이 글의 목적은 고압가스 설비에서 사용되는 압력조정기(정압기 포함)에 부착된 안전밸브(릴리프 밸브)의 설정 압력 기준을 법령·KGS 코드·산업안전보건 기준 관점에서 정리하고, 설계·운전·점검 단계에서 실무자가 바로 활용할 수 있는 체크 포인트와 설정 절차를 제시하는 데 있다.
1. 압력조정기와 안전밸브의 역할 이해
1.1 압력조정기(Pressure Regulator)의 기능
압력조정기는 고압 또는 중압의 가스를 사용 압력 수준으로 낮추고, 사용 중에도 2차측 압력을 일정 범위로 유지하도록 하는 기기이다. 도시가스 설비에서는 정압기(Governor)라는 용어를 사용하며, 정압기용 압력조정기와 그 부속설비(필터, 긴급차단장치, 안전밸브, 압력기록계 등)를 통칭하여 정압기 설비라고 부른다.
산업용 실린더 압력조정기나 집단 배관용 압력조정기 등 형태는 다양하지만, 공통적으로 “1차측 고압 → 2차측 사용압”으로 감압하고, 부하 변동에 따라 자동으로 밸브 개도를 조정하여 압력을 안정시키는 기능을 가진다.
1.2 안전밸브(Safety / Relief Valve)의 기능
압력조정기에 부착되는 안전밸브(릴리프 밸브)는 압력조정기나 2차측 배관·기기에서 이상압력이 발생했을 때 일정 압력 이상에서 자동으로 개방되어 가스를 대기로 방출함으로써 과압 파손을 방지하는 최종 방호장치이다. 도시가스 정압기 설비에서는 긴급차단장치(Slam Shut Valve)와 함께 과압안전장치로 분류되며, 2차측 압력이 이상상승하는 경우 압력을 방출하여 2차측의 압력상승을 제한하는 역할을 한다.
압력조정기 자체의 내부 릴리프 기능(Internal relief type regulator)도 넓은 의미의 안전밸브 기능을 수행하며, 제품 카탈로그에서 “Safety Relief Valve”, “Internal Relief” 항목으로 설정압력 범위가 제시되는 경우가 많다.
1.3 긴급차단장치와의 차이
과압 보호장치는 크게 두 가지로 나뉜다.
- 안전밸브(릴리프 밸브) : 설정압력 이상에서 가스를 방출하여 압력을 낮추는 장치이다.
- 긴급차단장치(Slam Shut Valve) : 설정압력 이상이 되면 유입측을 기계적으로 차단하여 더 이상의 압력 상승을 막는 장치이다.
압력조정기 설계에서는 보통 두 장치를 병행 사용하여, 긴급차단장치는 대형 사고를 차단하는 “차단용”, 안전밸브는 일시적인 과압 상승을 방출하는 “완충용” 역할을 하도록 설계한다.
2. 관련 법령·기준 체계 개요
2.1 고압가스안전관리법 및 도시가스사업법
고압가스 설비에서 압력조정기와 안전밸브 설계는 다음 체계에 따라 관리된다.
- 고압가스 안전관리법 및 동 시행령·시행규칙
- 도시가스사업법 시행규칙 및 통합고시(일반도시가스사업의 가스공급시설의 시설·기술·검사기준 등)
- KGS Code : 정압기, 도시가스 공급시설, 저장탱크, 냉동설비 등 각종 시설에 대한 세부 기술기준
도시가스용 정압기 및 구역압력조정기에는 과압 발생 시 안전을 확보하기 위하여 필수적으로 안전밸브 및 가스방출관을 설치하도록 규정하고 있으며, 환상 배관망에 설치되는 정압기의 경우에는 일부 정압기의 안전밸브 작동압력을 다른 정압기보다 낮게 설정하여, 이상압력 발생 시 위해의 우려가 없는 장소로 우선 방출되도록 요구한다.
2.2 산업안전보건법(PSV 설정압력 일반 원칙)
압력조정기 안전밸브의 설정압력 기본 원칙은 산업안전보건기준에 관한 규칙의 안전밸브 작동요건과 동일한 사고 예방 철학을 따른다. 동 규칙에서는 안전밸브 등이 보호 대상 설비의 최고사용압력(상용압력) 이하에서 작동해야 하며, 안전밸브가 2개 이상인 경우 1개에 한하여 최고사용압력의 1.05배(외부 화재 대비용은 1.1배)까지 설정을 허용한다는 기준을 제시한다.
