위험물 저장탱크 안전장치

위험물을 저장하는 탱크는 화재·폭발을 예방하기 위해 여러 안전장치들이 설치되어야 한다. 금번 이에 대해 살펴보고자 한다.

 

 

 

위험물 저장탱크 안전장치

 

위험물 저장탱크는 설계 시 한국산업규격, 미국의 API STD 650, 620, 영국표준 2654 등에 근거하여 설계하고 있고 상압저장탱크에 대한 개요는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조
https://sec-9070.tistory.com/406

상압저장탱크 종류 및 안전장치

 

위험물 저장탱크의 안전장치는 <그림 1>에서와 같이 브리더밸브 화염방지기, 맨홀, 긴급방출용 벤트, 레벨 게이지, 접지, 온도감지기, 폼소화 공급라인, 물분무소화설비, 질소 퍼지 등으로 구성된다.

 

<그림 1> 위험물 저장탱크 안전장치

 

 

통기관(Vent)

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

❍ 가연성 증기가 대기로 배출될 때 근처에 점화원이 있는 경우 점화될 수 있다.

❍ 점화원, 공기 흡입구, 건물, 통로 및 부지 경계로부터 통기관 끝단의 최소 권장 이격거리는 3 m이며, 통기관은 탱크 상단에 위치해야 한다.

❍ 탱크 상단 및 지상에서의 배출 높이는 증기가 안전하게 확산될 수 있는 충분한 위치를 확보해야 하며, 배출 높이는 탱크 위 0.3 m 나, 지상 3 m 이상(지상 5 m 이상 권고) 중 더 높은 위치가 적절하다.

❍ 통기관 끝단의 높이는 운반차량의 수위보다 높아야 한다.

❍ 증기 확산이 미흡하거나 환경 보호법의 요구 사항을 만족시키기 위해서는 통기관의 권장 이격거리와 배출 높이를 늘릴 필요가 있다.

❍ 통기관은 다음과 같이 설치하여야 한다.

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

- 빗물 등이 저장탱크 내로 들어가지 않도록 설치한다.

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

 

 

통기밸브(Breather valve) 

“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.

❍ 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.

- 인화점 38 ℃ 미만인 물질

- 인화점 이상으로 운전되는 물질

- 정상운전 시에 통기관, 통기밸브 등을 통하여 흡입․배기하여야 하는 통기량은 정상운전의 통기량 이상이어야 한다.

 

 

비상통기설비(Emergency venting device) 

“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.

❍ 정상운전 시의 통기설비로 외부 화재로 인해 탱크에서 발생되는 비상배기량을 방출시킬 수 없는 경우에는 다음과 같은 비상통기설비를 설치하여야 하며, 비상통기설비의 배기량은 비상배기량 이상이어야 한다.

다만, 이상 압력 상승 시 탱크 의 지붕이 분리되도록 제작한 경우에는 비상통기설비를 설치한 것으로 본다.

- 비상압력방출 긴급벤트커버(Emergency vent cover)

- 비상압력방출용 게이지해치(Gauge hatch)

- 기타 이와 동등 이상의 성능을 갖는 것

 

 

화염 방지기(Flame arrester)

❍ 번개 또는 기타 점화원은 통기관에서 대기로 배출된 증기를 점화시킬 수 있는데, 탱크로부터 화염이 확산되는 것을 차단하기 위하여 통기관 끝단에 화염 방지기(flame arrester)를 설치한다.

❍ 화염 방지기는 23 ℃ 미만의 인화점을 가진 액체를 저장하는 고정 지붕식 탱크의 경우 일반적으로 통기관 끝단에 설치해야 한다

❍ 화염 방지기는 페인트, 스케일(scale) 또는 기타 물질에 의한 막힘을 방지하기 위해 정기적인 유지 보수가 필요하며, 예방 검사 계획에 통합되어야 한다.

❍ 저장물질이 화염 방지기를 중합반응이 일어나게 하거나 오염시키기 쉬운 경우에는 화염 방지기 설치가 적합하지 않다.

❍ 화염방지기 설치에 관한 국내기준

- 산업안전보건기준에 관한 규칙 제269조에는 인화성 액체 및 인화성 가스를 저장 취급하는 화학설비에서 증기나 가스를 대기로 방출하는 경우에는 외부로부터의 화염을 방지하기 위하여 화염방지기를 그 설비 상단에 설치하도록 하고 있으며 대기로 연결된 통기관에 통기밸브가 설치되어 있거나, 인화점이 섭씨 38 ℃ 이상 60 ℃ 이하인 인화성 액체를 저장 · 취급할 때에 화염방지 기능을 가지는 인화방지망을 설치한 경우에는 예외로 하고 있다.

- 위험물안전관리법 시행규칙 별표4에는 옥외저장탱크 중 압력탱크외의 탱크(제4류 위험물의 옥외저장탱크에 한한다)에 있어서는 밸브 없는 통기관 또는 대기밸브 부착 통기관을 설치하도록 하고, 가는 눈의 구리망 등으로 인화방지장치를 하도록 규정하고 있다.

❍ 화염방지기 설치에 관한 국외기준

- API STD 2000 3.5.2에서는 폭발을 방지하기 위하여 저장 탱크 설계 시 내부부유식저장탱크(IFRT) 대신 Floatin Roof Tank를 선정하거나, Inert-gas Blanketing조치, Open Vent에 화염방지기 설치, Pressure/Vacuum Valve중 한 가지 방법을 선택하여 적용하도록 하고 있다.

