[안전밸브 완벽 가이드 2편]- 안전밸브 종류 완전분석

WITTGUY 2025. 5. 26. 17:16

안전밸브 분류 체계 개요
작동 방식에 따른 분류
구조적 특성에 따른 분류 (저양정식·고양정식·전량식)
적용 유체에 따른 분류
설치 방식에 따른 분류
압력 범위에 따른 분류
특수 용도별 안전밸브
종류별 선택 가이드
FAQ: 안전밸브 종류 선택

1. 안전밸브 분류 체계 개요

안전밸브는 다양한 기준에 따라 분류할 수 있으며, 현장에서 적절한 밸브를 선택하기 위해서는 각 분류 체계를 정확히 이해해야 합니다.

1.1 주요 분류 기준

분류 기준	세부 분류	작용 목적
작동 방식	직접하중식, 스프링식	압력 범위와 설치 환경
구조적 특성	저양정식, 고양정식, 전량식	압력 범위와 시스템 규모
적용 유체	기체용, 액체용, 증기용	작동 매체 특성
설치 방식	직접 설치형, 파일럿 작동형	제어 정밀도와 용량
압력 범위	저압용, 중압용, 고압용	운전 압력 조건

1.2 국내 규정 기준

KGS 기준 (한국가스안전공사)

고압가스 제조시설 안전밸브 (KGS AC111)
고압가스 저장시설 안전밸브 (KGS AC112)
특정설비검사 대상
정기검사 주기 2년

KOSHA 기준 (한국산업안전보건공단)

압력용기용 안전밸브 (KOSHA GUIDE P-82)
보일러용 안전밸브
자체검사 또는 성능검사 실시
정기검사 주기 1년

해외 기준 (참고)

ASME (미국기계학회): ASME BPVC Section VIII
API (미국석유협회): API RP 520
EN (유럽표준): EN ISO 4126

2. 작동 방식에 따른 분류

2.1 직접하중식 안전밸브 (Dead Weight Type)

구조적 특징

추(Weight)나 레버를 이용한 직접 하중 적용
중력을 이용한 단순한 작동 원리
대형 구조로 인한 높은 설치 공간 요구
기계적 안정성이 우수

작동 원리

밸브 개방 조건: 유체 압력 × 디스크 면적 > 추의 무게
설정압력 = 추의 무게 ÷ 디스크 유효면적

장점

구조가 단순하여 고장률 낮음
대용량 방출 가능
정확한 설정압력 유지
진동이나 충격에 강함
장기간 사용 시 안정성 우수

단점

대형 구조로 설치 공간 과다 요구
중량이 무거워 설치 및 정비 어려움
설정압력 조정이 불편
이송 시 손상 위험 높음
경사 설치 시 성능 저하

적용 분야 (KGS 기준)

고압가스 제조설비 주요 압력용기
LP가스 저장탱크 (50ton 이상)
암모니아 냉동설비 수액기
아세틸렌 발생기

적용 분야 (KOSHA 기준)

대형 보일러 (증발량 10ton/h 이상)
대용량 압력용기 (내용적 10m³ 이상)
발전소 주증기 안전밸브
정유공장 주요 압력용기

2.2 스프링식 안전밸브 (Spring Loaded Type)

구조적 특징

압축 스프링의 탄성력 이용
컴팩트한 구조로 설치 공간 절약
다양한 압력 범위에서 사용 가능
정밀한 압력 조정 가능

작동 원리

밸브 개방 조건: 유체 압력 × 디스크 면적 > 스프링 압축력
설정압력 = 스프링 압축력 ÷ 디스크 유효면적

장점

소형 경량으로 설치 용이
설정압력 조정이 간편
다양한 압력 범위 대응 가능
이송 및 취급이 편리
경사 설치 가능

단점

스프링 피로로 인한 성능 변화 가능
온도 변화에 민감
진동 환경에서 성능 저하 우려
부식 환경에서 스프링 손상 위험
정기적인 교정(효정) 필요

적용 분야 (KGS 기준)

고압가스 압축기 및 저장설비
가스충전소 저장탱크
LPG 자동차 연료탱크
도시가스 정압기 후단

적용 분야 (KOSHA 기준)

