233. 공정 배관·계장도(P&ID) 작성방법 - PSM

최종수정일 : 2023.05.08

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233. 공정 배관･계장도(P&ID) 작성방법

작성예시(1)

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작성방법

공정의 정상운전, 비상운전, 시운전 및 운전정지시에 필요한 모든 공정장치, 동력기계, 배관, 공정제어 및 계기등을 표시하고 이들 상호간에 연관 관계를 나타내 주며 상세설계, 건설, 변경, 유지보수 및 운전을 하는 데 기본이 되는

도면으로서 아래 사항을 상세히 표시하여야 한다.

(가) 장치 및 동력기계

설치 예비기기를 포함한 모든 공정설비를 표시

◦ 모든 장치와 장치의 고유번호, 명칭, 용량, 전열량 및 재질 등의 기본 사양

◦ 모든 동력기계와 동력기계의 고유번호, 명칭, 용량 및 동력원(전동기, 터빈 또는 엔진 등) 등의 기본사양

◦ 탑류, 반응기 및 드럼 등의 경우에는 맨홀, 트레이(Tray)의 단수, 분배기(Distributor) 등 내부의 부속품

◦ 모든 벤트 및 드레인

◦ 장치 및 동력기계의 연결부

◦ 장치 및 동력기계의 보온 또는 트레이싱(Heat Tracing)

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(나) 배관

모든 배관 및 닥트와 유체의 흐름방향 등을 표시

◦ 배관 및 닥트의 직경, 배관번호, 재질, 플렌지규격

◦ 모든 배관에 설치되어 있는 벤트 및 드레인

◦ 모든 수동밸브 및 밸브의 종류

◦ 특별한 부속품류, 시료채취배관 및 시운전용 영구 배관

◦ 증기나 전기에 의한 트레이싱(Heat Tracing)

◦ 보온의 종류

◦ 배관의 재질이 바뀌는 위치

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(다) 계측기기

모든 계기 및 자동조절밸브 등을 표시

◦ 센서, 조절기, 지시계, 기록계, 경보계 등을 포함한 제어 계통

◦ 분산제어시스템 또는 아날로그 등 제어장치의 구분

◦ 현장설치계기, 현장판넬계기, 중앙판넬계기 등의 구분

◦ 고유번호, 종류, 형식, 기능

◦ 자동조절밸브와 긴급차단밸브의 크기 및 정전과 같은 이상시 밸브의 개폐 위치

◦ 공기 또는 전기 등 신호라인

◦ 안전밸브의 크기, 설정압력 및 토출측의 연결부위

◦ 계장용 배관 및 계기의 보온종류

◦ 비상정지를 위한 연동시스템

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3. 관련 법규

고용노동부 - 고시 공정안전보고서의 제출·심사·확인 및 이행상태평가 등에 관한 규정

제22조(공정도면)

③ 공정배관ㆍ계장도에는 다음 각 호의 사항을 상세히 표시하여야 한다.

1. 모든 동력기계와 장치 및 설비의 명칭, 기기번호 및 주요 명세(예비기기를 포함한다) 등

2. 모든 배관의 공칭직경, 라인번호, 재질, 플랜지의 공칭압력 등

3. 설치되는 모든 밸브류 및 모든 배관의 부속품 등

4. 배관 및 기기의 열 유지 및 보온ㆍ보냉

5. 모든 계기류의 번호, 종류 및 기능 등

6. 제어밸브(Control Valve)의 작동 중지시의 상태

7. 안전밸브 등의 크기 및 설정압력

8. 인터록 및 조업 중지 여부

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4. 참고사항

(가) 안전밸브 등

1) 안전밸브 설치 대상 (산업안전보건기준에 관한 규칙 제261조)

◦ 압력용기(안지름이 150㎜이하인 압력용기는 제외하며, 관형 열교환기는 관의 파열로 인한 압력상승이 동체의 최고 사용압력을 초과할 우려가 있는 경우에 한한다)

◦ 정변위 압축기(다단압축기인 경우에는 압축기의 각단)

◦ 정변위 펌프(토출축에 차단밸브가 설치된 것에 한한다)

◦ 배관(2개 이상의 밸브에 의하여 차단되어 대기온도에서 액체의 열팽창에 의하여 구조적으로 파열이 우려되는 것에 한한다)

