배기량 및 흡기량 계산

상압저장탱크에는 과압 이나 진공에 의한 파손을 방지하기 위해 배기나 흡기를 위한 통기관이 필요하다.

금번 통기관 등 설계를 위한 배기량 및 흡기량 계산 사례를 공유하고자 한다.

 

 

 

상압저장탱크 배기량 및 흡기량 계산 

 

과압이나 진공의 주요 원인은 로딩(하역)/언로딩(출하)에 의한 액체의 유입/배출과 계절에 따른 온도변화, 외부화재 등이 있다.

외부화재의 경우에는 통기관으로는 충분히 배출할 수 없으므로 긴급통기설비를 별도로 설치하여야 한다.

통기관과 긴급통기설비의 크기를 계산하기 위해서 액체의 이동, 온도변화에 따른 배기량 및 흡기량과 외부화재에 의한 배기량을 계산하여야 한다.

 

로딩작업과 온도변화에 의한 배기량 계산식

 

배기량은 로딩작업에 의한 배기량과 온도변화에 의한 배기량을 계산한 후 합산하여 구할 수 있다.

 

로딩작업 시 배기량은 다음 식으로 계산할 수 있다.

 

위의 식은 증기압이 5 kPa 이하인 경우에 사용하며 증기압이 5 kPa보다 큰 경우에는 위에서 계산된 값의 두 배를 사용한다.

 

온도변화에 의한 배기량은 다음 식으로 계산할 수 있다.

 

Y 계수는 위도에 따라 따라 결정되며 <표 1>에서 선택하여 사용할 수 있다.

 

<표 1> Y factor for various latitudes

 

 

언로딩 작업과 온도변화에 의한 흡기량 계산식

 

흡기량은 언로딩 작업과 온도변화에 의한 흡기량을 합산하여 계산된다.

 

언로딩 작업에 따른 흡기량은 다음 식을 이용하여 계산된다.

 

온도변화에 따른 흡기량은 다음과 같이 계산된다.

 

C 계수는 위도, 증기압 및 평균저장온도에 따라 결 정되며 <표 2>에서 선택하여 사용할 수 있다

 

<표 2> C factor

 

 

외부화재 시 배기량 계산식

 

탱크 주변에서 화재가 발생할 경우에는 저장중인 톨루엔의 증기압이 증가되어 많은 양이 증발되기 때문에 로딩 및 온도 변화에 의한 배기량보다는 훨씬 많은 배기량이 필요할 것이다.

 

외부화재 시의 배기량은 다음 식에 의해 계산할 수 있다.

 

 

 

 

위의 식은 외부화재 시 안전밸브의 배출용량을 구하는 식과는 형태가 다르지만 증발잠열과 입열량이 필요하고 입열량을 계산하기 위해서는 액체 접촉면적을 계산하여야 한다는 점에서 동일한 식이라고 볼 수 있다.

외부화재에 의한 인입열은 <표 3>을 통해 계산할 수 있다.

수직탱크에 대한 접촉면적(ATWS)은 바닥부터 9.14 m의 높이까지의 수직 동체의 면적과 같다.

 

<표 3> Heat input(Q)

 

 

계산 사례

 

내부부상지붕탱크의 명세는 <표 4>와 같다.

 

<표 4> Tank specification

탱크에서 저장하는 물질은 일반적으로 용제로 많이 사용되는 톨루엔으로 가정하였다. 톨루엔의 물성은 <표 5>와 같다.

 

<표 5> Properties of toluene

 

배기량과 흡기량 계산 결과

 

평균저장온도 25℃에서 7,000 ㎥ 의 톨루엔 탱크에 대한 배기량과 흡기량을 계산하면 각각 1,924 ㎥/hr과 4,195 ㎥/hr이다.

 

외부화재 시 배기량 계산 결과

 

이를 통해 접촉면적 861 ㎡, 인입열 4,129.7 kW를 계산할 수 있으며 톨루엔의 증발잠열 412 kJ/kg을 이용하여 외부화재 시 배기량 18,560 ㎥/hr을 구할 수 있다.

 

외부화재 시 배기량이 로딩 및 온도변화에 의한 배기량보다 훨씬 많음을 알 수 있다.

 

Reference : 한국안전학회지, 제34권 제4호, 2019년(사고사례 정밀분석을 통한 상압저장탱크의 안전에 관한 연구)