현재 가장 많이 사용되고 있는 스프링식 안전밸브는 스프링과 설정치 드리프트, 누설 취약성, 채터링에 의한 시트 파손등의 문제점을 지니고 있다. 안전밸브 디스크에서 발생하는 유체 누설은 안전밸브 설정압력 개방에 영향을 주며, 시트(Seat)면의 이물질 삽입, 균열 및 유체에 의한 침식(Erosion) 등에 의해 밸브 핵심 부품이 쉽게 손상되어 기기 성능 저하를 초래하게 된다. 따라서 유체 누설을 조기에 탐지하고 정량화하여 해당 기기의 상태정보 제공을 통한 누설 감지 기법 연구가 요구된다. 원자력 발전소의 경우 밸브에서 유체가 누설되면 밸브의 오작동 및 운전 안정성 저해 요인이 된다. 따라서 본 연구에서는 음향방출법을 이용하여 안전밸브의 유체 누설을 평가하고, 안전밸브의 음향신호 측정 위치 선정 및 누설량에 따른 음향신호를 분석하고자 한다.
LNG 안전밸브는 LNG 수송배관 내부의 압력조절에 사용되며, 안전밸브를 통하는 유동은 소음과 진동을 동반하기 때문에 시스템에 부정적으로 작용한다. 본 연구에서는 LNG 안전밸브의 실용적인 설계를 위하여, 2차원 축대칭 압축성 Navier-Stokes 방정식에 의한 유한 체적법을 사용하여 LNG 안전밸브를 통하는 압축성 유동의 특성을 수치해석적 방법으로 조사하였으며, 이론해석결과와 비교하였다. 수치해석 결과, 밸브판의 형상 및 노즐출구와 밸브판 사이의 간격은 밸브판에 미치는 기체역학적 힘에 상당한 영향을 미치며, 밸브판에서 추력계수가 급격하게 증가하는 노즐출구와 밸브판 사이의 거리가 존재하는 것을 알았다.
LNG / LNG-FPSO선박에 사용되는 안전밸브는 배관 시스템으로부터 유체를 방출하여 시스템의 압력을 일정하게 유지시키는데 중요한 역할을 한다. 이러한 안전밸브의 기능적 특성으로 인해 유출계수는 밸브의 성능 중 가장 큰 비중을 차지하며, 선급의 인정을 받기 위해서는 0.8이상의 유출계수가 요구되고 있다. 밸브 성능을 향상시키기 위해서 밸브 내부에서 발생하는 유동특성에 대한 정확한 이해가 필요함에도 불구하고 대부분의 밸브 설계의 경우 현장 작업자들의 경험과 실험에 의한 시행착오에 의존하고 있다. 본 논문에서는 안전밸브에 대한 유동해석을 통해 밸브 내부에 발생하는 압축성 유동현상을 고찰하였고, 실험과 해석에 의한 유출계수를 비교하여 유동해석의 타당성을 검증하였으며, 안전밸브를 지나는 공기의 질량유량을 예측하기 위한 유동해석 모델을 확립하였다.
알람밸브는 습식 스프링쿨러 시스템에 필수적으로 사용되는 밸브로써 알람밸브의 오작동 및 고장 등은 치명적인 인명 및 재산의 손실을 가져 올 수 있으므로 소방밸브의 안전성 기준은 매우 높다. 이에 현재 제작되고 있는 알람 밸브는 강도 안전성 측면에서 매우 안전하게 설계가 되어있으며 주철 재질로 주물을 통해 제작된다. 하지만 이러한 과도한 안전설계는 오히려 과도한 무게의 부담으로 시스템에 무게 부담을 주기도 한다. 그러므로 본 논문에서는 밸브의 무게를 경감시키면서 충분한 강도안전성을 가지는 밸브의 설계안을 제시하고 유한요소 해석을 통하여 그 결과를 살펴보았다.
안전밸브는 정압기지 내에 정압기의 파괴 또는 관 내 수분의 응축 등으로 인한 관내 압력의 비정상적인 증가를 자동적으로 완화시켜주는 메커니즘을 가지고 있는 밸브이다. 따라서 정압기지의 안전을 위해서 안전밸브의 유동 특성과 유동 형태를 살펴보는 것은 매우 중요하다. 본 논문은 안전밸브의 분출용량과 필요분출면적에 따른 유동 특성을 수치해석을 통해서 분석하였다. 본 결과를 국내 외 안전밸브 관련 규정인 미국의 API(America Petroleum Institute), 유럽 연합의 EN(European Standard), 프랑스의 NF(Norme Francise)를 이용하여 분석, 비교하였다. 또한 안전밸브의 최대 필요 분출 면적을 이용하여 국내 및 국외 규정을 각각 적용하였을 때의 안전밸브의 필요 설치 수량에 대한 고찰을 해보았다.