따라서 압력조정기 2차측 배관·기기 보호를 위한 안전밸브 설정압력도 원칙적으로 “보호 대상 설비의 최대허용사용압력(MAWP 또는 최고사용압력)을 초과하지 않는 범위에서, 정상 사용압력보다 약간 높은 수준”으로 설정해야 한다고 해석한다.
2.3 KOSHA 가이드의 안전밸브 설정·시험 기준
KOSHA GUIDE에서는 안전밸브의 분출압력 시험 및 시트 기밀시험 방법을 제시하고, 설정압력의 90% 수준에서 사전 누설 여부를 확인하는 등 시험 압력 수준에 대한 구체 기준을 제시한다. 이는 압력조정기 안전밸브에 대해서도 동일한 시험 원리가 적용되며, 실제 설정압력이 적절했는지 확인하는 실무적인 근거가 된다.
3. 압력조정기 안전밸브 설정 압력의 기본 원칙
3.1 보호 대상 설비 기준·안전 철학
압력조정기 안전밸브 설정 압력은 “압력조정기 자체의 사양”이 아니라 “안전밸브가 보호해야 하는 설비의 사양”을 기준으로 결정해야 한다. 보호 대상은 보통 다음과 같다.
- 압력조정기 본체(케이싱, 다이아프램 챔버 등)
- 2차측 배관, 계측기, 플렉시블 호스
- 사용 설비(버너, 공정 장치, 도시가스 내관 등)
보호 대상 중 가장 낮은 설계압력 또는 최고사용압력을 갖는 설비를 기준으로 “안전밸브 설정압력 ≤ 그 설비의 허용압력”이 되도록 해야 한다.
3.2 기본 설정 원칙 요약
| 구분 | 기본 원칙 | 설정 시 유의사항 |
|---|---|---|
| 보호 대상 설비 기준 | 안전밸브 설정압력 ≤ 보호 대상 설비의 최고사용압력(또는 설계압력) | 가장 취약한 배관·기기 기준으로 검토한다. |
| 정상 사용압과의 관계 | 정상 사용압력보다 충분히 높되, 허용압력은 넘지 않도록 설정한다. | 너무 낮게 설정하면 빈번한 오동작·가스 방출이 발생한다. |
| 다수 안전밸브 설치 시 | 일반적으로 첫 번째 안전밸브는 최고사용압력 이하, 다른 하나는 1.05배(또는 1.1배) 범위에서 설정 가능하다. | 다단 보호 시 산업안전보건 기준의 1.05배·1.1배 허용 범위를 참고한다. |
| 환상 배관망 정압기 | 일부 정압기의 안전밸브를 다른 정압기보다 낮게 설정한다. | 이상압력 발생 시 안전한 장소로 우선 방출되도록 배관망과 함께 설계한다. |
| 제품 사양과의 관계 | 안전밸브 설정압력과 압력조정기 사양압력·최대출구압을 모두 만족해야 한다. | 제품 카탈로그에 제시된 설정 범위를 반드시 확인한다. |
3.3 압력조정기 사양압과 안전밸브 설정 관계
압력조정기 제조사 카탈로그에는 보통 다음 값들이 제시된다.
- 최대입구압력(Max inlet pressure)
- 출구 설정압력 범위(Outlet set pressure range)
- 최대출구압력 또는 Lock-up 압력
- 내장형 안전밸브(Internal relief)의 설정압력 범위
압력조정기의 설정압력이 사양압력을 초과하면 내장 안전밸브에서 연속적인 누설·소음이 발생할 수 있고, 이 경우 조정기의 설정압력을 사양압력 이하로 낮추거나 상위 사양의 조정기로 교체해야 한다는 제조사 안내가 일반적이다.
주의 : 안전밸브 설정압력은 “압력조정기 카탈로그에 적힌 최대출구압력”과 “배관·기기의 설계압력”을 동시에 만족해야 한다. 둘 중 하나라도 초과하면 설계·운전 모두 부적합이 된다.
4. 도시가스 정압기·구역압력조정기에서의 설정 기준
4.1 도시가스 정압기(정압기실) 설비 기준
일반도시가스사업의 가스공급시설 기술·검사기준에서는 정압기 설비에 대해 다음과 같은 요구사항을 제시한다.
- 정압기에는 안전밸브 및 가스방출관을 설치할 것.
- 가스방출관의 방출구는 주위에 불꽃 등이 없는 안전한 장소로, 지면으로부터 일정 높이 이상에 설치할 것.
