상압저장탱크의 설계에 관한 기술지침(D-35-2017)

ㅇ 관련규격
    - 한국산업규격(KS Ｂ 6225) : “강재석유저장탱크의 구조”
    - 미국석유협회 기준 (API 620) : “Recommended rules for design and construction of large,

      welded, low pressure storage tanks”
    - 영국표준(BS 2654) : “Manufacture of vertical steel welded non-refrigerated storage tanks with butt-welded shells

      for the petroleum industry”
    - 영국ICI사 매뉴엘 : “Design guide for design and construction of vertical cylindrical steel welded storage tanks”
    - 미국 Flour Engineering사 매뉴얼: “Atmospheric Storage Tank”

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상압저장탱크의 설계에 관한 기술지침(D-35-2017)

 

 

1. 목적

2. 적용범위

3. 용어의 정의

4. 상압저장탱크 설계시 고려사항

5. 상압저장탱크 설계기준

6. 부유식 지붕탱크의 실링

7. 맨홀

8. 노즐

9. 배수설비

10. 통기설비

11. 불활성 가스 봉입시설

12. 상압저장탱크의 가열/냉각

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1. 목적
이 지침은 인화성물질, 부식성물질 또는 독성물질을 액체상태로 저장하는 상압저장탱크의 설계에 필요한 사항을 정하여 탱크의 잘못된 설계로 인한 화재․ 폭발 및 누출 등의 사고를 예방하는데 목적이 있다.

2. 적용범위
(1) 이 지침은 안전보건규칙 별표 1의 위험물질 중 인화성물질, 부식성물질 및 독성물질 등을 액체상태로 저장하는 설계압력이 게이지 압력으로 3,500 Pa(0.0357 ㎏f/㎠) 미만의 상압저장탱크의 설계에 적용한다.
(2) 이 지침에서 정하지 않은 상압저장탱크의 구조설계 등에 관한 사항은 한국산업규격 및 이와 동등 이상의 기술기준에 따른다.

3. 용어의 정의
(1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.

(가) “고정식 지붕탱크(Cone roof tank, CRT)”라 함은 원추형으로된 고정식 지붕을 갖는 상압저장탱크를 말한다.

(나) “부유식 지붕탱크 (Floating roof tank, FRT)”라 함은 상하로 움직일 수 구조의 부유식 지붕을 갖는 상압저장탱크를 말한다.
(다) “설계압력”이라 함은 탱크의 두께를 계산하기 위하여 사용되는 탱크 상부 기상층에서의 압력을 말한다.

(라) “불활성가스 봉입시설 (Inerting system)”이라 함은 질소, 이산화탄소등과 같은 불활성가스를 탱크에 주입하여 폭발성 분위기 또는 폴리머의 형성을 방지하거나 독성물질의 증기가 대기로 방출되는 것을 방지하기 위하여 설치한 설비를 말한다.
(마) “통기관 (Vent)”이라 함은 탱크의 내부가 진공 또는 가압상태가 되지 않도록 하기 위하여 대기로 개방되게 설치한 관을 말한다.
(바) “통기밸브 (Breather or bleeder valve)”라 함은 평상시에 닫힌 상태로 있다가 탱크의 압력이 미리 설정된 압력 또는 진공압력에 도달하면 밸브가 열려 탱크 내부의 가스․ 증기등을 외부로 방출하거나 또는 탱크 내부로 외부공기를 흡입하기 위하여 설치된 밸브를 말한다.
(사) “림 통기밸브 (Rim breather valve)”라 함은 부유식 지붕의 가장 자리에 설치하여 실링 밑부분의 공기 또는 비 응축성 가스를 외부로 방출하기 위하여 설치된 밸브를 말한다.
(아) “자동 통기밸브 (Automatic breather valve)”라 함은 부유식 지붕의 중앙부위에 설치하는 것으로 저장물질의 액면 높이에 따라 자동으로 열리고 닫혀 탱크 내부가 가압 또는 진공이 되는 것을 방지하기 위하여 설치된 밸브를 말한다.
(2) 기타 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에서 특별히 규정하는 경우를 제외하고는 산업안전보건법, 동법 시행령, 동법 시행규칙, 안전규칙 및 기타 고시에서 정하는 바에 따른다.

4. 상압저장탱크 설계시 고려사항

4.1 고정식 지붕탱크
(1) 고정식 지붕탱크의 지붕은 내․ 외부 구조물 또는 내부의 지지대에 의하여 자체적으로 지지될 수 있도록 설계한다.
(2) 저장하는 물질이 부식성이 있는 경우에는 가능한 한 그 지붕이 내부 지지대에 의하여 지지되게 해서는 안된다.

