통기설비 통기량 산출

인화성물질 등을 저장․취급하는 고정식 지붕탱크 및 대기압/저압탱크의 통기설비 설치와 관련되어 통기량 산출 방법에 대해여 공유하고자 한다.

 

 

 

통기설비 통기량 산출

용어의 정의

“통기설비”라 함은 탱크의 정상운전을 위해 설치한 통기관, 통기밸브 등을 말한다.

“비상통기설비(Emergency venting device)”라 함은 탱크 주변의 화재로 인해 일시에 발생되는 많은 양의 가스․증기 등을 방출할 수 있는 긴급벤트커버 (Emergency vent cover), 비상압력방출용 게이지해치(Gauge hatch) 등을 말한다.

“통기관(Vent)”이라 함은 탱크가 진공 또는 가압 상태가 되지 않도록 대기로 개방된 배관을 말한다.

“통기밸브(Breather valve)”라 함은 평상시에 닫힌 상태로 있다가 탱크의 압력이 미리 설정된 압력에 도달하면 밸브가 열려 탱크 내부의 가스․증기 등을 외부로 방출하고 탱크 내부로 외부 공기를 흡입하는 밸브를 말한다.

“긴급벤트커버(Emergency vent cover)”라 함은 평상시에는 닫힌 상태로 있다가 탱크의 압력이 설정 압력에 도달되었을 때 자동으로 열리면서 많은 양의 가스․증기 등을 방출하도록 탱크의 맨홀 등에 설치된 긴급벤트커버를 말한다.

“비상압력방출용 게이지해치(Gauge hatch)”이라 함은 평상시에는 닫힌 상태로 있다가 탱크의 압력이 설정 압력에 도달되었을 때 자동으로 열리면서 많은 양의 가스․증기 등을 방출하도록 탱크에 설치된 게이지해치를 말하고, 비상압력 방출용으로 설치된 게이지해치는 클램프에 의해 고정되지 않는 구조이어야 한다.

“고정식 지붕탱크 (Cone roof tank, CRT)”라 함은 원추형으로 된 고정식 지붕을 갖는 대기압 탱크를 말한다.

“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.

 

 

통기설비 설치

1. 정상운전

(1) 통기관은 다음과 같이 설치하여야 한다.

(가) 직경은 32 ㎜ 이상이어야 한다. 다만, 탱크의 용량, 내용물의 증기압, 유입 및 유출되는 양에 따라 아래의 정상운전의 통기관을 만족하는 경우에는 그러하지 아니 하다.

(나) 빗물 등이 저장탱크 내로 들어가지 않도록 설치한다.

(다) 출구는 가스․증기의 흐름을 방해하지 않도록 설치하고, 조류 등에 의해 막히는 것을 예방할 수 있도록 2～4 mesh의 철망(Bird screen)을 붙인다.

(2) 다음과 같은 인화성 물질 등을 저장·취급하고 있는 탱크의 통기관에는 통기밸브를 설치하여야 한다. 다만 저장·취급하는 물질이 응축, 부식, 결정, 중합 또는 결빙되는 성질이 있어 통기밸브가 막힐 우려가 있을 경우에는 설치를 생략할 수 있다.

(가) 인화점 38 ℃ 미만인 물질

(나) 인화점 이상으로 운전되는 물질

(3) 정상운전 시에 통기관, 통기밸브 등을 통하여 흡입·배기하여야 하는 통기량은 아래의 통기량 이상이어야 한다

 

 

2. 비상운전

정상운전 시의 통기설비로 외부 화재로 인해 탱크에서 발생되는 비상배기량을 방출시킬 수 없는 경우에는 다음과 같은 비상통기설비를 설치하여야 하며, 비상통기설비의 배기량은 아래의 비상배기량 이상이어야 한다. 다만, 이상 압력 상승 시 탱크의 지붕이 분리되도록 제작한 경우에는 비상통기설비를 설치한 것으로 본다.

(1) 비상압력방출 긴급벤트커버(Emergency vent cover)

(2) 비상압력방출용 게이지해치(Gauge hatch)

(3) 기타 이와 동등 이상의 성능을 갖는 것

 

 

3. 통기관의 크기

통기관의 직경은 정상운전 시와 비상운전 시에 흡입·배기하여야 하는 각 경우의 통기량 이상의 크기이어야 하며, 일반적으로는 제조사의 실험식, 표, 그래프 등으로 결정하는데 최소한 <표 1>의 크기 이상이 되도록 한다.

