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Aug 25, 2023

복잡한 공정 배관 시스템에 밸브 폐쇄 개념 적용

워터해머 현상으로 인해 붕괴 등 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.

수격 현상이라고 불리는 현상은 파이프 붕괴 및 배관이 지지대에서 떨어져 나가는 것과 같은 위험한 시나리오로 이어질 수 있습니다. 수격 현상은 크거나 작은 압력 서지가 배관 시스템을 빠르게 통과할 때 발생합니다. 끔찍하게 들릴 뿐만 아니라 엄청나게 파괴적일 수 있습니다. 수격 현상은 배관 시스템이 한 정상 상태 작동에서 다른 정상 상태 작동으로 전환할 때 겪는 프로세스입니다. 이는 모든 배관 시스템에 존재하며 물 시스템에만 국한되지 않습니다. 수격 현상은 계획된 운영 변경뿐만 아니라 갑작스러운 계획되지 않은 혼란으로 인해 발생할 수 있습니다.

때때로 사용자는 시스템에 워터 해머가 없다고 주장하지만 이는 사실이 아닙니다. 펌프가 시동되는 동안에도 시스템에 수격 현상이 발생합니다. 수격 현상의 원인이 무엇인지, 그리고 그것이 얼마나 심각할 수 있는지를 판단해야 합니다.

ASME(미국기계공학회) B31.3 및 B31.4 배관 규정은 배관 시스템에 광범위하게 적용되는 표준입니다.1 프로세스 배관에 대한 ASME B31.3의 섹션 301.2.2에서는 필요한 압력 억제 또는 완화에 대해 논의합니다. 섹션 301.2.2에는 다음이 명시되어 있습니다.

a) 배관에 가해질 수 있는 압력을 안전하게 억제하거나 완화할 수 있는 조치를 취해야 합니다. 압력 완화 장치로 보호되지 않거나 압력 완화 장치로부터 격리될 수 있는 배관은 최소한 발생 가능한 최고 압력에 맞게 설계되어야 합니다.

b) 고려해야 할 압력 원인에는 주변 영향, 압력 진동 및 서지, 부적절한 작동, 불안정한 유체의 분해, 정적 수두 및 제어 장치 고장이 포함됩니다.

c) para. para.의 다른 요구 사항이 있는 경우 302.2.4(f)가 허용됩니다. 302.2.4도 충족됩니다.

이를 위해서는 높은 압력을 고려한 시스템 설계가 필요합니다. 다른 섹션에서는 간헐적인 압력 변화가 무엇인지, 그리고 허용될 수 있는 것이 무엇인지 논의합니다. "액체 탄화수소 및 기타 액체를 위한 파이프라인 운송 시스템"에 대한 ASME B31.4는 또한 내부 설계 압력을 다루고 "서지 및 정상 작동의 기타 변동으로 인해 최대 정상 상태 작동 압력을 초과하는 압력 상승은 단락 402.2에 따라 허용됩니다"라고 언급합니다. .4." 섹션 402.2.4에는 "서지 계산이 이루어져야 하며, 서지 및 기타 정상 작동 변동으로 인한 압력 상승 수준이 어떠한 경우에도 내부 설계 압력을 초과하지 않도록 적절한 제어 및 보호 장비가 제공되어야 합니다. 배관 시스템과 장비의 포인트를 10% 이상 줄였습니다."

전반적으로 시스템을 보호하려면 수격 현상과 압력 서지를 정량화하고 해결해야 합니다. 워터해머는 다양한 방법으로 도입될 수 있습니다. 고전적인 예는 빠른 밸브 폐쇄의 예이며 종종 수격 현상의 개념을 설명하는 데 사용됩니다. 수격 현상 관련 문헌에서는 가장 잠재적인 재앙을 초래할 수 있는 수격 현상의 원인인 빠른 밸브 폐쇄 사건을 자주 다루고 있습니다. 그러나 워터 해머는 펌프 트립 이벤트, 펌프 시동 이벤트, 과도한 압력으로 인해 릴리프 밸브가 열리고 닫히는 현상, 제어 밸브 고장, 체크 밸브 슬래밍 등으로 인해 발생할 수도 있습니다.

수격 현상을 설명하는 데 자주 사용되는 고전적인 빠른 밸브 폐쇄 예는 일반적으로 순간적인 사건에 대한 최대 이론적 압력 서지를 계산하는 데 사용되는 Joukowsky 방정식을 논의합니다. Joukowsky 방정식은 유체 밀도, 유체의 파동 속도 및 속도 변화에 따라 달라집니다.2 Joukowsky 방정식은 즉각적인 속도 변화를 일으키는 모든 것에 적용될 수 있습니다. 최대 이론적 서지 압력을 결정하기 위해 Joukowsky 방정식을 사용하는 것은 유용한 출발점입니다. 그러나 방정식이 예측한 것보다 더 큰 압력 서지를 경험할 수 있는 경우가 있습니다.

이런 일이 발생할 수 있는 사례의 예로는 시스템이나 라인 패킹에 일시적인 캐비테이션이 있는 경우입니다. 즉, 빠른 밸브 폐쇄 예는 수격 현상을 이해하는 데 좋은 방법입니다. 수격 현상 중 압력 반응을 정량화하는 데 다양한 방법을 사용할 수 있으며 이러한 계산은 복잡하고 힘들 수 있습니다. 한 가지 방법은 특성 그리드 접근법에서 과도 질량 및 운동량 균형 방정식을 푸는 특성 방법입니다.4 이러한 계산을 밸브 폐쇄 예에 적용하여 밸브의 서지 압력이 시간에 따라 어떻게 변하는지 결정하는 것은 그리 어렵지 않습니다. 문제는 문헌이 종종 물이 ​​포함된 단일 직선 파이프 흐름 경로의 맥락에서 빠른 밸브 폐쇄 예를 보여주고, 여러 흐름 경로, 펌프, 서지 억제 장치 등이 있는 보다 복잡한 시스템에 대한 지침을 제공하거나 계산을 거의 보여주지 않는다는 것입니다.