일반 압력용기 (게이지압 0.1MPa 초과)
소형 보일러 및 열교환기
화학공장 반응기
공기압축기 공기탱크

3. 구조적 특성에 따른 분류 (저양정식·고양정식·전량식)

3.1 저양정식, 고양정식, 전량식 비교표

구분	저양정식 (Low Lift Type)	고양정식 (High Lift Type)	전량식 (Full Bore Type)
정의	낮은 압력에서 점진적으로 열리고 닫히는 밸브	높은 압력에서 설정압력으로 열리고 닫히는 밸브	설정 압력에 도달하면 밸브가 완전히 열려 최대 유량으로 방출하는 밸브
작동방식	단계적으로 열리고 닫힘 (Gradual Opening)	완전히 열리거나 닫히는 동작 (Full Open/Close)	완전히 열리거나 닫히는 동작 (Full Open/Close)
방출방식	서서히 압력을 방출하며 시스템 압력을 점진적으로 낮춤	한 번에 최대 유량으로 방출하며 압력을 빠르게 낮춤	한 번에 최대 유량으로 방출하며 압력을 빠르게 낮춤
작동압력	0.5~11 barg	0.5~450 barg (모델에 따라 다름)	0.5~33 barg
제품 입구사이즈	15A~50A	15A~50A	15A~400A
적용분야	소형보일러, 각종 압력용기, 계장기기	고압보일러, 고압저장탱크, 고압배관	고압 보일러, 고압 저장 탱크, 대형 산업 설비
설계특성	비교적 간단한 설계, 작은 크기	복잡한 구조, 크기 및 무게가 큼	구조가 복잡하며 큰 크기와 무게를 가짐
바디 재질	Cast Bronze (청동)	Stainless Steel, Brass (황동)	Stainless Steel, Ductile Iron (주철)
최대사용온도	220°C	220°C	400°C (벨로즈 타입)
사용유체	Steam, Air, Gas, Water, Oil	Steam, Air, Gas, Water, Oil	Steam, Air, Gas, 유독성 유체, Water, Oil
장점	간단한 구조, 저렴한 비용	고압에서 안전하고 효과적인 압력 해소	신속한 압력해소로 안전성 보장
단점	과도한 압력상승 시 즉각적인 해소 어려움	초기 설치 비용 및 유지비용 높음	초기 설치 비용 및 유지비용 높음
인증	KOSHA	KOSHA / KGS	KOSHA / KGS

저양정식_고양정식_전량식 안전변 비교표.pdf

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3.2 저양정식 안전밸브 (Low Lift Type Safety Valve)

핵심 개념

저양정식의 정의: 낮은 압력에서 점진적으로 열리고 닫히는 구조
목적: 소형 시스템에서 점진적인 압력 제어
특징: 비례방출 방식과 유사한 작동 특성

구조적 특징

디스크 상승 높이가 상대적으로 낮음
단계적 개방을 위한 설계
간단한 구조로 소형화 가능
Cast Bronze (청동) 재질 주로 사용

작동 특성

점진적인 압력 방출 (Gradual Pressure Relief)
서서히 열리고 닫히는 동작
안정적인 압력 제어
소음 발생 최소화

장점

경제성: 간단한 구조로 저렴한 비용
소형화: 작은 크기로 설치 공간 절약
안정성: 점진적 방출로 시스템 충격 최소화
유지보수: 간단한 구조로 정비 용이

단점

제한적 용량: 과도한 압력상승 시 즉각적 해소 어려움
압력 범위: 상대적으로 낮은 압력 범위 (0.5~11 barg)
크기 제약: 소구경만 가능 (15A~50A)
재질 제약: 청동 재질로 고온 제한 (220°C)

적용 분야 (KOSHA 기준)

소형 보일러 (증발량 10ton/h 이하)
각종 소형 압력용기
계장기기 보호용 안전밸브
일반 공장 압축공기 시스템
소형 열교환기

3.3 고양정식 안전밸브 (High Lift Type Safety Valve)

핵심 개념

고양정식의 정의: 높은 압력에서 설정압력으로 완전 개방되는 구조
목적: 고압 시스템에서 효과적인 압력 해소
특징: Pop Action 방식의 급속 개방

구조적 특징

고압 대응을 위한 견고한 설계
복잡한 구조, 큰 크기와 무게
Stainless Steel, Brass 재질 사용
넓은 압력 범위 대응 (0.5~450 barg)

