금번에는 NFPA 30에서 규정하고 있는 탱크 통기량 설계에 관한 기준에 대해 공유하고자 한다.
저장탱크 통기량 설계
1. 탱크의 정상적인 통기설비
(1) 저장탱크는 탱크에 채우거나 비울 때 또는 대기 온도 변화로 인하여 탱크의 정격압력을 초과하거나 탱크에 변형을 일으킬 수 있는 압력 또는 진공이 형성되는 것을 방지하기 위해서 통기되어야 한다.
(2) 정상적인 통기관은 관경이 가장 큰 주입 접속구 또는 이탈 접속구 직경 이상으로 커야하며, 명목 직경이 32 ㎜(1.25 in.)보다 작아서는 안 된다.
(3) 저압탱크와 압력용기는 탱크 또는 용기를 채우거나 비울 때 또는 대기온도가 변할 때, 탱크나 베슬의 설계압력을 초과하게 하는 압력이나 진공으로 진전되는 것을 막기위해 적정하게 통기상태를 유지하여야 한다. 아울러 펌프토출압력이 탱크나 베슬의 설계압력을 초과하게 될 수 있을 경우, 펌프로부터 탱크나 압력용기로 충전되는 과압을 방지하기 위한 수단이 제공되어야 한다.
(4) 만일 어떤 탱크와 압력용기가 하나 이상의 송입 접결구 또는 출하 접속구가 있어서 동시에 주입 또는 출하가 행해진다면, 통기장치의 크기는 예상되는 동시흐름의 최대량에 근거하여 정해야 한다.
(5) 게이지압 2.5 psi(17.2 ㎪)를 초과하는 압력이 허용되는 통기관이 장착된 탱크류, 저압탱크 및 압력용기에 있어서는, 모든 통기장치 출구와 통기장치 드레인은 만일 통기관으로부터 나오는 증기가 인화되었을 때 탱크에 대해 국소적인 과열 또는 화염 침투를 방지하는 방식으로 방출되도록 배열되어져야 한다.
(6) 클래스ⅠA액체를 저장하는 탱크와 압력용기는 압력과 진공조건에서 통기되어질 때를 제외하고 평상시에는 닫혀있는 통기설비를 장착하여야 한다.
(7) 클래스ⅠB와 클래스ⅠC액체를 저장하는 탱크와 압력용기는 통기설비를 설치하거나 또는 화염방지장치를 설치하여야 한다. 통기설비가 사용되어지는 경우, 압력과 진공조건에서 통기되어질 때를 제외하고는 평상시에는 닫혀있어야 한다.
(8) 화염방지장치 또는 통기설비는, 막힌 상태에서 이것이 사용될 때 탱크의 손상을 초래할 수 있는 상황에서는 클래스ⅠB 또는 클래스ⅠC액체를 저장하는 탱크에 대해서 이의 설치를 생략할 수 있다.
(9) 원유를 처리하는 공정지역 안에 위치하면서 원유를 저장하는 477 ㎘(3,000 bbl) 이하인 탱크와 클래스ⅠA액체 이외를 수용하는 외곽(원유를 처리하는 공정지역 외곽) 지상에 위치한 3,800 ℓ(23.8 bbl; 1000 gal) 이하의 상압 탱크의 경우에는 무변통기관을 부착하는 것이 허용된다.
2. 화재시 대비한 옥외탱크의 비상방출 통기설비
(1) 모든 옥외탱크는 화재노출로 야기된 과도한 내부압력을 방출하는 구조물 또는 장치 또는 설비의 형태로 된 비상방출 통기설비를 가지고 있어야 한다. 이 비상방출 통기설비의 설치는 여러 부분으로 분리된 탱크의 각 부분과 이중벽구조의 탱크 틈새공간 및 측판 둘레가 방벽으로 둘러싸여진 탱크에 대해서도 적용되며, 또한 1차 탱크벽으로부터 누설된 액체를 머금고 있어서 화재시 통기를 방해할 수 있는 단열재, 멤브레인막 또는 빗물차단막 등과 같은 것에 의해 둘러싸여진 내부틈새나 공간부분에 대해서도 적용된다.