(3) 고정식 지붕탱크의 내부 압력이 상승하면 탱크의 지붕이 분리되도록 하는 경우는 탱크 바닥이 평평하고 그 지붕이 원추형인 경우에 한한다.
(4) 건물내에 설치된 고정식 지붕탱크는 탱크 내부의 압력 상승시 그 지붕이 분리 되도록 설계해서는 안된다.

4.2 부유식 지붕탱크
(1) 부유식 지붕탱크는 인화성물질이 증기로 되어 대기로 방출되는 손실을 최소화할 수 있도록 인화점 23 ℃ 이하의 인화성물질을 대량 저장하는 경우에 사용하며 다음과 같은 때에는 부유식 지붕탱크를 사용하여서는 아니된다.
(가) 빗물의 침투로 인하여 저장물질이 오염되거나 또는 영향을 받는 경우
(나) 독성물질의 증기가 누출될 우려가 있는 경우
(다) 저장물질의 점도가 높거나 또는 어는 점이 높아 상온에서 탱크내부 면에 두꺼운 막을 형성하는 경우. 다만 부유식 지붕탱크를 보온 또는 가열하여 막이 형성되지 않도록 하는 경우에는 그러하지 아니한다.
(2) 부유식 지붕탱크는 일반적으로 지붕의 형식에 따라 접시지붕형, 폰툰지붕형 및 이중 지붕형으로 구분하며 그 형태는 [부록 1]과 같다.

5. 상압저장탱크 설계기준

5.1 설계압력
(1) 통기관이 설치된 고정식 지붕탱크의 설계압력은 양압 750 Pa(0.0076 ㎏f/cm2), 진공압력 250 Pa(0.0025 ㎏f/㎠) 이내로 한다.
(2) 불활성가스 봉입시설이 설치된 고정식 지붕탱크의 설계압력은 양압 2,000 Pa(0.0204 ㎏f/㎠), 진공압력 600 Pa(0.0061 ㎏f/㎠)이내로 한다.(3) 부유식 지붕탱크의 설계압력은 양압 2,000 Pa(0.0204 ㎏f/㎠), 진공압력 250 Pa(0.0025 ㎏f/㎠)이내로 한다.

5.2 설계온도
상압저장탱크의 설계온도는 저장물질의 온도에 30 ℃ 를 더한 수치를 설계 온도로 한다.
다만, 스팀을 사용하여 상압저장탱크를 청소할 필요가 있는 경우에는 설계온도를 120 ℃로 한다.

5.3 부식 여유
(1) 상압저장탱크의 내부 또는 내․ 외부의 보강재에 부식이 우려되는 경우에는 상압 저장탱크의 밑판, 옆판, 지붕 및 보강재에 부식 여유를 고려한다.
(2) 상압저장탱크의 모재 부식속도(mm/년) 자료를 이용할 수 있는 경우에는 20년 동안 부식되는 두께를 부식 여유로 한다.
(3) 모재의 부식속도 자료가 없는 때에는 다음 기준을 적용한다.
(가) 탄소강 재질의 탱크에 부식성이 있는 물질을 저장하는 경우 : 최소 3 mm
(나) 탄소강 재질의 탱크에 부식성이 없는 물질을 저장하는 경우 : 최소 1.5 mm
(다) 합금강 재질의 탱크에 부식성 물질을 저장하는 경우 : 최소 1.2 mm
(라) 합금강 재질의 탱크에 부식성이 없는 물질을 저장하는 경우 : 0 mm
(4) 상압저장탱크의 모재에 부식여유를 고려하는 것이 경제적이지 않거나 또는 합리적이지 않는 경우에는 내피복 또는 크래딩을 고려할 수

있다.

5.4 용량에 따른 탱크의 지름 및 높이
상압저장탱크의 용량에 따른 탱크의 지름 및 높이는 탱크 제작에 사용되는 철판의 규격에 따라 상이하다. 탱크용량에 따라 일반적으로 적용되는 탱크의 지름 및 높이는 [부록 2]와 같다.

5.5 최소 설계두께

5.5.1 밑판 두께
상압저장탱크 밑판의 두께는 최소한 6 mm 이상으로 한다.
5.5.2 옆판 두께
(1) 최대허용 설계응력
설계시에 적용되는 철판의 최대허용설계응력(Maximum allowable design stress)은 한국산업규격 또는 제조자가 보증하는 항복점 또는 내구력 최소값의 60%를 적용한다.
(2) 최소두께 계산
상압저장탱크 옆판의 최소두께는 식(1)에 의하여 계산한다.