작동 특성

설정압력에서 완전 개방 (Full Opening at Set Pressure)
급속한 압력 방출 (Rapid Pressure Relief)
명확한 On/Off 동작
높은 방출 용량

장점

고압 대응: 최대 450 barg까지 대응 가능
효과적 방출: 한 번에 최대 유량으로 신속한 압력 해소
신뢰성: 고압에서 안전하고 효과적인 성능
다양한 재질: Stainless Steel, Brass 등 다양한 재질 선택 가능

단점

높은 비용: 초기 설치 비용 및 유지비용 높음
복잡한 구조: 크기 및 무게 증가
설치 제약: 견고한 설치 기반 필요
소음: 급속 방출로 인한 소음 발생

적용 분야 (KGS/KOSHA 기준)

고압 보일러 (고압 증기 시스템)
고압 저장탱크 (고압가스 저장시설)
고압 배관 시스템
화학공장 고압 반응기
압축기 고압부

3.4 전량식 안전밸브 (Full Bore Type Safety Valve)

핵심 개념

전량식의 정의: 설정 압력 도달 시 완전히 열려 최대 유량으로 방출
목적: 대형 산업 설비에서 최대 용량 방출
특징: 최대 구경 (15A~400A)과 다양한 유체 대응

구조적 특징

대구경 설계 (최대 400A)
복잡한 구조와 대형 크기
Stainless Steel, Ductile Iron 재질
고온 대응 (최대 400°C, 벨로즈 타입)

작동 특성

완전 개방으로 최대 유량 방출 (Maximum Flow Discharge)
신속한 압력 해소 (Rapid Pressure Relief)
유독성 유체까지 대응 가능
높은 안전성 보장

장점

대구경: 15A~400A까지 다양한 크기 선택 가능
최대 용량: 신속한 압력해소로 최고 안전성 보장
고온 대응: 벨로즈 타입으로 400°C까지 사용 가능
다양한 유체: 유독성 유체까지 안전하게 처리

단점

높은 비용: 초기 설치 비용 및 유지비용 매우 높음
대형 구조: 큰 크기와 무게로 설치 공간 많이 필요
복잡한 제조: 정밀 가공과 특수 재질 요구
전문 유지보수: 숙련된 기술자 필요

적용 분야 (KGS/KOSHA 기준)

대형 산업 설비 (석유화학, 정유)
고압 보일러 주증기 라인
대용량 저장탱크 (LNG, LPG)
위험물질 취급 시설
해상 플랜트 주요 설비

4. 적용 유체에 따른 분류

4.1 기체용 안전밸브 (Gas Service Safety Valve)

설계 특징

높은 압축성을 고려한 설계 (High Compressibility Consideration)
급속 방출을 위한 구조 채택
초킹 플로우(Choked Flow) 고려
온도 변화에 따른 밀도 변화 반영

유량 계산 (KGS AC111 기준)

W = CKA × P₁ × √(M/T₁Z)
W: 방출 유량 (Discharge Flow Rate, kg/h)
C: 방출계수 (Discharge Coefficient)
K: 유효계수 (Effective Coefficient) 
A: 유효 방출 면적 (Effective Discharge Area, mm²)
P₁: 설정압력 (Set Pressure, MPa abs)
M: 분자량 (Molecular Weight)
T₁: 방출 온도 (Discharge Temperature, K)
Z: 압축인자 (Compressibility Factor)

(출처: KGS AC111 고압가스 제조시설 기준 부록)

주요 고려사항

백압력(Back Pressure) 영향 검토
방출 소음(Discharge Noise) 대책
정전기 방지(Anti-Static) 조치
점화원 차단(Ignition Source Control) 대책

적용 분야

고압가스 제조 및 저장시설
가스 압축기 시스템
LNG/LPG 기화 설비
도시가스 공급 시설

4.2 액체용 안전밸브 (Liquid Service Safety Valve)

설계 특징

비압축성을 고려한 설계 (Incompressible Fluid Design)
점진적 방출 방식 주로 채택
캐비테이션 방지 고려 (Cavitation Prevention)
점성과 비중 영향 반영

유량 계산 (KOSHA GUIDE P-82 기준)