◦ 기타 화학설비 및 그 부속설비(이상화학반응, 밸브의 막힘 등 이상상태로 인한 압력상승으로 당해 설비의 최고사용압력을 구조적으로 초과할 우려가 있는 것에 한한다)

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2) 파열판 설치 대상 (산업안전보건기준에 관한 규칙 제262조)

◦ 반응폭주 등 급격한 압력상승의 우려가 있는 경우

◦ 독성물질의 누출로 인하여 주위의 작업환경을 오염시킬 우려가 있는 경우

◦ 운전중 안전밸브에 이상물질이 누적되어 안전밸브가 작동되지 아니할 우려가 있는 경우

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3) 파열판과 안전밸브의 직렬설치 (산업안전보건기준에 관한 규칙 제263조)

대량의 독성물질이 지속적으로 외부에 유출될 수 있는 화학설비 및 그 부속설비에는 파열판과 안전밸브를 직렬로 설치하고 그 사이에는 압력지시계 또는 자동경보장치를 설치하여야 함

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4) 차단밸브의 설치금지 (산업안전보건기준에 관한 규칙 제266조)

안전밸브 등의 전･후단에는 차단밸브를 설치 금지. 다만, 다음의 경우에는 자물쇠형 또는 이에 준하는 형식의 차단밸브를 설치할 수 있음

◦ 인접한 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 등이 각각 설치되어 있고 당해 화학설비 및 그 부속설비의 연결배관에 차단밸브가 없는 경우

◦ 안전밸브 등의 배출용량의 2분의 1이상에 해당하는 용량의 자동압력조절 밸브(구동용 동력원의 공급을 차단할 경우 열리는 구조인 것에 한한다)와 안전밸브 등이 병렬로 연결된 경우

◦ 화학설비 및 그 부속설비에 안전밸브 등이 복수방식으로 설치되어 있는 경우

◦ 예비용 설비를 설치하고 각각의 설비에 안전밸브 등이 설치되어 있는 경우

◦ 열팽창에 의하여 상승된 압력을 낮추기 위한 목적으로 안전밸브가 설치된 경우

◦ 하나의 플레어스택(flare stack)에 둘 이상의 단위공정의 플레어헤더(flare header)를 연결하여 사용하는 경우로서 각각의 단위공정의 플레어 헤더에 설치된 차단밸브의 열림･닫힘 상태를 중앙제어실에서 알 수 있도록 조치한 경우

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5) 배출물질의 처리​ (산업안전보건기준에 관한 규칙 제267조)

안전밸브 등으로부터 배출되는 위험물을 연소･흡수･세정(洗淨)･포집(捕集) 또는 회수 등의 방법으로 처리하여야 함. 다만, 다음의 경우에는 배출되는 위험물을 안전한 장소로 유도하여 외부로 직접 배출할 수 있음

◦ 배출물질을 연소･흡수･세정(洗淨)･포집(捕集) 또는 회수 등의 방법으로 처리할 경우에 파열판의 기능을 저해할 우려가 있는 경우

◦ 배출물질을 연소처리할 경우에 유해성가스를 발생시킬 우려가 있는 경우

◦ 고압상태의 위험물이 대량으로 배출되어 연소･흡수･세정(洗淨)･포집(捕集) 또는 회수 등의 방법으로 완전한 처리가 불가능한 경우

◦ 공정설비가 있는 지역과 떨어진 인화성가스 또는 인화성물질 저장탱크에 안전밸브 등이 설치된 경우로서 저장탱크에 냉각설비 또는 자동소화설비 등 안전상의 조치를 하였을 경우

◦ 그 밖에 배출량이 적거나 배출시 급격히 분산되어 재해의 우려가 없으며, 냉각설비 또는 자동소화설비 등 안전상의 조치를 하였을 경우

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6) 근거 및 참고자료

◦ 안전보건규칙 제261조(안전밸브 등의 설치)

◦ 안전보건규칙 제262조(파열판의 설치)

◦ 안전보건규칙 제263조(파열판 및 안전밸브의 직렬설치)

◦ 안전보건규칙 제266조(차단밸브의 설치금지)

◦ 안전보건규칙 제267조(배출물질의 처리)

◦ KOSHA GUIDE D-18-2016(안전밸브 등의 배출용량 산정 및 설치 등에 관한 기술지침)

