Expansion Joint 위험성과 사고대응

Expansion Joint와 Flexible Joint는 진동이나 열적 팽창과 수축을 반복하는 배관에 설치하는 배관류에 속합니다. 진동과 팽창 수축이 반복되다 보니 금속재질의 피로도가 일반 배관류 보다는 높습니다. 유체가 인화성이거나 독성인 경우는 대형사고로 이어질 수 있습니다. 

최근 몇 년간 화학공장 사고를 분석해 보면Expansion Joint와 Flexible Joint로 인한 사고가 다소있는 것을 알수 있습니다. 그러나 현재 안전관련 법규상에서는 일반 배관류로 정의가 되고 있으며 특별한 관리기준, 점검기준, 인증기준이 제시되지 않습니다. 사업장 별로 자율적 안전관리에 의존하고 있습니다.

Expansion Joint

 1  Expansion Joint의 위험성

정유·석유화학 공장의 배관 및 장치에 설치된 Expansion Joint는 파손되는 경우 설비 손상 및 대형사고로 번질 위험이 있습니다. 부적절한 설치, 공정 유체에 맞지않은 재질 선정, 진동에 의한 피로 손상, 유지관리 미흡, 부식성 유체의 응축 등 다양한 원인으로 인해 Expansion Joint의 손상이 유발될 수 있습니다.

Expansion Joint는 설치 위치의 특성에 맞게 설계 및 제작된 특수 설비로 배관계통에서 취약 부분입니다. 따라서, 설치단계부터 시방서에 따른 적절시공 여부를 철저하게 관리감독하여야 하며, 운전 중, 정기보수 시 주기적인 점검 및 유지관리가 반드시 필요한 설비입니다. 우리 공장에 설치된 Expansion Joint가 혹시 안전 관리 사각지대에 있는 것은 아닌지 확인해보십시오!  

	1974년 영국 Flixborough에서 expansion joint 파괴로 기인한 폭발사고이다. 6개의 반응기는 각각 expansion joint로 설계되었다. 설비 보수를 위해 6개의 방응기 중 하나를 제거하기 위해 임시 20인치 배관 스풀을 설치했다. 그 뒤 이어진 폭발로 28명이 숨지고 많은 사람들이 다쳤다. 사고 보고서 중 상당수는 통제 부족을 탓하지만, Pressure thrust를 잘못 이해했다는데 원인이 있다.
	압축기에서 발생된 진동으로 인해 후단 배관에 설치된 Expansion Joint의 Bellows(주름관) 부분에서 손상이 발생되어 인화성 가스가 누출되었으며, 원인미상의 점화원에 의해 대형 증기운 폭발(*UVCE) 및 화재가 발생됨. *UVCE : Unconfined Vapor Cloud Explosion (개방된 공간에서의 증기운 폭발)
	고농축 염화수소(HCl) 공정의 배관에 설치된 Expansion Joint의 부적절한 설치 (Misalignment) 및 부속품(압축 및 팽창 지지 Bolt)의 미설치로 인해 과도한 움직임 및 응력이 발생되었으며, 취급 화학물질이 변경에 따른 적절한 재질선정이 이뤄지지않아 염화물 응력부식균열 (Cl-SCC)이 발생됨.

 2  Expansion Joint 중점확인사항

• Expansion Joint는 EJMA* Code 및 제작사 Spec’에 따라 설계, 운전, 관리되어야 함
    * EJMA : Expansion Joint Manufacture Association(미국 Expansion Joint 제조자 협회 Code)
      EJMA DOWN LOAD
• 설치단계에서 제작사 Spec’이 반영된 시방서에 의한 적절시공
• 공정 유체에 의한 취화가 일어나지 않는 적합한 재질 선정
• Expansion Joint 설치, 유지·보수, 관리 사내 표준 작성 및 운영
• Expansion Joint 교체 주기 설정 및 설치(교체) 이력 관리
• 정기보수 기간 중 Inspection 및 비파괴 검사 수행
• 운전 중 외부 손상 및 변형 여부 주기적으로 확인
• 진동발생 우려가 있는 배관에 설치된 경우 주기적인 진동 측정·관리 필수
• 부속품(Tie rod 등)의 설치 상태 및 유지 상태 적정여부 확인
• Expansion Joint 변위(Movement)가 설계 값을 초과하지 않았는지 확인


 3  Best Practices
• expansion joint를 배치할 수 있는 충분한 공간을 항상 확보하십시오.
• expansion joint가 위치한 배관을 항상 적절히 Guide 하시오.

• 배관 고정 시 항상 thrust pressure을 고려하십시오.
• 절대로 expansion joint에 대한 등급이 지정되지 않은 것을 적용하지 마십시오.
• 비틀림 현상이 발생하지 않도록 주의하십시오.
• 파손된 joint를 수리하지 마십시오.

✅ Pipe Guide

✅ Pressure thrust 

모든 덕트 또는 배관 시스템은 압력을 가질 수 있습니다. 두 개의 닫힌 플랜지 사이에 단단한 파이프를 설치하면 파이프의 강도에 의해 내부 압력이 제한됩니다. 파이프의 종 방향 강성은 한 지점으로의 확장을 방지합니다. 

출처 : https://www.badgerind.com/

앵커 나 가이드가없는 구속되지 않은 금속 벨로우즈로 파이프를 교체 할 때 벨로우즈는 압력 추력으로 인해 결국 확장되어 벨로우즈 삐걱 거림 또는 과압을 초래할 수 있습니다. 이것은 영구적 인 변형 및 / 또는 즉각적인 벨로우즈 고장으로 이어질 수 있습니다.

 

✅ Thermal expansion

Thermal expansion이 발생되는 배관에는 Expansion Joint를 설치합니다. 이에 대한 자세한 내용은 다음 포스팅을 참조바랍니다. 

pipe thermal expansion (expansion joint)

 4  지속적인 관리

✅ Expansion Joint List 관리

PSM/SMS/RMP에서 배관 List관리는 필수 관리 대상이다. 하지만 Expansion Joint에 대한 관리 규정을 규정화 하고 있는 안저관리 시스템은 없다. Expansion Joint은 배관의 일부분으로 보고 사업장 내에서 별도 관리를 해야한다. 나아가서 안전밸브 용량 산출 계산 Sheet를 관리하듯이 Expansion Joint 설계단계에서 부터 Thermal Expansion, Thrust Pressure, 재질 등이 검토되고 문서화 하여 관리됨이 바람직하다고 생각된다.

✅ Expansion Joint Check Sheet

점검은 항상 실질적이어야 한다. 안전에서 형식적인 점검은 무의미하다. Expansion Joint도 등급화하여 관리할 필요가 있다. 위험등급에 따라 점검주기와 방법을 결정하고, 형식적이지 않은 점검 활동으로 사고를 예방해야 하겠다.