W = CKA × √(ΔP × ρ)
W: 방출 유량 (Discharge Flow Rate, kg/h)
C: 방출계수 (Discharge Coefficient)
K: 유효계수 (Effective Coefficient)
A: 유효 방출 면적 (Effective Discharge Area, mm²)
ΔP: 압력차 (Pressure Difference, MPa)
ρ: 액체 밀도 (Liquid Density, kg/m³)

(출처: KOSHA GUIDE P-82-2012 압력용기 안전밸브 설치기준)

주요 고려사항

수격 현상(Water Hammer) 방지
배출액 처리(Discharge Liquid Treatment) 방안
부식성 액체의 재질 선정(Material Selection for Corrosive Liquid)
고점도 액체의 유동 특성(Flow Characteristics of High Viscosity Liquid)

적용 분야

액체 저장탱크
액체 이송 배관
하이드로테스트 시스템
화학공장 액체 반응기

4.3 증기용 안전밸브 (Steam Service Safety Valve)

설계 특징

포화증기와 과열증기 구분 적용
응축수 처리 고려
온도 변화에 따른 성능 변화 반영
높은 온도 대응 재질 선정

특수 고려사항

스팀 해머(Steam Hammer) 방지
응축수 트랩(Condensate Trap) 설치
보온 및 보냉(Insulation & Heat Tracing) 시공
열팽창 흡수(Thermal Expansion Absorption) 대책

적용 분야

보일러 주증기 라인
증기 터빈 시스템
증기 가열 설비
화학공장 증기 공급망

5. 설치 방식에 따른 분류

5.1 직접 설치형 (Direct Acting Type)

구조 특징

압력용기에 직접 연결
단순한 구조와 작동 원리
높은 신뢰성과 즉시 응답성
별도의 제어 시스템 불필요

장점

높은 신뢰성 (High Reliability)
즉시 응답 (Immediate Response)
단순한 구조 (Simple Structure)
낮은 유지비용 (Low Maintenance Cost)

단점

제한적 용량 (Limited Capacity)
설정압력 조정 불편 (Difficult Set Pressure Adjustment)
백압력 영향 받음 (Affected by Back Pressure)

적용 범위

일반적인 압력용기
중소 용량 시스템
단순한 공정 조건
높은 신뢰성이 요구되는 곳

5.2 파일럿 작동형 (Pilot Operated Type)

구조 특징

주밸브와 파일럿 밸브로 구성
파일럿 밸브가 주밸브를 제어
정밀한 압력 제어 가능
대용량 방출 가능

작동 원리

파일럿 밸브가 설정압력에서 개방
주밸브 상부 압력 감소
주밸브 급속 개방
대용량 방출 실행

장점

정밀한 설정압력 유지 (±1%)
대용량 방출 가능 (High Capacity Discharge)
백압력 영향 최소화 (Minimum Back Pressure Effect)
설정압력 원격 조정 가능 (Remote Set Pressure Adjustment)

단점

구조 복잡으로 고장 위험 증가
파일럿 라인 막힘 우려 (Pilot Line Plugging Risk)
높은 제작비용
정기적인 파일럿 점검 필요

적용 분야

대용량 고압 시스템
정밀한 압력 제어가 필요한 공정
백압력이 높은 환경
원격 제어가 필요한 시스템

6. 압력 범위에 따른 분류

6.1 저압용 안전밸브 (Low Pressure: ~1.0MPa)

특징

대구경, 대용량 방출
주로 직접하중식 채택
보일러, 저장탱크에 주로 사용
경제적인 가격

주요 적용처 (KOSHA 기준)

저압 보일러 (0.1~1.0MPa)
대형 저장탱크
저압 공정 설비
건물용 압력용기

6.2 중압용 안전밸브 (Medium Pressure: 1.0~10.0MPa)

특징

스프링식 주로 채택
다양한 구조와 재질 선택 가능
가장 널리 사용되는 압력 범위
표준화된 제품군

주요 적용처

일반 압력용기
가스 압축기
화학공장 프로세스
중압 배관 시스템

6.3 고압용 안전밸브 (High Pressure: 10.0MPa~)