- 정압기의 입·출구에는 가스차단장치를 설치할 것.
또한, 환상 배관망(Loop) 구조로 정압기를 복수 설치하는 경우, KGS FS552 등에서는 1개 이상의 정압기에 대해 다른 정압기의 안전밸브보다 작동압력을 낮게 설정하여, 이상압력 발생 시 위해 우려가 없는 정압기로 우선 방출하도록 규정한다.
4.2 구역압력조정기에서의 설정 기준
공동주택 등 소규모 구역에 설치하는 구역압력조정기는 정압기 설치가 어려운 구역에 중압 또는 저압 도시가스를 공급하기 위한 설비로, 다음 기준을 충족해야 한다.
- 입·출구 가스차단밸브 설치
- 도시가스압력이 비정상적으로 상승할 경우 안전을 확보하기 위한 긴급차단장치, 안전밸브, 가스방출관 설치
- 외함 내 가스누출경보기, 통풍구, 차량 추돌 방호 조치 등
구역압력조정기 안전밸브의 설정압력은 구체적인 수치(몇 kPa)는 통합고시·KGS 코드에서 압력 등급별 사용압력·최고사용압력 표와 함께 해석해야 한다. 실무에서는 “2차측 배관·기기의 최고사용압력 이하”라는 기본 원칙 하에, 압력조정기의 설정압력과 Lock-up 압력을 감안하여 약 1.05배 내외 범위에서 설정하는 경우가 많다. 다만 구체 수치는 반드시 최신 도시가스 안전관리 통합고시와 제품 사양서를 기준으로 검토해야 한다.
4.3 환상 배관망에서의 우선 방출 개념
환상 배관망에서 복수 정압기가 설치된 경우, 모든 안전밸브를 동일한 설정압력으로 맞추면 이상압력 발생 시 어느 지점에서 방출이 시작될지 예측하기 어렵고, 사람·시설이 많은 구역으로 가스가 방출될 위험이 있다. 이를 방지하기 위해 다음과 같이 설계한다.
- 가장 안전한 위치(주변 인구 밀도가 낮고 방출관 배출구가 안전한 곳에 위치한 정압기)의 안전밸브 설정압력을 가장 낮게 설정한다.
- 다른 정압기들은 이보다 약간 높은 설정압력으로 맞춰, 1차적으로 안전한 위치 정압기에서 방출이 일어나도록 한다.
이때도 모든 설정압력은 각 정압기가 보호하는 배관·설비의 최고사용압력을 넘지 않도록 설계해야 하며, 실제 설정값은 도시가스사 설계 기준서·배관망 해석 결과를 반영해야 한다.
5. 고압가스·산업용 압력조정기에서의 실무 설정 절차
5.1 단계별 설정 절차(체크리스트)
- 보호 대상 설비 범위 확정
- 압력조정기 출구부터 어느 지점까지를 해당 안전밸브가 보호하는지 범위를 구체적으로 정한다.
- 해당 구간의 배관 재질·두께, 플랜지 등급, 계측기·밸브의 허용압력을 목록화한다.
- 최소 허용 설계압력 확인
- 목록 중 가장 낮은 설계압력 또는 최고사용압력을 찾는다.
- 도면·사양서·KGS 코드·KS 규격을 통해 수치를 확인한다.
- 정상 운전압력 범위 정의
- 압력조정기 출구 설정압력(일반 사용압력)을 결정한다.
- 부하 변동·계절 변화 등을 고려한 최대 운전압력을 추정한다.
- 압력조정기 Lock-up 압력 확인
- 제조사 카탈로그에서 해당 설정압력 조건에서의 Lock-up 압력(무유량 상태 최대출구압)을 확인한다.
- Lock-up 압력이 안전밸브 설정압력보다 충분히 낮도록 설계하는 것이 바람직하다.
- 안전밸브 설정압력 결정
- 기본적으로 “최소 설계압력 또는 최고사용압력 이하”를 상한으로 한다.
- 정상 운전압력보다 최소 5~10% 이상 높은 수준에서 설정하여, 미세 변동에 의해 빈번히 작동하지 않도록 한다.
- 사용 법령이 산업안전보건기준을 직접 적용받는 설비라면, 1개 안전밸브는 최고사용압력 이하, 추가 밸브는 1.05배(외부화재 대비 시 1.1배) 허용 범위를 검토한다.
