Liquid overfilling과 Lute pot 설계

대기압 및 저압 저장 탱크의 압력 릴리프 시스템과 관련된 구성 요소를 살펴보고 액체 과충진(Liquid overfilling) 및 Lute Pots 설계 내용을 공유하고자 한다. 

 

 

 

Liquid overfilling과 Lute pot 설계

대기압 및 저압 저장 탱크의 Tank padding system 설계에 관해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1323

Tank Blanketing 설계

 

 

저압(LP) 저장탱크 설계

“대기압 탱크”라 함은 운전 압력 20 kPa(gauge) 미만에서 인화성물질 등을 저장·취급하는 탱크를 말한다.

“저압 탱크”라 함은 운전 압력 101.3 kPa(gauge) 미만에서 인화성물질 등을 저장·취급하는 탱크를 말한다.

대압 및 저압 저장 탱크를 안전하게 사용하기 위한 압력 릴리프 시스템의 설계는 흔히 상상하는 것보다 더 복잡하다. 기본적인 RELIEF DEMAND FLOWRATE (RDF) 계산은 주로 API 2000과 같은 문헌에서 찾을 수 있지만, 경험에 따르면 탱크용 압력 릴리프의 기본 설계 기능에 대한 기본 사항을 제대로 이해하지 못하는 경우가 많다. 특히 릴리프 사례를 식별하고 normal process relief vents와 emergency vents를 구분하는 것은 릴리프 시스템 설계에서 중요한 단계이다. 
다음 그림 1은 Inert gas padding이 있는 탱크의 전형적인 도면이다. 

<그림 1> Typical LP storage tank configuration

 

 

액체 과충진(Liquid overfilling)

high-level alarms 및 trip systems과 같은 instrumented protective systems (IPS)으로 저장 탱크의 과충진 위험을 제거하는 것은 사실상 불가능하므로 liquid overflow를 설치하는 것이 일반적이다. 무결성이 높은 IPS를 사용할 수 있지만 일반적으로 이러한 선택은 가성비가 떨어진다.

liquid overflow는 상기 그림과 같이 탱크의 수직 벽에 분기 형태로 제공되는데, 분기 및 관련 처리 배관은 루프 조인트 아래의 액체 레벨을 유지하면서 예측 가능한 최대 액체 유입에 대처할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 그러나 저온 저장 탱크에는 이러한 유형의 overflow 방지 장치를 사용할 수 없다는 점에 유의해야 한다.

탱크에 질소가 채워져 있거나 증기가 위험한 경우, overflow로 인한 배출을 방지하기 위해 일종의 밀봉(seal)이 필요하다. 따라서 overflow는 lute pot 또는 bursting disc로 보호하거나 기존 배출 장치 중 하나를 사용하여 액체를 배출할 수 있다.

 

일부 상황에서는 과충전의 경우 기존 탱크 릴리프 장치 중 하나를 사용하여 액체를 배출하는 것이 허용될 수 있지만, 이를 신중하게 고려해야 한다. Pressure/Vacuum Valve(PVV)는 가스/증기 흐름용으로 설계된 것이지 액체용으로 특별히 설계된 것이 아니다. 이러한 이유로 일반적으로 액체 흐름에 PVV를 사용하는 것은 권장되지 않으며, PVV에서 흐르는 액체는 제어되지 않은 방식으로 탱크 상단으로 흐르게 된다.

 

일반적으로 경험에 따르면 normal venting system과 liquid overflow를 결합하면 하나 또는 두 기능 중 하나가 부적절하게 작동할 수 있으므로 결합해서는 안 된다. 결합된 시스템에서 가장 흔히 발생하는 고장은 overflow로 액체가 빨려 들어가서 탱크가 흡입되는 것이다. 또한 overflow line에서 2상 흐름이 발생하면 2상 흐름 체제에서 라인의 유량이 액체가 없는 상태보다 훨씬 적을 수 있으므로 탱크가 과도하게 채워질 수 있다.

 

liquid overflow를 처리할 때도 배출로 인한 안전과 환경 영향을 최소화하기 위해 신중한 고려가 필요하다.

 

 

Lute Pots

Lute pot는 탱크에 불활성 가스 블랭킷이 장착된 PV 밸브와 유사한 효과를 제공하기 위해 자주 사용된다. 그러나 루트 포트에는 몇 가지 문제가 있어 의도한 만큼의 효과를 얻지 못하는 경우가 많다: 
- 탱크의 압력 급증으로 인해 루트 포트 액체 씰이 배출되고 결과적으로 씰이 파손될 수 있다. 
- 액체 씰이 얼어서 통기 라인이 막힐 수 있다. 
- 씰 액체가 공정 유체에 의해 오염되어 중합, 응고 또는 화학적 위험을 초래할 수 있다. 
- 씰 액체가 일정 시간 동안 증발하여 씰 압력 손실 및 패드 가스 낭비를 초래할 수 있다.

 

vent line 직경의 두 배에 달하는 전통적인 디자인의 lute pot는 특히 서지 조건에서 씰 액의 혼입으로 인해 씰 액이 배출되기 쉽다. 그림 2는 일반적인 일반 lute pot을, 그림 3은 개선된 lute pot의 설계를 보여준다.

<그림 2> Typical lute pot	<그림 3> Improved lute pot design

 

저압 탱크용 Liquid Overflow Systems은 적절한 고려가 필요하며, 이러한 조건에 대처하도록 특별히 설계된 라인이 아니라면 일반적으로 vent line에서 액체와 기체 흐름을 동시에 허용하는 것은 허용되지 않는다. overflow와 vent가 결합된 2상 흐름에 올바른 설계 기준을 적용하지 않으면 탱크의 과압 또는 저압(over- or under-pressure)이 발생할 수 있다.

 

lute pots는 압력 또는 진공을 완화하도록 설정할 수 있지만 반대 조건, 즉 lute를 통한 역류가 허용되지 않는 조건에서는 check valves로 효과적으로 작동한다는 점에 유의해야 한다. 

 

 

 

Reference : Tony Ennis, PRESSURE RELIEF CONSIDERATIONS FOR LOW-RESSURE (ATMOSPHERIC) STORAGE TANKS