브 출구 측에 항상 걸려 있는 압력입니다. 이 배압이 디스크를 위에서 누르는 스프링의 힘과 합쳐지기 때문에 밸브가 정해진
압력에서 작동하지 못할 수 있습니다.
보정 방법: 만약 공장에서 보정 없이 그대로 세팅한다면, 현장에서는 기존 스프링의
힘에 배압의 힘까지 더해져 Set Pressure보다 더 높은 압력이 되어야지 밸브가 터지게
됩니다. 따라서 현장에서 정확한 압력에 작동하게 하려면,
공장 세팅 시 [설정 압력(Set Pressure) - 상시 배압(Constant Back Pressure)]의
압력으로 세팅해야 합니다.
참고 사항: Bellows Type 밸브는 구조적으로 배압의 영향을 직접 받지 않도록 설계되어 있습니다. 따라서 이 경우에는 별도의 압력 보정이 필요하지 않습니다.
2) 온도에 대한 보정 (Temperature Compensation)
온도가 높아지면 금속 재질인 스프링의 탄성이 약해지게 됩니다.
따라서 현장의 고온 조건에서도 밸브가 정해진 압력에 정확히 작동하게 하려면,
상온인 공장에서 세팅할 때 이를 미리 고려해야 합니다.
온도 보정 계수는 각 제조사(Maker)마다 기준이 다를 수 있으나,
이해를 돕기 위해 일반적인 기준을 예로 들어보겠습니다.
(※ 아래 수치는 예시이므로 참고용으로만 봐주시기 바랍니다.)
운전 온도 (Operating Temp.) | 보정 계수 (예시) |
121℃ 이하 | 1.00 (보정 없음) |
121℃ 초과 ~ 315℃ 이하 | 1.01 |
315℃ 초과 ~ 426℃ 이하 | 1.02 |
426℃ 초과 ~ 537℃ 이하 | 1.03 |
보정 순서는 반드시 [1단계: 압력 보정]을 먼저 수행한 후,
그 결괏값에 [2단계: 온도 보정]을 적용해야 합니다.
이렇게 최종적으로 도출된 값이 해당 PSV의 CDTP가 됩니다.
3) 사례별 CDTP 계산 예시.
몇 가지 예시를 통해 실제 CDTP가 어떻게 계산되는지 확인해 보겠습니다.
예시 1) Conventional Type (고온 + 상시 배압)
조건: Set 10 barg / Constant Back Pre. 0.5 barg / Temp. 150℃
① 압력 보정: 10 - 0.5 = 9.5 barg
② 온도 보정: 9.5 barg × 1.01 = 9.595 barg (최종 CDTP)
예시 2) Conventional Type (저온 + 상시 배압)
조건: Set 10 barg / Constant Back Pre. 0.5 barg / Temp. 40℃
① 압력 보정: 10 - 0.5 = 9.5 barg
② 온도 보정: 보정 없음 (계수 1) = 9.5 barg (최종 CDTP)
예시 3) Bellows Type (고온 + 상시 배압)
조건: Set 10 barg / Constant Back Pre. 0.5 barg / Temp. 150℃
① 압력 보정: 적용 안 함 (Bellows Type은 별도의 압력 보정 적용하지 않음) = 10 barg
② 온도 보정: 10 barg × 1.01 = 10.1 barg (최종 CDTP)
4) 결론 : 왜 CDTP 세팅이 필수인가?
고객사에서 요청한 세팅 압력이 10 barg라고 하더라도,PSV는 반드시 CDTP 값에 따라
세팅 된 상태로 출하 되어야 합니다.
단순히 Set Pressure를 10 barg에 맞춰 출고 할 경우, 실제 현장의 압력 및 온도 조건이
충분히 반영되지 않아 PSV가 의도한 압력에서 정상적으로 작동하지 않을 가능성이 있습니다.
따라서 PSV가 현장 운전 조건에서 정확하게 작동하도록 하기 위해서는,
압력과 온도 조건을 고려한 CDTP 기준으로 세팅 후 출하하는 것이 필수적입니다.
이러한 이유로, CDTP는 단순한 계산값이 아니라 실제 공장에서 설정되는
‘스프링 세팅값(Spring Setting Pressure)’ 이라고 표현하는 겁니다.
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[PSV 기술 연재를 마무리하며: 감사의 마음과 새로운 약속]
본 자료는 안전밸브에 대한 기초적인 내용을 정리하여, 플랜트 현장의 실무자분들부터
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까지 관련 분야에 종사하시는 모든 분께 작게나마 도움이 되기를 바라는 마음으로
준비하였습니다. 이 기록이 실무를 이해하는 데 있어 여러분께 작은 길잡이가 되기를
진심으로 희망합니다.
무엇보다 이 자료는, 제가 새로운 시작을 위해 정들었던 자리를 떠나며 그동안 긴밀하게 소통해
온 여러 거래처 담당자분들께 감사의 마음을 전하고자 정성껏 정리한 저만의 '마지막 리포트'
이기도 합니다. 비록 제 소속과 자리는 바뀌었지만, 여러분의 업무 현장에 이 자료가 조금이나마
보탬이 되기를 바라는 제 마음에는 변함이 없습니다.
이상으로 5회에 걸친 PSV(안전밸브) 기술 연재를 모두 마치겠습니다. 다만 본 자료는 기초 개념과 실무 활용을 중심으로 구성된 만큼, 보다 정확하고 상세한 기술적 사양에 대해서는
반드시 각 제조사의 매뉴얼과 공식 기술자료를 참고하시고, 필요한 경우 제조사 엔지니어와
상담하시기를 권장드립니다.
비록 안전밸브 연재는 여기서 마무리되지만, 저의 행보는 멈추지 않습니다.
앞으로도 네프스(NEFSS)라는 이름으로, 안전밸브 뿐만 아니라 플랜트 현장에 필요한 다양한
종류의 밸브 및 배관 자재에 대해 더욱 깊이 있고 유익한 정보를 소개해 드릴 것을 약속드립니다.
항상 현장에서 안전과 품질을 위해 애쓰고 계신 여러분의 노고에 깊은 존경의 마음을 전하며,
끝까지 이 글을 읽어주셔서 진심으로 감사드립니다.
앞으로도 여러분의 앞날에 늘 건강과 평안이 함께하시기를 기원합니다.
네프스(NEFSS)는 단순한 자재 공급을 넘어, 현장의 안전을 함께 고민하는 파트너가 되겠습니다.
감사합니다.
네프스(NEFSS) Nick 올림
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