HIPPS Valve의 (High Integrity Pressure Protection System)의 역할과 기술적 구성 요소
HIPPS는 무엇인가?
HIPPS는 고압 및 고온 환경에서 발생할 수 있는 초과 압력 사고로부터 설비 및 인명 보호를 위해 설계된 안전장치 시스템입니다. HIPPS는 안전 계기 시스템(SIS)의 일종으로서, 압력 감지 센서를 통해 과압 상태를 감지하면 자동으로 파이프라인의 유체 흐름을 차단하여 안전을 유지합니다. HIPPS는 높은 중복성과 안전성을 보장하기 위해 2oo3 구성을 사용하며, 석유 및 가스 산업에서 적극적으로 채택되어 사용되고 있습니다.
안전계장시스템(SIS)의 종류
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HIPPS 적용 분야?
HIPPS는 기존의 압력 안전밸브(PSV)와 플레어 시스템 대신 사용할 수 있습니다. 이는 비용 측면에서 효율적이며, 설계 압력과 플레어링을 감소시키고 PSV 및 플레어 시스템의 크기를 줄일 수 있습니다. 또한 HIPPS는 프로세스 유체의 인화성 또는 독성에 따라 비-HPHT 장비를 감량화하는 개념으로 사용될 수 있습니다. HIPPS가 적용된 파이프라인은 고압에 견딜 수 있도록 #1500로 설계되어 있다고 가정하면, HIPPS 이후의 파이프라인은 경제적인 이유와 안정성을 고려하여 #1500 이하인 #900, #600, 혹은 그 이하의 파이프 클래스를 적용할 수 있습니다. (HIPPS 구성도 참고)
HIPPS 구성
HIPPS는 3개의 Pressure Transmitter, Logic Solver, 2개의 연속 Fail-Close(FC) 밸브, 그리고 압력 경보(PA)로 구성됩니다.
초과 압력이 발생하면 로직 솔버가 FC 밸브의 종료 작업을 시작하여 유체 흐름을 차단하고, PA는 운전자에게 정보를 제공합니다.
Upstream의 PT3개는 2oo3의 구성으로 3개 중 2개가 작동하게 되면 로직솔버에서 이를 연산하여 Final Element를 이용해 안전하게 배관을 차단시킵니다. 오작동으로 인해 3개 중 1개가 동작하더라도 밸브는 차단되지 않습니다. 최소 2개 이상이 작동되어야 밸브가 동작합니다.
Final Element인 Valve는 1oo2의 구성으로 2개 중 1개가 작동하게 됩니다. (잘못 해석하면 2대 중 1대만 동작하는것으로 오해할 수 있는데 이는 최소 2개 중 1개 동작으로 이해하여야 할 것 같습니다. 하단에 Voting과 Redundancy 참고)
HIPPS는 SIL 3 등급을 따르며, 예방 조치로 작동하여 프로세스 종료 밸브를 제어하여 웰헤드 압력이 과도하게 증가하지 않도록 합니다. HIPPS는 석유 및 가스 산업에서 주로 사용되며, 초과 압력 방지에 매우 효과적입니다. (웰헤드 압력은 석유, 가스, 물 등이 지하에서 용출되어 지표면으로 나오는 구멍인 웰에서 생성되는 압력을 의미합니다.)
HIPPS는 안전 및 신뢰성 측면에서 다양한 장점을 가지고 있습니다. 일부 주요 장점은 다음과 같습니다.
1. 안전성 향상 HIPPS는 초과 압력 상황에서 시스템을 자동으로 차단함으로써, 인적 손실과 자산 피해를 방지할 수 있습니다. 이를 통해, 불시의 사고나 공정 장애로 인한 생산성의 저하 등을 막을 수 있습니다.
2. 비용 절감 HIPPS는 기존 PSV와 플레어 시스템을 대체할 수 있기 때문에, 설치 및 유지 관리 비용을 줄일 수 있습니다. 또한, HIPPS를 사용하면 고압 및 HPHT 환경에서도 안전하게 운영할 수 있기 때문에, 전반적인 시스템 비용을 감소시킬 수 있습니다.
3. 신속한 대처력 HIPPS는 초과 압력을 즉시 감지하고 즉각적으로 대처할 수 있습니다. 이러한 빠른 대응은 잠재적인 위험 요소를 제거하고, 문제가 생겼을 때 빠르게 대처할 수 있도록 해줍니다.
4. 높은 가용성 HIPPS는 2oo3 구성과 같은 고급 Voting 체계를 사용하여 높은 가용성과 신뢰성을 제공합니다. 이러한 구성은 시스템에 장애가 발생했을 때에도 최소한의 중단 시간으로 복구가 가능하도록 해줍니다.
5. 친환경적 HIPPS는 환경 친화적인 장치입니다. PSV와 플레어 시스템은 비효율적인 에너지 소비와 대기 오염을 유발할 수 있으며, 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.
6. 쉬운 유지 보수 HIPPS는 상대적으로 간단한 구조를 가지고 있기 때문에, 유지 보수가 비교적 용이합니다. 또한, 기존의 PSV와 플레어 시스템과는 달리 HIPPS는 지속적인 검사 및 점검이 필요하지 않기 때문에, 유지 보수 비용을 줄일 수 있습니다.
7. 적용 가능 범위 HIPPS는 석유 및 가스 산업뿐만 아니라 다양한 산업 분야에서도 적용이 가능합니다. 따라서 다양한 산업 분야에서 안전 장치로 사용될 수 있으며, 공정 시설에서 발생할 수 있는 초과 압력을 방지하기 위한 안전장치로 활용됩니다. 가스 유통, HCI 처리 공장, 해상 및 육상 플랫폼 등에서 널리 사용되고 있으며, 석유 및 가스 산업 분야에서 매우 효과적입니다.
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Voting과 Redundancy에 대한 설명
안전 시스템을 계획하는 데 가장 중요한 세 가지 문서는 안전 계획, 검증 및 검증 계획 및 안전 요구 사항 사양 입니다.
안전 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 설계는 IEC 61508 수명 주기의 9단계에 나와 있습니다.
수명 주기 단계 9.1은 E/E/PES 안전 요구 사항 사양입니다.
이중화 대 다양성, 유형 A 또는 B 구성 요소, 하드웨어 결함 허용(HFT), 안전 고장분율(SFF) 및 요구 시 고장 확률(PFD)과 같은 중요한 하드웨어 개념이 있습니다.
Voting은(안전) 기능을 수행하기 위해 총 이중화 경로(M) 중 필요한 이중화 경로(N)의 수로 정의됩니다. M, NooM 중 N을 표현했습니다. 하드웨어 결함 허용(HFT)은 중복성의 척도입니다. N.N 중 N+1 오류는 안전 기능(SF) 손실을 유발할 수 있음을 의미합니다.
1oo1 : redundancy no; HFT = 0; Voting = 1; / 1개 중 1개 작동
2oo2 : redundancy no; HFT = 0; Voting = 2; / 2개 중 2개 작동
1oo2 : redundancy yes; HFT = 1; Voting = 1; / 2개 중 1개 작동
2oo3 : redundancy yes; HFT = 1; Voting = 2; / 3개 중 2개 작동
1oo3 : redundancy yes; HFT = 2; Voting = 1; / 3개 중 1개 작동
2oo4 : redundancy yes; HFT = 2; Voting = 2; /4개 중 2개 작동
예를 들어
1oo2 안전 시스템은 1개의 위험한 고장과 0개의 안전 고장을 처리할 수 있고,
2oo2 안전 시스템은 0개의 위험한 고장과 1개의 안전 고장을 처리할 수 있습니다.
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