더 나은 메커니컬 씰 서포트 시스템(Mechanical Seal Support System) 구축하기

API 682에 따라 더 나은 메커니컬 씰 서포트 시스템(Mechanical Seal Support System) 구축하기

화학 & 정유 시장의 마켓 매니저, Sean Hunsicker

1980년대 정유 및 화학 플랜트에서 주요 씰링 기술로 메커니컬 씰(Mechanical Seal)을 사용하면서 미국 석유 협회(API: American Petroleum Institute)는 관련 부품에 관한 표준을 수립하기 위해 위원회를 결성하였습니다. 1994년 API 682 원심 및 회전 펌프의 샤프트 씰링 시스템(API 682 Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps)이 처음으로 발간되었고, 다음과 같은 내용의 강령을 명시합니다. “이 표준은 배출 규정을 준수하면서 최소 3년간 생산을 지속할 가능성이 높으며 가장 일반적으로 제공되는 장비 유형을 기본값으로 설정한다.”¹ 특히 이 표준은 따로 명시하지 않는 한 기본적으로 안전하고 안정적으로 입증된 기술을 사용하라는 내용을 포함합니다. 현재 API 682는 제4호를 통해 메커니컬 씰 및 그와 관련된 서포트 시스템의 프로세스 서비스에 기반하여 꾸준히 지침을 제공하고 있습니다.

표준에서는 대부분의 내용을 메커니컬 씰에 할애하고 있습니다. 그리고 씰 및 펌프 시스템이 올바르게 작동하려면 씰 서포트 시스템이 매우 중요하기 때문에, 씰 서포트 시스템의 비중이 매우 큽니다. 씰 서포트 시스템의 제조업체로써 스웨즈락의 판매 및 서비스 센터는 API 682 제4호를 준수합니다. 이 블로그 게시물에서는 몇 가지 모범 사례를 소개하고, 표준에서 권장하는 내용을 씰 서포트 시스템의 구조 및 설계에 적용하여, 비용을 줄이는 동시에 신뢰성 및 안전성을 향상시켜 목표를 달성하는 방법을 소개하겠습니다.

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메커니컬 씰 지원 시스템의 주요 기능은 무엇입니까?

모범 사례를 설명하기 전에 씰 지원 시스템의 기능들을 살펴 보겠습니다. 이 시스템은 특정 메커니컬 씰과 일련의 공정 조건에 맞게 설계되었습니다. 이 시스템은 일반적으로 가스 또는 액체를 메커니컬 씰로 공급하여 환경을 조절하여 회전식 장비가 손상되지 않도록 보호합니다.

이 시스템에는 다음과 같은 4가지 주요 기능이 있습니다.

• 씰 표면에 윤활유 바르기
• 씰 챔버 및 씰 내부의 압력 및 온도 조절하기
• 씰에 생긴 오염물질 또는 쌓인 잔여물 세척하기
• 시스템 공정 유체의 공기 중 누출 방지하기

아래에 있는 동영상을 통해 메커니컬 씰 지원 시스템에 대해 자세히 알아보십시오.

잠재적 누설 포인트 감소

API 682 제4호는 전반에 걸쳐 씰 서포트 시스템에서 연결구(connections)의 수를 줄이는 내용을 언급하고 있습니다. 시스템에 용접관이나 튜빙을 사용할 수는 있지만, 나사형 시스템(threaded system)은 권장하지 않습니다. 탄화수소 펌프 애플리케이션에서는 모든 연결구가 잠재적인 누설 포인트 및 안정성 위험 요소가 될 수 있습니다. 펌프와 근접한 씰 서포트 시스템에서 누설이 발생한다면 자산 손실, 가동 중지 시간 증가, 환경적 문제 및 안전 위험의 문제를 야기할 수 있습니다.

과거에는 파이프를 많이 선호하였기 때문에 많은 씰 서포트 시스템이 파이프로 구축되었습니다. 최근 들어 씰 제조업체와 최종 사용자, 펌프 OEMS는 씰 서포트 시스템을 연결할 때 튜빙을 사용하고 있는데, 이는 업계 전반에 걸쳐 주요 애플리케이션에서 튜빙을 오랜기간 문제 없이 사용해왔기 때문입니다. 회전 장비 전문가 Heinz Bloch는 최근에 작성한 탄화수소 프로세싱 게시물(Hydrocarbon Processing article)에서 이렇게 말하고 있습니다. “미국 석유 협회 표준 682(API 682)는 몇몇 씰 파이핑 플랜에 튜빙을 사용하도록 권장하고 있습니다. 유감스럽게도 일부 구매 담당자는 아직도 경화 파이프를 선택하는데, 이런 분들에게 우리는 다시 한번 생각해보라고 권합니다. 이제 API 682(제4호)는 대체로 교환가능한 씰 서포트 시스템 연결구(Seal support system connections)를 명시하고 있습니다.”²