특징

특수 재질과 정밀 가공 필요
소구경, 고정밀 설계
높은 제작비용
엄격한 품질 관리 요구

주요 적용처

고압 가스 압축기
초고압 반응기
유압 시스템
특수 산업 장비

7. 특수 용도별 안전밸브

7.1 극저온용 안전밸브 (Cryogenic Service Safety Valve)

설계 특징

-196°C까지 사용 가능한 특수 재질(Special Materials for Ultra-Low Temperature)
열팽창 차이를 고려한 설계(Design Considering Thermal Expansion Difference)
단열 구조 적용(Insulation Structure Application)
극저온 환경에서의 밀봉 성능 확보(Sealing Performance in Cryogenic Environment)

KGS 기준 적용 대상

수소, 암모니아, 염소 등 독성가스 시설
LNG 저장탱크 및 기화기
극저온 가스 제조설비
특수고압가스 사용시설

7.2 고온용 안전밸브 (High Temperature Service Safety Valve)

설계 특징

500°C 이상 고온 대응(High Temperature Response above 500°C)
내열 합금 재질 사용(Heat Resistant Alloy Materials)
열변형 방지 구조(Thermal Deformation Prevention Structure)
내화 구조 적용(Fire Safe Design Application)

KOSHA 기준 적용 대상

화학반응기 (고온 고압 조건)
증류탑 및 분리탑
열교환기 (Shell & Tube 타입)
특수 환경 압력용기

7.3 부식성 유체용 안전밸브 (Corrosive Fluid Service Safety Valve)

재질 선정 (Material Selection)

스테인리스강 (Stainless Steel: SUS316, SUS316L)
하스텔로이 (Hastelloy)
인코넬 (Inconel)
모넬 (Monel)

적용 유체 (Applicable Fluids)

강산/강알칼리 (Strong Acid/Strong Alkali)
염소가스 (Chlorine Gas)
황화수소 (Hydrogen Sulfide)
기타 부식성 화학물질 (Other Corrosive Chemicals)

8. 종류별 선택 가이드

8.1 압력 범위별 선택 기준

압력 범위	권장 타입	이유
0.5~11 barg	저양정식	경제적, 점진적 제어
0.5~33 barg	전량식	대용량, 신속한 방출
0.5~450 barg	고양정식	고압 대응, 효과적 방출

8.2 시스템 규모별 선택 기준

시스템 규모	구경 범위	권장 타입	주요 고려사항
소형	15A~50A	저양정식	경제성, 간단한 구조
중형	15A~50A	고양정식	고압 대응, 효과적 방출
대형	15A~400A	전량식	최대 용량, 신속한 압력 해소

8.3 유체별 선택 기준

조건	권장 타입	이유
기체/증기	고양정식, 전량식	급속 방출 필요
액체	저양정식	점진적 압력 제어
유독성 유체	전량식	최고 안전성 보장
부식성 유체	특수 재질 적용	내부식성 재질 필수

8.4 단계별 선택 프로세스

1단계: 기본 조건 확인

유체 종류 (기체/액체/증기)
운전 압력 및 온도 범위
방출 용량 요구사항
설치 공간 제약 조건

2단계: 압력 범위에 따른 1차 선별

저압 (0.5~11 barg): 저양정식 검토
중압 (0.5~33 barg): 전량식 검토
고압 (0.5~450 barg): 고양정식 검토

3단계: 시스템 규모 고려

소형 시스템 (15A~50A): 저양정식 또는 고양정식
대형 시스템 (15A~400A): 전량식 필수

4단계: 세부 사양 결정

재질 선정 (청동, 스테인리스강, 주철)
연결 방식 (플랜지/나사)
방출구 방향
특수 옵션 (수동개방장치, 벨로즈 등)

5단계: 인증 및 법규 확인

KGS 인증 필요 여부 (고압가스시설)
KOSHA 검정 필요 여부 (압력용기)
해당 시설 관할 기관 요구사항 확인

9. FAQ: 안전밸브 종류 선택

Q1: 저양정식과 고양정식, 전량식의 가장 큰 차이점은 무엇인가요?

A: 압력 범위와 시스템 규모가 가장 큰 차이입니다. 저양정식은 0.5~11 barg의 저압용으로 점진적 개방하며 경제적입니다. 고양정식은 0.5~450 barg의 광범위한 압력에서 사용 가능하며 Pop Action으로 급속 방출합니다. 전량식은 0.5~33 barg에서 최대 400A까지 대구경이 가능하여 대용량 시스템에 적합합니다.