여기서,

ts : 옆판의 최소 필요 두께(mm)

D : 저장탱크의 안지름(m)

H : 판두께를 구하려고 하는 단의 아래 끝에서 최고사용액면까지의 높이(m)

ρ : 저장액체의 비중(저장유체의 비중이 1이하인 때에는 1로 한다.)

f : 재료의 설계 인장응력으로서, 한국산업표준 또는 제조자가 보증하는 항복점

또는 내구력 최소값의 60%를 취한다(MPa)

m : [부록 3]에서 규정하는 방사선 투과 시험에 의하여 정하는 상수

      옆판 최하단 0.85

      최하단 이외의 단에서 등급1에 따라 시험하는 경우 0.85

      최하단 이외의 단에서 등급2에 따라 시험하는 경우 1.00

c : 부식여유(mm)

(3) 사용두께
(가) (1) 식에 의하여 상압저장탱크 옆판의 최소두께를 계산하였을 지라도 제작에 사용되는 철판의 두께는 아래 <표 1>의 철판 두께보다 작아서는 아니된다.

<표 1> 철판의 최소 사용두께

상압저장탱크의 공칭 지름(m)	철판의 최소사용 두께(mm)
D ≤ 16	4.5
16 < D ≤ 35	6
35 < D ≤ 60	8
60 < D ≤ 75	10
75 < D	12

(나) 사용 가능한 최대 두께는 연강을 사용하는 경우에는 38 mm, 고장력강을 사용하는 경우에는 45 mm 이하로 한다.
5.5.3 지붕 두께
(1) 고정식 지붕
(가) 설계하중
고정식 지붕 및 그 지지 구조물의 설계하중은 자중외에 수평 투영 단면적 1 ㎡당 120 ㎏f(1.2 kN)이상의 하중을 가한 것으로 한다.

적설하중이 1 ㎡당 60 ㎏f(600 N)를 초과하는 경우에는 그 초과하는 만큼을 가산하고, 단열재를 설치하는 경우에는 그 하중을 상기 값에 가산한다.
(나) 자체적으로 지지되는 고정식 지붕은 외부 부하에 의한 휨(Buckling)에 견딜 수 있도록 설계하며 식(2)에 의하여 구한다

여기서,

tr : 지붕판의 최소두계(㎜)

D : 저장탱크의 안지름(m)

α : 고정식 지붕의 기울기 각도(°)KOSHA GUIDE

SD : 지붕설계하중(kgf/㎡)(Pa). 단. 지붕의 최소 설계하중은 2,200MPa 이상으로 함.

c : 여유(㎜)

 

(다) 계산된 지붕의 최소두께가 4.5 mm보다 작은 경우에는 4.5 mm를 적용한다.
(2) 부유식 지붕
부유식 지붕의 두께는 특별한 규정이 없는 한 최소두께를 4.5 mm로 한다.

6. 부유식 지붕탱크의 실링
(1) 부유식 지붕탱크의 옆판과 부유식 지붕 사이의 실링 재료 및 형태는 저장 탱크 제작자의 기준에 의하여 결정한다. 다만, 실링을 보수 또는 교체하는 경우에는 부유식 지붕탱크의 부속품인 사다리 또는 내부 배관등을 제거하지 않고 보수할 수 있는 것을 선정한다.
(2) 부유식 지붕탱크의 실링 주위에서 화재․ 폭발의 원인이 될 수 있는 정전기를 제거할 수 있는 장치를 설치한다

7. 맨홀

7.1 고정식 지붕탱크
(1) 지름이 9 m 이하인 고정식 지붕탱크에는 지붕 및 옆판에 각각 1개의 맨홀을 설치한다.
(2) 지름이 9 m를 초과하고 30 m 이하인 고정식 지붕탱크에는 지붕 및 옆판에 각각 2개의 맨홀을 설치한다.
(3) 지름이 30 m를 초과하는 고정식 지붕탱크에는 지붕 및 옆판에 각각 4개의 맨홀을 설치한다.
(4) 특히 농질산 저장탱크인 경우는 탱크 옆판의 맨홀을 설치하지 않으며, 지붕의 맨홀은 위의 기준에 따른다.

 

7.2 부유식 지붕탱크
(1) 부유식 지붕탱크의 옆판 맨홀은 고정식 지붕탱크의 옆판 맨홀 설치 기준에 따른다.
(2) 지붕에는 최소한 공칭지름 500 mm의 맨홀을 하나 이상 설치하며 폰툰지붕형인 경우에는 각 구획마다 최소한 하나 이상의 맨홀을 설치한다.