튜빙은 벤딩 라인(bending line) 및 적당한 어답터 피팅(adapter fitting)를 사용해 연결 부위의 수를 줄여 사용할 수 있습니다. 연결구가 필요한 지점은 일반적으로 씰 및 씰링 시스템을 연결하는 지점뿐입니다. 튜빙은 풀림 처리되므로, 튜빙을 굽히는 작업은 금속을 단단하게 만들어 굽어진 튜브의 강도는 증가합니다. 플랜지 어답터(flange adapter)나 수 연결구(extended male connector)와 같은 혁신적인 기술 덕분에 피팅을 여러 개 설치하지 않아도 되어, 씰 및 씰 포트(seal pot)의 나사형 포트(threaded port)에서 연결구 수를 더 줄일 수 있습니다. 튜빙을 사용하면 펌프, 씰, 서포트 시스템의 MRO 비용을 검토하였을 때 추가적인 재정적 이득을 얻을 수 있습니다. 펌프 주변에 ‘파이핑’을 재작업하는 유지보수 작업 시, 튜빙을 사용하면 비용이 많이 드는 현장 용접이 필요하지 않고, 설치가 빨라 가동 중지 시간을 단축할 수 있습니다.

작동 및 유지보수 단순화

씰 서포트 시스템은 씰 및 펌프가 올바르게 작동하는지가 매우 중요하기 때문에 주기적인 외관 검사가 필요합니다. 외관을 검사하는 작업을 단순화하면 시스템의 신뢰성과 안전성을 손쉽게 향상시킬 수 있습니다. 파이핑 플랜 및 일반적인 배치(general arrangement)를 결정한 후에 씰 서포트 시스템을 설계할 때, 참고할만한 설계 원칙 몇 가지를 소개합니다.

1. 시스템 기능은 분명해야 하며 설계는 직관적이어야 합니다.

메커니컬 씰은 펌프가 작동하고 중지함에 따라 종종 손상되며, 가끔은 씰 서포트 시스템이 올바르게 작동하지 않아 손상되기도 합니다. 씰 서포트 시스템이 설계한대로 원활히 작동한다면, 펌프를 커미셔닝(commissioning)할 때 발생하는 일반적인 실수를 방지할 수 있습니다.

API 682 제4호의 플랜 32(Plan 32)는 파이핑 혹은 튜빙에 설치되는 기기 및 부품을 명시합니다. 이때 기능 측면에서 설계가 정확할지라도, 작업자는 어떤 정보가 중요하고 왜 중요한지의 시스템 작동에 관한 정보를 거의 알 수 없습니다. 시스템이 아래에 있는 펌프 씰 옆에 있는 경우, 작업자는 펌프 쪽으로 움직여 기기 정보를 읽기 위해 몸을 숙여야 할 것입니다. 작업자가 아주 사소한 난관에 부딪혀도 문제가 발생했는지 파악하지 못할 수 있고, 불안정하거나 위험한 상황이 더 많이 발생하게 됩니다. 직관적인 해결 방법은 이런 부품을 판넬에 배치하는 것입니다.

플랜 32와 같은 파이핑 플랜을 판넬에 배치하면, 설계할 때 반드시 지켜야하는 두 가지 원칙인 '올바른 식별'과 '작동'을 지킬 수 있습니다. 이를 통해 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

• 우선 플랜 32는 별개의 시스템처럼 인지하게 됩니다. 부품을 파이프 혹은 튜브 관에만 배치하지 않고 유로를 식별할 수 있는 판넬에 배치하면 모든 기기를 눈높이에서 사용할 수 있습니다.
• 게다가 API 682는 이 설계 방식에 대하여 이렇게 명시합니다. “모든 제어 및 기기는 작업자가 쉽게 볼 수 있을 뿐만 아니라 테스트, 조정 및 유지보수를 간편하게 진행할 수 있도록 배치 및 배열되어야 한다.” (9.1.5)³ .
• 마지막으로 판넬에는 부품 번호 정보, 유로 표시, 작업자 지침이 표시될 수 있습니다. 이런 개선 사항을 통해 펌프 및 씰 서포트 시스템의 작동을 안전하고 안정적으로 개시하고 중지할 수 있을 것입니다.