[예외] 45,306 ℓ 용량 이상이고 클래스Ⅰ 또는 클래스Ⅱ액체를 저장하는 탱크의 방유제 지역 안에 있지 않거나 또는 그 배출설비 경로상에 있지 않은 클래스ⅢB 액체를 저장하는 탱크에 대해서는 2. (1)의 기준을 만족시키지 않아도 된다.
(2) 수직형 탱크에 있어서, 2. (1)에서 언급한 비상방출통기설비의 구조물로는 플로팅루프, 리프터루프, 측판에 붙은 약한 지붕 접합, 기타 다른 승인된 압력방출구조물 등이 사용되어지는 것이 허용된다. 측판에 붙은 약한 지붕 접합부는 다른 접합부 보다 우선적으로 떨어지게 제작되어야 한다.
(3) 비상방출통기설비의 기능을 전적으로 압력방출장치에 의존하는 경우에, 정상적인 통기량과 비상방출 통기설비 2 개의 총 통기용량은 수직형의 경우에는 측판이나 탱크 바닥이 파열되지 않게, 수평형의 경우에는 동체나 헤드가 파열되지 않게 충분히 크게 하여야 한다. 불안정 액체가 저장된 경우, 중합, 분해, 농축, 또는 자기반응에 의해 발생된 열과 가스량을 고려해주어야 한다. 정상적인 통기와 비상방출 통기를 합한 전체 비상방출 통기용량은 아래의 표 1에 정해진 것보다 작아서는 안 된다.
[예외] 2. 의 (5)와 (6)에서처럼 설비가 되어진 경우
다음 (a), (b)의 요구조건도 또한 적용하여야 한다.
(a) 비상방출통기설비는 증기가 새지 않아야 하고 다음의 것 중에 하나가 되도록 한다.
① 자발적으로 닫히는 맨홀 덮개
② 내부에 압력이 있는 경우 뚜껑이 들어 올려지도록 긴 볼트가 설치된 맨홀 덮개
③ 부가적인 대형 방출밸브 또는 밸브
(b) 탱크의 액접면적(외부 지상 화재의 화염에 노츨될 것이 예상되는 액체와 접촉한 탱크의 내면적이다)은 구형이나 타원체에 있어서는 전체 노출된 부분의 55%, 수평형탱크에 있어서는 전체노출부분의 75%, 직사각형탱크에 있어서는 탱크의 최상단 지붕 표면적을 제외하고 노출된 측판과 바닥면부분의 100%를 기준으로, 수직탱크에 있어서는 탱크의 노출된 측판의 지면에서 위로 9 m(30 ft)까지 부분의 측판면적을 기준으로 계산한다.
<표 1> 액접면적 대 시간당 통기공기량* (ft^3 /hr)
[1 atm, 15.6 ℃[14.7 psi 및 60 ℉에서]
(4) 0.07 ㎏f/㎠(1 psi(6.9 ㎪))을 넘는 압력에서 작동하게 설계된 탱크 및 저장용기의 전체 비상방출 통기 용량은 표 1에 정해진 값보다 작지 않아야 한다.
[예외] 탱크의 액접면적이 260 ㎡(2,800 ft^2 )보다 큰 경우, 전체 비상방출통기 용량은 표 2에 정해진 값보다 작지 않게 하거나, 다음 공식에 의해서 계산된 값보다 작지 않아야 한다.
여기에서, 통기 필요량 = 단위시간당 공기량 [ft^3/hr] A = 노출된 액접 표면적 (ft^2 )
<표 2> 2,800 ft^2 초과 액접면적, 1 psi 초과 압력에서의 통기 필요량
(5) 어떤 특정의 안정된 액체에 대해서는 전체 비상방출 통기용량을 다음 공식에 의해 결정하는 것이 허용된다.