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

8. 노즐
(1) 고정식 지붕탱크의 출구 노즐은 옆판에 설치한다. 그 위치는 탱크 내부의 침전물 또는 물의 축적을 최소화할 수 있는 높이에 설치한다. 다만, 많은 량의 침전물과 물이 존재할 수 있는 부유식 지붕탱크인 경우에는 내부 이동식 스윙 배관을 설치한다.
(2) 인입 노즐은 옆판에 설치한다. 그 위치는 침전물이 쌓일 수 있는 최대높이 보다는 약간 높은 지점에 설치한다. 만약 인입 노즐이 옆판의 상부에 설치되는 때에는 인입 배관을 탱크의 밑판부위 까지 내려 오도록 하여 항상 저장물질에 잠겨 있도록 하며 사이폰 현상을 방지할 수 있는 조치를 한다.

9. 배수설비

9.1 지붕의 배수
(1) 부유식 지붕탱크의 지붕에는 호스, 배관 또는 사이폰 형태의 배수설비를 설치한다.
(2) 부유식 지붕탱크의 배수설비는 지붕 지름의 크기에 따라 최소한 아래의 기준 이상으로 설치한다.
(가) 지붕의 지름이 40 m 이하의 탱크인 경우 : 최소 지름 80 mm 1개

(나) 지붕의 지름이 40 m를 초과하는 탱크인 경우 : 최소 지름 100 mm 1개
(3) 탱크가 설치되는 지역의 국지성 폭우 등 기상이변에 의한 강우강도를 고려할 필요가 있을 경우, 필요 배수량과 설비 배수능력을 아래와 같이 산출하여 설비 배수능력이 필요 배수량보다 크게 되도록 설치한다.
(가) 필요 배수량은 기상청 자료 등을 참고하여 최근 10년 지역별 시간당 최대 강수량을 참조하여 식 (3)에 의하여 산출한다.

 

(나) 설비 배수능력은 배수설비(Roof drain)에서 중력에 의해 배출될 수 있는 유량을 기준으로 하여 식 (4)에 의하여 구한다. 다만, 지붕(Roof)의 높이는 지붕이 탱크의 최저 위치에 있는 기준으로 한다.

(다) Roof drain의 유속(  )은 식 (5)에 의해서 구한다.

(4) 접시 지붕형 및 폰툰 지붕형탱크의 경우 지붕과 호스 가까이 역지밸브 등을 설치하여 저장물질이 지붕으로 역류되지 않도록 한다.

9.2 밑판의 배수
특별한 경우를 제외하고는 고정식 지붕탱크 및 부유식 지붕탱크의 밑판에는 저장물질에 포함될 수 있는 물 등을 배수할 수 있는 설비(Water drawoff sump)를 설치한다.

10. 통기설비

10.1 고정식 지붕탱크
고정식 지붕탱크에는 KOSHA GUIDE “통기설비에 관한 기술 지침”에 준하여 통기설비를 설치한다. 다만, 고정식 지붕탱크에 불활성가스 봉입시설을 설치하는 경우에는 KOSHA GUIDE에 상관없이 통기밸브를 설치한다.

10.2 부유식 지붕탱크
부유식 지붕탱크에는 최소한 2개 이상의 통기밸브 즉 림 통기밸브와 자동통기밸브를 설치한다. 다만, 림 통기밸브는 부유식 지붕탱크의 실링이 메카니칼 실인 경우에 한하여 설치한다.

11. 불활성 가스 봉입시설

(1) 다음 <표 2>와 같이 전기 전도도가 10 pS/m 이하인 인화성물질을 저장하는 용량 100 m3 이상의 고정식 지붕탱크에는 불활성가스 봉입시설을 설치한다.
(2) 전항의 규정에도 불구하고 고정식 지붕탱크의 용량이 100 m3 미만으로 다음과 같이 정전기가 형성될 수 있는 경우에는 불활성가스 봉입시설을 설치한다.
(가) 인화성물질이 내부 인입 노즐에서 분사되면서 저장탱크를 채우는 경우
(나) 인화성물질의 인입 유속이 1.0 m/s 이상인 경우

<표 2> 인화성물질의 전기전도도

인화성물질명	전기전도도 (picosiemens/meter)
벤젠(Benzene) 큐멘(Cumene) 사이클로헥세인(Cyclohexane) 헵테인(Heptane)) 노네인(Nonane) 올레핀(Olefine) 펜테인(Pentane) 파라자이렌(Paraxylene)	4.065 3.534 6.144 0.449 4.582 1.270 0.394 6.442

(3) 공정 특성상 저장물질을 건조한 상태로 저장하거나 과산화물 또는 부식성 물질의 형성을 피하고자 하는 경우에도 불활성가스 봉입시설을 설치한다.
(4) 저장물질이 불안정하여 산소를 필요로 하는 화학반응 억제제를 포함하고 있는 경우에는 불활성가스 봉입시설을 설치하여서는 아니된다.