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(나) 통기관 등

1) 개요

◦ 통기관 : 탱크가 진공 또는 가압 상태가 되지 않도록 대기로 개방된 배관

◦ 통기설비 : 탱크의 정상운전을 위해 설치한 통기관, 통기(Breather) 밸브 등

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2) 설치 대상

인화성 물질을 저장･취급하는 대기압 탱크 및 인화점이 60℃를 초과하는 물질을 인화점 이상에서 저장･취급하는 대기압 탱크에 설치함

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3) 통기밸브 또는 통기관

위험물질(인화점 38℃ 미만인 물질 또는 인화점 이상으로 운전되는 물질)을 저장･취급하고 있는 탱크의 통기관에는 통기밸브를 설치하여야 함. 다만, 저장･취급하는 물질이 응축, 부식, 결정, 중합 또는 결빙되는 성질이 있는 경우에는 통기밸브의 설치를 생략할 수 있음

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4) 긴급통기설비 (Emergency vent)

정상운전시의 통기설비로서는 외부화재로 인해 탱크에서 발생되는 긴급배기량을 방출시킬 수 없는 경우에는 긴급통기설비를 설치하여야 함

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5) 근거 및 참고자료

◦ 안전보건규칙 제268조(통기설비)

◦ KOSHA GUIDE D-14-2018(통기설비 설치에 관한 기술지침)

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(다) 화염방지기

1) 개요

외부의 화염이 탱크 내부로 전파되는 것을 방지함

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2) 설치 대상

인화점이 38℃ 이하인 인화성 액체를 저장･취급하는 설비로서 증기 또는 가스를 대기로 방출하는 경우에 설치하여야 함. 다만, 인화점이 38℃ 이상 60℃ 이하의 인화성 액체인 경우에는 인화방지망을 설치할 수 있음

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3) 폭굉용 화염방지기

증기 또는 가스를 대기로 방출하지 않고 배관을 통해 처리설비로 방출하는 경우에는 기존에 설치된 폭연용 화염방지기가 아닌 폭굉용 화염방지기를 설치하거나 폭연용 화염방지기 전단에 취약부위(파열판 등)를 만들어 폭굉 전파시 대기로 방출할 수 있어야 함

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4) 설치 사례

◦ 폭연용 화염방지기 : 납사저장탱크 등 인화성물질의 증기를 대기로 방출하는 상압저장탱크

◦ 폭굉용 화염방지기 : 인화성물질의 증기를 대기로 방출하지 않고 RTO 등에 연결된 통기관

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5) 근거 및 참고자료

◦ 안전보건규칙 제269조(화염방지기의 설치 등)

◦ KOSHA GUIDE P-70-2019(화염방지기 설치 등에 관한 기술지침)

◦ KS B 6845 화염방지장치의 성능시험 방법

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(라) 긴급차단밸브

1) 개요

배관상에 설치되어 주위의 화재 또는 배관에서 위험물질 누출시 원격조작 스위치에 의해 유체의 흐름을 차단할 수 있는 밸브 또는 긴급차단기능을 갖는 밸브

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2) 설치 대상

◦ 탱크인입 및 출구배관. 다만, 인입배관에는 역지밸브 등과 같이 역류방지를 위한 조치를 하였을 경우에는 예외

- 인화성가스를 액체상태로 저장하는 설계용량 5㎥이상의 탱크

- 독성물질중 1기압 35℃에서 기체로 존재하는 물질을 액체상태로 저장하는 설계용량 5㎥이상의 탱크

- 인화성물질중 인화점이 30℃미만인 물질을 저장하는 것으로 사방이 벽으로 둘러쌓여 있는 건축물내에 설치되는 설계용량 10㎥이상의 탱크

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◦ 탑류하부의 출구배관

- 인화성가스의 액체 정체량이 10㎥이상인 탑류

- 비점(1 기압하) 이상에서 운전되는 독성물질의 정체량이 10㎥ 이상인 탑류

- 비점(1 기압하) 이상에서 운전되는 인화성물질의 정체량이 30㎥ 이상인 탑류

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◦ 연속으로 운전되는 발열반응기. 다만 회분식 반응기 중에서 반응에 관계되는 하나의 원료라도 한 배치(batch) 동안 연속적으로 투입되는 경우는 해당됨

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3) 설치 사례

◦ 탱크류: BD탱크, C4탱크, 납사탱크, C2- C3-탱크, SM탱크, BTX탱크 등

◦ 탑류: Gasoil Stripper, HFO Stripper, Gasoline Stripper, Deethanizer, Propylene Fractionator, Regeneration Gas Scrubber 등