2. 유지보수를 손쉽게 할 수 있도록 시스템을 설계해야 합니다.

씰 서포트 시스템이 올바르게 작동하는 것이 가장 중요하지만, 시스템을 설계할 때 쉽게 유지보수할 수 있는지도 고려해야만 합니다. 씰 서포트 시스템은 유량계, 여과기, 그리고 시각적 기기(Visual instruments)처럼 일반적으로 사용하는 도구로 구성되어 있습니다. 이런 시스템에서 이루어지는 예방적 유지보수(PM: Preventative maintenance)는 간단하고 작업할 때 안전해야 합니다. 여과기가 편리한 곳에 배치되지 않고 파열할 가능성이 있다면, 예방적 유지보수를 권장된 간격으로 시행하기 어려울 것입니다.

또한API 682 제4호는 모든 게이지에 블록 블리드(block-bleed) 구성을 권장합니다. 시스템을 이 구성으로 설계하지 않으면 게이지가 제대로 작동하지 않을 수 있고, 작업자는 펌프 및 서포트 시스템을 해체하거나(decommissioned), 게이지를 교체하거나, 프로젝트 전까지 주요 정보를 알지 못할 수 있습니다.

마지막으로, 시스템을 계속 작동하면서 씰 서포트 시스템 부품을 쉽게 제거하고 교체할 수 있는 다양한 튜빙 연결구 및 설계 옵션을 고려해볼 수 있습니다. 제4호는 씰 포트를 이렇게 규정합니다. “ 국부적 작동, 배기, 충진 및 배수는 등급에 따라 수행한다. 따로 명시하지 않는 한, 바닥판(bastplate) 또는 파이프에서 사다리 또는 계단을 사용하여 오르내리는 행위가 필요한 시스템은 허용되지 않는다.” (8.1.8) .⁴ 많은 플랜트의 구형 씰 포트에는 맨 꼭대기에 파이프 플러그가 있습니다. 작업자가 사다리를 타고 포트의 상부 틈새까지 올라가면, 프로세스 증기에 노출될 수 있고 일단 안전하지 않은 상황이 초래됩니다. 아래와 같은 충진 시스템(fill system)을 사용하여 설계한 플랜 52과 플랜 53은 안전하게 유지보수할 수 있도록 설계를 단순화한 모범 사례입니다.

더 나은 씰 서포트 시스템 구축하기

이 모범사례의 설계 원칙을 메커니컬 씰 서포트 시스템에 적용한다면 안정성을 개선하고 비용을 절감할 수 있습니다. 시스템에서 더 나은 결과를 얻을 수 있는 방법을 다음과 같이 요약하였습니다.

• 설치 및 유지보수 비용을 절감하기 위해 용접 파이프 대신 튜빙을 사용해보십시오. 이를 통해 잠재적인 누설 포인트를 줄여 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
• 기기의 사소한 문제를 해결하기 위해 펌프를 중지시키거나 씰 포트를 충전하지 않아도 됩니다. 시스템을 유지보수하기 쉽도록 올바르게 라벨링하고 설계하여 판넬에 배치한다면, 씰을 손상시킬 수 있는 작업자 오류를 방지할 수 있습니다.

모든 플랜트의 회전 장비 그룹은 씰 고장 및 씰 교체로 인한 비용에 대해 충분히 인지하고 있어야 합니다. API 682 제4호의 모범 사례 및 설계 원칙을 따른다면, 이런 비용적 손실을 막을 수 있고, 더 안전하고 안정적으로 작업할 수 있습니다.

스웨즈락은 200개가 넘는 판매 및 서비스 센터 네트워크를 통해 씰 서포트 시스템의 설계 및 조립을 제공합니다. 설계를 개선하여 변경이 가능하고, 국부적이며, 안정적인 시스템으로 비용과 시간을 절약하고 회전 장비의 안전성을 개선해 보십시오. 메커니컬 씰 서포트 시스템을 설계하고 설치할 때 추가적인 도움이 필요하거나, 애플리케이션에 올바른 API 씰 플랜 키트 혹은 조립체를 찾고 계시다면 가까운 스웨즈락 지사에 문의하기시 바랍니다.

스웨즈락 판매 및 서비스 센터로 문의하기

¹ API Standard 682, First Edition, 1994 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.

² Bloch, Heinz P., Consider Stainless Steel Tubing for Mechanical Seal Connections, Hydrocarbon Processing, March, 2018.

³ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C

⁴ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.