- 분출능력(용량) 검토
- 압축기·기화기·공급 배관 등으로부터 유입 가능한 최악의 가스량을 산정한다.
- 안전밸브 방출량이 이 유입량 이상이 되도록 오리피스 크기·분출면적을 검토한다.
- 정압기 안전밸브는 도시가스 정압기 과압안전장치 분출면적 기준(KGS FS552 등)을 준용하여 설계한다.
- 설정·시험 및 기록
- 벤치 시험 또는 현장 시험으로 분출개시압력(팝핑 압력)을 확인한다.
- 설정값·시험일자·시험환경을 설비별 이력카드에 기록한다.
5.2 간단 예시(개념용)
다음은 개념적인 계산 흐름을 보여주기 위한 예시이다. 실제 설계에는 반드시 설비별 설계자료와 제작사 데이터, KGS 코드에 따른 상세 계산을 적용해야 한다.
# 가정치 (예시) 최소_설계압력 = 0.4 # MPa, 보호 대상 중 가장 낮은 설계압력 정상_운전압력 = 0.3 # MPa, 압력조정기 출구 설정압력 허용_여유율 = 0.10 # 정상압력 대비 10% 여유
1단계 : 정상압력 기준 설정 후보
후보_설정압력 = 정상_운전압력 * (1 + 허용_여유율) # 0.33 MPa
2단계 : 설계압력 상한 적용
if 후보_설정압력 > 최소_설계압력:
설정압력 = 최소_설계압력 # 0.4 MPa를 넘지 않도록 제한
else:
설정압력 = 후보_설정압력
print("안전밸브 설정압력(개념용) =", 설정압력, "MPa")
실제 설계에서는 압력조정기의 Lock-up 압력, 안전밸브 분출시 축적압력(Accumulation), 배관망 해석 결과 등을 함께 고려하여 설정압력을 조정해야 한다.
주의 : 위 계산 예시는 “정상운전압력보다 약간 높은 수준이면서 설계압력 이하”라는 원칙을 설명하기 위한 개념 예시이다. 실제 시설 설계에 그대로 적용해서는 안 되며, 반드시 설계도서·코드·제작사 자료를 근거로 다시 산정해야 한다.
6. 설정 후 점검·유지관리 포인트
6.1 설정값 검증(Popping Test)
안전밸브 설정압력이 적정한지 확인하기 위해서는 다음과 같은 시험을 수행한다.
- 시험 가스를 사용하여 서서히 가압하면서 분출개시압력(팝핑 압력)을 확인한다.
- KOSHA GUIDE에서는 설정압력의 약 90% 수준에서 사전 누설 여부를 확인하는 등 시트 기밀시험 조건을 제시하고 있으므로, 이 기준을 참고하여 시험압력을 설정한다.
- 설정압력과 시험 결과의 허용 오차(예 : ±3%)를 정해 관리한다.
6.2 주기적 점검 주기
도시가스 정압기·구역압력조정기 등에 대해서는 통합고시에서 분해점검 및 작동상황 점검 주기를 제시하고 있으며, 산업안전보건법·고압가스안전관리법에서도 안전밸브 정기검사 의무를 부과한다. 실무에서는 보통 다음 수준을 최소 기준으로 본다.
- 정압기·구역압력조정기 : 2~3년에 1회 이상 분해점검, 3개월~1년에 1회 이상 작동상황 점검
- 공정용 압력조정기 : 공정 특성에 따라 1~3년 주기의 Pop test 또는 Bench test
정확한 주기는 사업장 안전관리규정, PSM(공정안전관리) 기준, 도시가스사와의 계약 조건 등을 종합하여 정해야 한다.
6.3 설정값 변경 관리
안전밸브 설정압력은 다음과 같은 경우에만 엄격한 절차를 거쳐 변경해야 한다.
- 배관·용기 교체 등으로 보호 대상 설비의 설계압력이 변경되는 경우
- 운전 조건 변경(운전압력 상향, 가스 종류 변경 등)으로 기존 설정값이 적정하지 않게 되는 경우
- 관련 법령·코드 개정으로 허용압력 범위가 변경되는 경우
이때는 설계변경 검토서(Management of Change)를 작성하고, 설계·안전·운전 부서 검토 및 승인 후 현장 설정 변경·시험을 수행해야 한다.
주의 : 현장에서 단순 민원(“가스가 자주 분출된다”, “소음이 난다”)을 이유로 안전밸브 설정압력을 임의 상향하는 행위는 매우 위험하다. 반드시 설계검토와 코드 검토를 선행해야 한다.