Q2: 소형 보일러에는 어떤 타입을 선택해야 하나요?

A: 소형 보일러(10ton/h 이하)에는 저양정식을 권장합니다. 압력 범위가 적당하고(0.5~11 barg), 점진적 압력 제어로 시스템에 충격을 주지 않으며, 경제적이고 유지보수가 간편합니다. Cast Bronze 재질로 220°C까지 사용 가능하여 일반적인 보일러 운전 조건에 충분합니다.

Q3: 고압가스 저장탱크에는 어떤 인증 제품을 사용해야 하나요?

A: 고압가스 저장탱크에는 KGS 형식승인을 받은 제품을 사용해야 합니다. 압력과 용량에 따라 고양정식(고압, 소용량) 또는 전량식(중압, 대용량)을 선택하면 됩니다. KGS 인증 제품은 대부분 KOSHA 기준도 만족하므로 범용성이 높습니다.

Q4: 유독성 가스 시설에는 어떤 특별한 고려사항이 있나요?

A: 유독성 가스 시설에는 전량식 안전밸브 사용을 권장합니다. 신속한 압력해소로 최고 안전성을 보장하며, 400°C까지 대응 가능한 벨로즈 타입으로 극한 상황에서도 작동합니다. 또한 방출된 유독성 가스의 안전한 처리를 위한 배출 시스템 설계가 필수입니다.

Q5: 액체 시스템과 기체 시스템에서 안전밸브 선택이 다른 이유는 무엇인가요?

A: 유체의 압축성 차이 때문입니다. 기체는 압축성이 높아 급격한 압력 상승 시 급속 방출이 필요하므로 고양정식이나 전량식이 적합합니다. 액체는 비압축성으로 급격한 방출 시 수격 현상(Water Hammer)이 발생할 수 있어 점진적 방출이 가능한 저양정식이 적합합니다.

Q6: 설치 공간이 제한적일 때는 어떤 타입을 선택해야 하나요?

A: 설치 공간이 제한적이면 저양정식을 권장합니다. 15A~50A의 소구경으로 컴팩트하며, 간단한 구조로 작은 크기와 가벼운 무게를 가집니다. 다만 압력 범위(0.5~11 barg)와 방출 용량이 제한적이므로 시스템 조건을 반드시 확인해야 합니다.

Q7: 온도가 높은 환경에서는 어떤 재질을 선택해야 하나요?

A: 온도 조건에 따라 재질을 선택해야 합니다. 220°C 이하는 Cast Bronze(저양정식) 또는 Stainless Steel(고양정식)이 적합하고, 400°C까지는 전량식의 벨로즈 타입을 사용해야 합니다. 더 높은 온도에서는 특수 내열 합금 재질의 고온용 안전밸브가 필요합니다.

결론

안전밸브의 종류는 압력 범위, 시스템 규모, 유체 특성에 따라 명확히 구분됩니다. 저양정식은 경제적인 소형 시스템용, 고양정식은 고압 시스템용, 전량식은 대용량 시스템용으로 각각의 특성과 적용 분야가 다릅니다.

현장에서 안전밸브를 선택할 때는 운전 조건을 정확히 파악하고, 해당 시설의 관할 기관(KGS 또는 KOSHA) 요구사항을 확인한 후, 경제성과 안전성을 종합적으로 고려하여 최적의 제품을 선택해야 합니다.

다음 편에서는 안전밸브의 검사 주기와 구체적인 검사 방법에 대해 KGS와 KOSHA 기준을 중심으로 상세히 알아보겠습니다.

출처

한국가스안전공사. (2022). KGS AC111 고압가스 제조시설 기준. KGS.

한국가스안전공사. (2021). KGS AC112 고압가스 저장시설 기준. KGS.

한국산업안전보건공단. (2021). KOSHA GUIDE P-82-2012 압력용기 안전밸브 설치기준. KOSHA.

고용노동부. (2023). 산업안전보건기준에 관한 규칙. 고용노동부.

한국가스안전공사. (2020). 특정설비 정기검사 실무 가이드. KGS.

GasPlus. (2024). 저양정식 vs 고양정식 vs 전량식 안전밸브 비교표. www.gasplus.com.