12. 상압저장탱크의 가열/냉각
저장물질의 온도를 일정하게 유지할 필요가 있는 경우에는 상압저장탱크에 내부 코일, 내부 또는 외부의 열교환기, 혼합기 또는 믹서 등을 설치한다.

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[부록 1]

일반적인 부유식 지붕탱크의 형태

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[부록 2]

탱크의 높이와 안지름에 따른 용량(㎥ )

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[부록 3]

탱크의 방사선 투과시험 위치 및 등급

1. 기본적인 촬영 위치
(1) 세로 이음은 각 용접 작업자에 의한 이음의 판두께와 모양마다 최초의 3m가 되는 임의의 위치에서 1곳.
그 후에는 이음의 판두께와 모양마다 용접선의 전체 길이에 대해서 30m 및 그 단수마다 임의의 위치에서 1곳
(2) 수평 이음에서 완전 용입으로 하는 것은 이음의 판두께(얇은 쪽을 기준)와 모양마다 최초 3m가 되는 임의의 위치에서 1곳.
그 후에는 이음의 판두께와 모양마다 용접선의 전체 길이에 대해서 60m 및 그 단수마다 임의의 위치에서 1곳

※ 주 1. 세로 이음에서 촬영 위치를 선택할 경우에는 상기의 25%(1기당 최소한 2곳)는 수평 이음과 의 접합점에서 세로 이음을 주로 촬영한다.

       2. 동일 지구에서 또한 동일 시기, 동일 시방으로 제작된 저장 탱크는 용접선의 각각 합계 길이에 대하여 적용시킬 수 있으나, 하나의 저장

           탱크에 집중시키는 것은 바람직하지 못하며 저장탱크 군집에 평균화되도록 한다.

 

2. 등급1에 따른 추가 촬영 위치

최하단의 판두께	최하단	아래에서 2단 이상의 단
(1) 10 mm 이하	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에서 1곳(재 료가 고장력강일 경우에 한한다)
(2) 10 mm 초과 25 mm 이하	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에서 2곳 중 1곳은 가능한 밑판에 가까운 위치로 한다(재료가 고장력강일 경우에 한한다)	․ 10 mm를 초과하는 판의 모든 세 로 수평의 접합점(재료가 고장력 강일 경우에 한한다)
(3) 25 mm 초과 38 mm 이하	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에서 2곳 중 1곳은 가능한 한 밑판에 가까운 위치 로 한다. 다만 재료가 연강일 경우는 밑판에 가까운 위치만으로 한다.	․ 25 mm를 초과하는 단의 모든 세 로 이음의 임의의 위치에서 1곳 ․ 10 mm를 초과하는 판의 모든 세 로 수평의 접합점(재료가 고장력 강일 경우에 한한다.)
(4) 38 mm 초과 45 mm 이하	․ 모든 세로 이음을 100%(전체 길이)	․ 38 mm를 초과하는 단의 모든 세 로 이음 100%(전체 길이) ․ 25 mm를 초과 38 mm이하의 단의 모든 세로 이음의 임의의 위치에서 1곳 ․ 10 mm를 초과하는 판의 모든 세 로 수평의 접합점(재료가 고장력 강일 경우에 한한다.)

3. 등급2에 따른 추가 촬영 위치

최하단의 판두께	최하단	아래에서 2단 이상의 단
(1) 10 mm 이하	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에서 1곳	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에 서 1곳
(2) 10 mm 초과 25 mm 이하	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에서 2 곳 중 1곳은 되도록이면 밑판에 가까 운 위치로 한다.	․ 모든 세로 이음의 임의의 위치에 서 1곳 ․ 10 mm를 초과하는 판의 모든 세 로 수평의 접합점
(3) 25 mm 초과 4 5mm 이하	․ 모든 세로 이음을 100%(전체길이)	․ 25 mm를 초과하는 단의 모든 세 로이음을 100%(전체길이) ․ 25 mm이하의 단의 모든 세로 이 음의 위치에서 1곳 ․ 10 mm를 초과하는 판의 모든 세 로수평의 접합점

※주 : 세로 수평접합점의 촬영은 세로 이음을 주로 한다.

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[첨부자료] 상압저장탱크의 설계에 관한 기술지침(D-35-2017)

D-35-2017 상압저장탱크의 설계에 관한 기술지침.pdf

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