 

 

불활성가스 봉입시설(Inerting system)

“불활성가스 봉입시설 (Inerting system)”이라 함은 질소, 이산화탄소 등과 같은 불활성가스를 탱크에 주입하여 폭발성 분위기 또는 폴리머의 형성을 방지하거나 독성물질의 증기가 대기로 방출되는 것을 방지하기 위하여 설치한 설비를 말한다.

❍ 다음 <표 1>와 같이 전기 전도도가 10 pS/m 이하인 인화성물질을 저장하는 용량 100 m 3 이상의 고정식 지붕탱크에는 불활성가스 봉입시설을 설치한다.

 

<표 1> 인화성물질의 전기전도도

❍ 전항의 규정에도 불구하고 고정식 지붕탱크의 용량이 100 m 3 미만으로 다음과 같이 정전기가 형성될 수 있는 경우에는 불활성가스 봉입시설을 설치한다.

- 인화성물질이 내부 인입 노즐에서 분사되면서 저장탱크를 채우는 경우

- 인화성물질의 인입 유속이 1.0 m/s 이상인 경우

❍ 공정 특성상 저장물질을 건조한 상태로 저장하거나 과산화물 또는 부식성 물질의 형성을 피하고자 하는 경우에도 불활성가스 봉입시설을 설치한다.

❍ 저장물질이 불안정하여 산소를 필요로 하는 화학반응 억제제를 포함하고 있는 경우에는 불활성가스 봉입시설을 설치하여서는 아니된다.

 

 

맨홀(Manhole)

❍ 고정식 지붕탱크

- 지름이 9 m 이하인 고정식 지붕탱크에는 지붕 및 옆판에 각각 1개의 맨홀을 설치 한다.

- 지름이 9 m를 초과하고 30 m 이하인 고정식 지붕탱크에는 지붕 및 옆판에 각각 2 개의 맨홀을 설치한다.

- 지름이 30 m를 초과하는 고정식 지붕탱크에는 지붕 및 옆판에 각각 4개의 맨홀을 설치한다.

- 특히 농질산 저장탱크인 경우는 탱크 옆판의 맨홀을 설치하지 않으며, 지붕의 맨홀은 위의 기준에 따른다.

❍ 부유식 지붕탱크

- 부유식 지붕탱크의 옆판 맨홀은 고정식 지붕탱크의 옆판 맨홀 설치 기준에 따른다.

- 지붕에는 최소한 공칭지름 500 mm의 맨홀을 하나 이상 설치하며 폰툰지붕형인 경우에는 각 구획마다 최소한 하나 이상의 맨홀을 설치한다.

❍ 청소용 맨홀 상압저장탱크 내부에 침전물이 형성되어 탱크 청소시 침전물을 제거하여야 할 필요가 있는 경우에는 청소용 맨홀(Cleanout door)을 설치한다.

 

 

본딩 및 접지(Bonding and earthing) 

❍ 정전기 방전의 축적을 최소화하고 발화성 스파크를 방지하려면 저장탱크의 모든 금속 부분을 서로 접합하고 접지해야 한다. 

❍ 최대 접지 저항은 10 Ω을 권장하며, 정기적인 시험 측정을 위해 접지 시설을 분리할 수 있어야 한다. 접지 및 본딩에 대한 자세한 사항은 BS 7430을 참조한다.

❍ 액체의 전기 전도도가 특히 낮고 인화점 보다 높게 저장되는 경우, 액체를 질소 블랭킷(blanket)에 보관하거나 정전기 발산 첨가제(static dissipating additive)를 주입하는 것이 바람직하다. 이 경우, 시간이 경과할수록 분해되므로 농도와 효과가 모니터링 되어야 한다.

 

[정전기(Static electricity)의 원인]
❍ 운동 작용에 의해 전하가 분리되어 시설·설비 및 저장물질 표면에 전하가 축적되어 정전기가 발생한다. 시설이 접지되지 않았거나 액체의 전기 전도도가 낮으면 전하가 방출되는 것보다 더 빠르게 생성될 수 있다.
❍ 이로 인해 전기방전(electrical discharge) 또는 스파크가 발생할 수 있으며, 충분한 에너지를 갖는 경우 인화성 가스나 증기를 점화시킬 수 있다.

 

 

내용물 측정(Contents measurement)  

❍ 모든 탱크와 탱크 칸막이는 저장된 물질의 양을 측정하는 적절한 수단이 있어야 한다.

❍ 정확성을 확보하기 위해 설치 시, 정기 검사·정비 시, 개조 시 등에는 측정 장비를 시험하고, 교정해야 한다.

❍ 각 탱크의 최대 작동 레벨과 최대 레벨 절대치를 설정해야 한다(그림 2 참고)

 

 

<그림 2> 과충전 방지 : 탱크레벨(API2350 기준)

 

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

KOSHA GUIDE D-35-2017 상압저장탱크의 설계에 관한 기술지침

KOSHA 저장탱크 취급자 가이드 라인

구채칠⋅최재욱, 내부 부상형저장탱크(IFRT) 화재․ 폭발 예방대책에 관한 연구

임지표⋅박수율, 사고사례 정밀분석을 통한 상압저장탱크의 안전에 관한 연구