여기에서, V = 표 1에 정해진 단위시간당 통기공기량(ft^3/hr)
L = 특정 액체의 증발잠열(Btu/lb)
M = 특정 액체의 분자량
(6) 안정된 액체를 수용하고 있는 탱크에 있어서, 2. 의 (3),(4) 또는 (5)에 의하여 결정되어진 필요한 비상방출 통기용량은 다음과 같이 방호설비 별로 완화계수 중의 하나를 곱하는 것이 허용된다. 하나의 탱크에 대해서는 다음 계수중 단지 하나만 사용하여야 한다.
(a) 다음 원격 저유설비의 요구조건을 만족하는 배출설비가 되어있고 액접면적이 18.6 ㎥(200 ft^3 )보다 큰 탱크에 대해서는 완화계수 0.5가 허용된다.
- 탱크로부터 1 % 이상의 경사바닥이 저유지역쪽으로 15 m(50 ft) 이상의 거리를 두어 설치되어야 한다.
- 저유지역의 용량은 가장 큰 탱크의 용량보다 작지 않아야 한다.
- 배출설비의 경로는 배출설비의 액체가 발화되었을 시, 탱크나 인접 소유재산이 화재에 심하게 노출시키지 않도록 배치하여야 한다.
- 저유지역의 경계면은, 가득 찼을 경우의 액면에서 부지경계선이나 탱크까지의 거리가 15 m(50 ft) 이상 이격되도록 하여 그 위치를 정하여야 한다. ‘부분 원격저유’가 사용되는 경우는 단서 조항이 있다.
(b) 상기의 원격 저유설비의 요구조건을 만족하는 배출설비가 되어있고, “NFPA 15, Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection”에 의해 설치된 물분무설비로 방호된 탱크에 대해서는 완화계수 0.3이 허용된다.
(c) 다음에 나오는 2. (7)의 요구조건을 만족하는 단열재로 방호된 탱크에 대해서는 완화계수 0.3이 허용된다.
(d) 다음에 나오는 2. (7)의 요구조건을 만족하는 단열재로 덮여있고 상기의 원격 저유설비의 요구조건을 만족하는 배출설비가 마련되어 있으며, “NFPA 15, Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection”에 의해 설치된 물분무설비로 방호된 탱크에 대해서는 완화계수 0.15가 허용된다.
[예외 1] 연소열 및 연소속도가 에틸알콜과 같거나 적은 수용성 액체를 저장, 사용, 취급하는 경우 및 이러한 액체 외에 기타액체로부터의 잠재적인 화재노출우려가 없는 경우에는, 위의 계수에 추가적으로 50%를 감소할 수 있다. 이 추가완화를 받기위해 배출설비가 꼭 필요하지는 않다. 어떤 경우에도 2. (6) (a) 내지 (d)의 계수를 0.15 이하보다 더 감소시켜서는 안 된다.
[예외 2] 연소열 및 연소속도가 에틸알콜과 같거나 적은 수용성 액체를 저장, 사용, 취급하는 경우 및 이러한 액체 외에 기타액체로부터의 잠재적인 화재노출우려가 없는 경우에는, 2. (6)(a) 또는 (c)에 의해 정해진 비상방출통기용량은 위의 계수에 추가적으로 50%를 감소할 수 있다. 물분무설비에 의한 방호에 대해서는 추가완화가 허용되지 않는다. 이 추가완화를 받기위해 배출설비가 꼭 필요하지는 않다. 어떤 경우에도 위 2. (6)(a) 내지 (d)의 계수를 0.15 이하보다 더 감소시켜서는 안 된다.
(7) 2. (6)의 적용에서 인정받을 수 있는 단열설비는 다음의 실행기준을 충족하여야 한다.
(a) 화재노출 조건에서 제자리에 남아있어야 할 것
(b) 화재노출 중 호스방수에 의한 충격에 떨어지지 않고 견딜 것.
[예외] 이 조항은 봉상형 방수가 적절치 못하거나 실제적이지 못한 장소에서는 적용하지 않음.