◦ 발열반응기 및 가열로: 에탄가열로, 납사가열로, MAPD Converter, AcetyleneConverter 등

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4) 근거 및 참고자료

◦ 안전보건규칙 제275조(긴급차단장치의 설치 등)

◦ KOSHA Guide D-11-2012(긴급차단밸브 설치에 관한 기술지침)

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(마) 열팽창용 안전밸브

1) 개요

2개 이상의 밸브 또는 맹판(Blind flange) 등으로 차단된 배관내의 액체가 외부 열원에 의한 열팽창으로 인해 배관이 파열되는 것을 방지하기 위하여 설치하는 안전밸브

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2) 설치 대상

열팽창용 안전밸브는 인화성 물질, 인화성 가스, 독성물질 및 물 등을 액체 상태로 취급하는 배관계가 2개의 밸브로 차단되어 다음과 같은 열원에 의해 가열되는 경우에 설치함 다만, 물을 취급하는 경우에는 열교환기의 냉각용 배관계에 한하여 열팽창용 안전밸브를 설치함

◦ 가열로 또는 열교환기와 같은 공정열

◦ 수증기, 열매유 또는 전기에 의한 배관 가열

◦ 태양의 복사열

◦ 대기온도 상승

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3) 설치 대상 제외

다음과 같은 안전상의 조치를 하는 경우에는 열팽창용 안전밸브의 설치를 생략 가능

◦ 차단된 배관계에 열팽창을 흡수할 수 있는 용기를 설치하는 경우

◦ 액체의 흐름이 완전히 차단되지 않도록 밸브 자체에 기계적 조치 등을 한 경우

◦ 전기 등을 이용하여 배관계를 가열할 때 배관내의 액체가 운전온도 이상으로 과열되지 않도록 온도 조절장치 또는 전원 차단장치를 설치한 경우

◦ 태양의 복사열 또는 대기온도 상승에 의한 열원이 배관계내로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 배관을 지하에 매설한 경우

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4) 근거 및 참고자료

◦ 안전보건규칙 제261조(안전밸브 등의 설치)

◦ KOSHA Guide D-31-2012(열팽창용 안전밸브의 기술지침)

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(바) Control Valve의 Failure Position

1) 개요

◦ Control Valve는 공정에서 필요한 공정조건(압력, 온도, 유량, 액위)을 얻기 위해 배관 내의 유체의 유량을 제어하는 밸브임

◦ Control Valve에는 운전원이 손으로 조절하는 Manual Valve가 있고, Valve에 Actuator를 장착하여 조정실에서 원격으로 조절할 수 있는 Control Valve가 있음

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2) 일반사항

전원, 계장용 공기 등 Control Valve 작동원이 차단될 경우 보다 안전한 Valve 상태로 가도록 설계함

◦ Fail Close : 작동원이 차단될 경우 Valve가 닫히는 구조

◦ Fail Open : 작동원이 차단될 경우 Valve가 열리는 구조

◦ Fail Lock 또는 Fail Hold : 작동원이 차단될 경우 Valve의 최종상태를 유지하는 구조

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3) 설치 사례

◦ 일반적인 Failure Close Position

- 분해로 원료 및 연료 공급 조절밸브

- Control Valve 및 긴급차단밸브(원료차단밸브, 연료차단밸브, 각종 증류탑 스팀 조절 밸브 등)

- Acetylene Converter의 원료 및 수소 조절밸브

- MA/PD Converter의 수소 조절밸브

- 열원(에너지원)을 통제하기 위해 공급되는 원료의 차단, 열원의 차단 밸브 등

- 공정설비의 압력조절밸브의 경우 Fail open 시에 내부에 있는 많은 물질이 배출되어 다른 문제를 일으킬 경우의 압력조절밸브

- 원심펌프 토출측의 액위콘트롤밸브 등

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◦ 일반적인 Failure Open Position

- Reflux 관련 Control Valve

- Acetylene Converter 등의 긴급방출밸브

- MA/PD Converter의 긴급방출밸브

- 일정 시간 안에 내부의 압력을 급격히 낮추어야 하는 압력조절밸브

- 원심펌프의 최소유량조절밸브

- 압축기의 Anti-surge용 압력조절밸브

- Heater 등의 연료공급라인의 Double shutoff 밸브 사이의 방출밸브 등

 

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