7. 실무 체크리스트 요약
압력조정기 안전밸브 설정 관련하여 설계·점검 시 다음 항목을 체크리스트로 활용할 수 있다.
- 보호 대상 구간(배관·기기 범위)이 명확히 정의되어 있는가?
- 해당 구간의 최소 설계압력 또는 최고사용압력을 확인했는가?
- 압력조정기 출구 설정압력·Lock-up 압력이 자료로 정리되어 있는가?
- 안전밸브 설정압력 ≤ 최소 설계압력 조건을 만족하는가?
- 환상 배관망의 경우, 우선 방출 대상 정압기의 안전밸브 설정압력을 가장 낮게 두었는가?
- 분출면적(오리피스 크기)이 과압 시나리오에 대해 충분한지 검토했는가?
- Pop test 결과가 설정값과 허용 오차 내에 있는가?
- 설정값·시험 결과가 설비 이력카드·도면에 최신 상태로 반영되어 있는가?
FAQ
Q1. 압력조정기 안전밸브 설정압력을 “설계압력과 동일하게” 두어도 되는가?
원칙적으로 안전밸브 설정압력은 보호 대상 설비의 최고사용압력 또는 설계압력을 초과해서는 안 된다. 설계압력과 동일하게 두는 것도 법적으로 허용될 수 있으나, 실제 운전에서 압력 피크나 측정 오차, 온도 변화 등을 고려하면 설계압력보다 소폭 낮게(예 : 설계압력의 95~100% 범위) 설정하는 것이 보수적인 운전에는 더 적절하다. 다만 이는 설비·코드·운전 방식에 따라 달라지므로, 각 설비별 설계 기준서에 따라 결정해야 한다.
Q2. 도시가스 구역압력조정기 안전밸브 설정값을 현장에서 임의로 조정해도 되는가?
도시가스 구역압력조정기 설비는 도시가스사업법 시행규칙과 통합고시, KGS 코드에 따른 설계·검사를 거친다. 안전밸브 설정값을 변경하면 설계 당시의 안전성 검토 전제가 변경되므로, 도시가스 공급자와 협의 없이 현장에서 임의 조정하는 것은 부적절하다. 설정값 변경이 필요할 경우 설계 변경 검토, 공급자 승인, 재시험 절차를 거쳐야 한다.
Q3. 압력조정기 내장형 안전밸브(Internal Relief)만 있으면 외장 안전밸브를 생략해도 되는가?
내장형 안전밸브는 보통 조정기 본체 보호와 소규모 과압 완화를 목적으로 설계되며, 대량 분출이 필요한 화재·배관 폐쇄 등의 시나리오에 대해 충분한 용량을 보장하지 못하는 경우가 많다. 고압가스설비나 도시가스 공급설비에서는 KGS 코드에서 요구하는 외장형 안전밸브 및 가스방출관을 별도로 설치하는 것이 일반적이며, 내장형만으로 법적 요구사항을 모두 충족한다고 보기 어렵다.
Q4. 안전밸브 설정압력 확인 시험 주기는 어느 정도가 적절한가?
도시가스 정압기의 경우 통합고시에서 정압기 분해점검 및 작동상황 점검 주기를 제시하고 있으며, 수소·냉동 등 특정 설비의 고압가스 안전관리법 기준에서도 정기검사 주기가 규정된다. 일반 공정설비에서는 PSM 기준에 따라 1~3년 주기로 Pop test를 수행하는 사례가 많다. 최종 주기는 법령 최소 기준 이상으로, 사업장의 안전관리규정에서 설비 중요도·가동률·환경 등을 반영해 정해야 한다.
Q5. 안전밸브 설정압력과 분출량 계산을 모두 직접 해야 하는가?
고압가스설비·도시가스설비의 안전밸브는 법령·KGS 코드에 따라 설계되어야 하고, 분출량 계산에는 상당한 전문지식과 경험이 필요하다. 일반 사업장에서는 기본 원칙과 점검 항목을 이해한 뒤, 구체적인 수치 설계는 전문 엔지니어(가스기술사·공정안전 엔지니어 등) 또는 도시가스사·설비 제작사에 의뢰하는 것이 안전하다. 다만, 내부 검토용으로는 본문에서 제시한 원칙과 체크리스트를 활용하여 설정값의 타당성을 1차적으로 검토하는 것이 바람직하다.