예를 들어 탱크 용량이 133 ㎥이고 화재 시 비상배기량에 따른 통기관 크기가 60 mm로 산정하였을지라도 <표 1>을 참조하여 100 mm 이상으로 통기관의 크기를 결정하여야 한다.

<표 1> 탱크 용량에 따른 최소 통기관 배관 직경

 

 

통기량 산출

1. 정상운전

(1) 정상운전 시에 탱크 내․외부로 흡입․배기하여야 하는 통기량은 탱크에서 저장·취급하는 유체의 이동에 의한 통기량에 온도 변화로 인한 통기량을 가산하여야 한다.

(2) 흡입통기량은 <식 1>에 의하여 산출한다.

여기서 Qi : 흡입통기량(외부조건이 15 ℃, 101.3 kPa에서의 흡입 공기량) (㎥/h)

            Vo : 탱크에 저장된 인화성 물질 등을 외부로 이송하는 최대량 (㎥/h)

            qi : 탱크 외부의 온도 변화로(열 수축) 인해 흡입되어야 하는 통기량 (㎥/h)

외부 조건이 15 ℃, 101.3 kPa에서 초기 온도가 49 ℃일 경우에 흡입되어야 하는 통기량은 <표 2>로 산출할 수 있으며 그 외에는 <부록 1>을 참고하여 산출한다.

<표 2> 초기 온도가 49 ℃일 경우에 흡입되어야 하는 통기량

 

 

(3) 배기통기량은 다음의 기준에 의한다.

(가) 외부에서 인화점 38 ℃ 미만 또는 비점이 149 ℃ 미만인 물질을 탱크 내부로 이송할 때의 배기통기량은 <식 2>에 의하여 산출한다.

여기서 Qo : 배기통기량(15 ℃, 101.3 kPa에서의 공기량) (㎥/h)

            Vi : 외부의 인화성 물질 등을 탱크 내부로 이송하는 최대량 (㎥/h)

            qo : 탱크 외부의 온도변화로 인해 배기되어야 하는 통기량 (㎥/h), 제(2)항의 Qi 와 같음

 

(나) 외부에서 인화점 38 ℃이상 또는 비점이 149 ℃이상인 물질을 탱크 내부로 이송할 때의 배기통기량은 <식 3>에 의하여 산출한다.

 

여기서 Qo : 배기통기량(15 ℃, 101.3 kPa에서의 공기량) (㎥/h)

            Vi : 외부의 인화성물질 등을 탱크 내부로 이송하는 최대량 (㎥/h)

            qo : 탱크 외부 온도 변화로 인해 배기되어야 하는 통기량 (㎥/h), 제(2) 항의 Qi 와 같음

 

 

2. 비상운전

(1) 탱크 주변의 화재로 인해 탱크 외부로 방출되어야 하는 비상배기량(Qo)은 <식 4>에 의하여 산출한다.

여기서 Qo : 비상배기량(15 ℃, 101.3 kPa에서의 공기량) (㎥/h)

            L : 방출되는 온도․압력 하에서 저장 액체의 증발잠열 (J/㎏)

            T : 저장 액체의 비점 (K)

            M : 방출되는 증기의 분자량

            H : 화재 시 탱크 인입 열량 (Watts) <표 3> 참조

            F : 환경 인자 (Environmental factor) <표 4> 참조

 

 

(2) 탱크의 내부 액체 접촉면적(A)은 다음과 같이 계산한다. 다만, 지면과 직접 접촉되는 탱크의 바닥면적은 내부 액체 접촉면적에서 제외한다.

(가) 타원형 또는 구형 탱크인 경우에는 전체 표면적의 55 % 또는 높이 9 m까지의 표면적 중 큰 수치를 적용한다.

(나) 수평 탱크인 경우에는 전체 표면적의 75 % 또는 높이 9 m까지의 표면적 중 큰 수치를 적용한다.

(다) 수직탱크인 경우에는 높이 9 m까지 동체 측의 전체 표면적을 적용한다.

<표 3> 화재 시 탱크 인입 열량

 

<표 4> 환경 인자(Environmental Factor)

 

 

(3) 유체의 특성이 헥산과 유사할 경우에는 <표 5>, <부록 2>를 참고하여 비상배기량을 결정할 수 있다.

<표 5> 헥산과 유사할 경우 비상배기량

 

 

[부록1] 열 영향(온도 변화)으로 인한 일반적인 흡입 및 배기 요구량

 

 

[부록2] 화재시 표면적에 따른 긴급 배기 요구량

 

Reference : KOSHA GUIDE D - 14 - 2018 통기설비 설치에 관한 기술지침