본 연구는 주택용 가스배관 체크앵글 안전밸브에 관한 것으로 긴급 발생시 1초 이내에 수동으로 차단이 가능하고, 또 손의 힘으로 가압 3kg에 터치가 가능 하도록 하고, 또 긴급시 차단 작동 후 차단 볼 지름이 7mm로 번복 사용이 가능하도록 기술 개발 하였다. 연구결과 첫째 밸브 작동 후. 평균 0.61 초로 나타났다. 따라서 안전밸브로서 사용하여도 작동에는 문제가 없는 것으로 나타났다. 둘째, 손의 힘으로 가압 3kg이내 터치에 모두 작동 되었다. 셋째, 차단 볼 지름이 7mm로 번복 사용한 결과 모두 이상 없는 것으로 나타났다. 본 연구에서 가스배관 체크앵글 안전밸브를 개발하고 기존 밸브와의 시험을 통하여 성능을 검증한 것에 의미가 있다.
본 연구는 이동식 부탄연소기에 사용되는 1회용 부탄캔의 변형 및 폭발을 방지하기 위하여, 캔에 안전밸브를 장착한 폭발방지 부탄캔에 대한 사용 중 안전성을 평가하였다. 실제 사용환경에서 설계압력의 오차 범위 내에서 안전밸브가 작동하는지, 안전밸브의 분출유량은 캔의 변형 및 폭발을 방지하기에 적정하게 설계되었는지, 그리고 안전밸브 작동으로 인하여 가스가 누출되었을 때 주변의 점화원에 의한 화재 및 폭발의 위험성 등을 평가하였다. 본 연구를 통해 개발제품이 외부열원에 의한 부탄캔의 내압상승을 방지하여 캔의 폭발을 방지하는 것으로 평가되었다.
본 연구는 LP가스 용기용 밸브의 개발에 관한 것으로 안전밸브의 개념을 도입했다. LP가스 용기는 사용의 편리성 때문에 많이 이용되고 있지만 많은 사고가 발생되고 있다. 특히 자해나 남을 해할 목적으로 이용되기도 하며 때때로 시위도구로 사용되기도 한다. 정부에서는 이와같은 사고를 줄이기 위하여 과류밸브를 사용하도록 의무화하고 있지만 제품개발이 뒤따르지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 과류밸브보다 근원적 안전개념을 도입한 안전밸브의 개념을 소개한다. 이것은 기존의 밸브에 모듈을 삽입하는 방법으로 개발되었으며 밸브에 호스나 조정기가 연결되지 않은 상태에서는 가스의 흐름이 억제된다. 또한 정상 사용중이더라도 호스가 절단되거나 과류가 발생되면 즉시 가스의 흐름은 차단된다.
안전밸브는 높은 압력을 사용하고 있는 공장들의 안전을 확보하기 위한 최후의 수단이다. 안전밸브의 고장은 대형사고로 이어지므로, 주기적으로 작동성능을 점검하도록 법으로 정해져 있다. 현재 안전밸브의 작동성능을 확인하기 위해서 직접검사방법을 이용하고 있으나 이는 검사 사각지대의 유무, 비용 및 효율적인 손실 등으로 인해 운전 중 검사 방법의 개발이 요구 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 안전밸브 성능검사 결과자료를 분석하여 국가 산업단지의 불안전한 안전밸브 상태를 살펴봄으로써 현재 운용 중인 직접검사법만으로는 안전성의 확보에 한계가 있음을 확인했다. 이에 따라 직접검사법의 한계를 극복하기 위하여 운전 중 검사법 도입의 필요성을 검토하고, 필수 기반 시설에의 적용을 의무화 하는 등 공정 운전 중에도 안전밸브의 검사가 가능한 방법의 개발과 관련 제도의 변화가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 현재 일반가정이나 영업소에서 사용중인 액화석유가스 용기용밸브의 문제점을 제시하고, L.P 가스사고를 예방할 수 있는 LPG용 과류밸브의 과류차단장치를 개발${\cdot}$제작함에 있어 고압가스 안전관리기준 통합고시 ${\lceil}$제12장 4절 과류차단형 액화석유가스 용기용밸브${\rfloor}$에서 규정한 과류차단 성능시험을 실시하는데 필요한 여러 가지 변수를 선정하여 차단장치의 형상에 따른 최적의 차단 유량 범위를 찾고자 실험을 실시하였으며, 보다 궁극적으로는 일반 용기용밸브가 가진 문제점을 조속히 해결하고 진정한 의미의 안전밸브를 개발하는데 목적이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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