(c) 외부 단열자켓 또는 덮개가 904.4 ℃(1660 ℉)일 때 및 단열재 평균온도가 537.8 ℃(1,000 ℉) 일 때 시간당 최대열전도율을 4.0 Btu(Btu/hr/ft^2․℉)로 유지할 것
(8) 0.17 ㎏f/㎠(2.5 psig; 17.2 ㎪)를 초과하는 압력을 허용하는 비상배출통기설비가 장착된 탱크 위에 있는 모든 통기설비와 통기드레인은 통기구로부터 나온 증기가 인화되었을 때 탱크의 국부적인 과열이나 화염과의 충돌이 일어나지 않게 방출되도록 배치하여야 한다.
(9) 각각의 탱크 통기장치 위에 개방시작압력과 밸브가 완전개방 위치에 있게 되는 완전개방압력이 각인되어있고, 또한 완전개방압력에서의 유량이 각인된 통기장치를 사용하여야 한다. 통기장치의 유량은 1 기압(14.7 psia), 15.6 ℃(60 ℉)에서 단위시간당 공기체적(㎥/hr 또는 ft^3/hr)으로 표현하고 있다.
(a) 명목치수가 200 ㎜(8 in.)미만인 탱크 통기장치의 유량은 실제적인 시험에 의하여 결정해야 한다. 이 시험은 자격있고 공평한 외부기관 또는 자격있고 공평한 인증기관에 의하여 공인된 제조업자에 의하여 시행되어야 한다.
(b) 긴 볼트를 가진 맨홀 덮개를 포함하여 명목치수가 200 ㎜(8 in.) 이상인 탱크 통기장치의 유량은 시험 또는 계산에 의하여 결정해야 한다. 만일 계산에 의해 결정되어진다면, 개방압력은 시험에 의해서 측정되어야 하며, 정격구경과 정격압력에 적용된 흐름상수 0.5를 기준으로 하여 계산되어 지며, 임의의 오리피스에 대해 그에 상당하는 면적을 정하여 그 명판에 “계산된”이란 단어를 새겨 주어야 한다.
(10) 비상통기 배관의 확장
통기설비의 출구부분이 멀리까지 연장되어야 하는 경우에 통기설비와 배관의 크기가 확장되지 않는다면, 심각한 통기유량 감소가 발생될 수 있다. 이러한 경우 통기설비와 그 배관설비는 화재시 탱크내에서 과압이 발생되지 않도록 하기 위해 다음과 같이 그 크기가 정해져야 한다.
(a) 상압저장탱크와 저압탱크에 있어서, 비상통기장치로 나오거나 들어가는 배관설비는 배압(방출 시 배출시스템의 압력에 기인한 릴리프장치의 출구에서의 압력)이 탱크설계압력보다 작게 제한해 주는 비상통기유량이 되게끔 배관크기가 정해져야 한다.
(b) 압력용기에 있어서, 비상통기장치로 나오거나 들어가는 배관설비는 ‘ASME Boiler and Pressure Vessel Code'에 따라서 크기가 정해져야 한다.
3. 지하저장탱크의 정상적인 통기설비
(1) 통기용량 탱크통기시스템은 탱크가 채워지고 있을 때, 충전구에서 증기 또는 액체의 블로우백을 방지하기에 충분한 용량으로 설비되어야 한다. 통기 배관은 표 3에 따라서 크기가 정해져야하지만 명목내경이 32 ㎜(1.25 in.)보다 작아서는 안 된다. 탱크의 통기장치가 통기배관라인 안에 설치되어 있는 경우에는 그 유량이 상기 .2. (9)에 의하여 정해져야 한다.
<표 3> 지하탱크 통기배관 직경
SI 단위에서 , 1 in = 25 ㎜, 1 ft = 0.3 m, 1 gal = 3.8 ℓ
* 통기관 50 ft, 100 ft 및 200 ft 배관에 7개의 직각 밸브를 더한 길이
Reference : KFS 210 위험물저장시설기준 STANDARD ON STORAGE FACILITIES OF HAZARDOUS MATERIALS
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