[논문]140,000kl <tex>$9\\%$</tex>니켈강식 액화천연가스 저장탱크의 안전성 평가

이수경; 양병동

140,000kl $9\\%$니켈강식 액화천연가스 저장탱크의 안전성 평가
A Safety Assessment for 140,000kl $9\\%$ Ni Steel Type LNG Storage Tank 원문보기

본 연구는 천연가스 생산기지를 구성하는 설비 가운데 핵심설비라 할 수 있는 LNG 저장탱크의 설계 기술을, 세계에서 다섯 번째로 국내 기술로 설계를 완료하여 건설 중에 있는, OO 생산기지 LNG 저장탱크(용량 ; 14만kl, 형식 : 지상식, $9\%$ Ni강 내조 $\cdot$ Prestressed Concrete 외조) 1기에 대한 공정설비의 설계 적합성과 탱크 외벽에 대한 소화설비의 설계 적합성에 관하여 연구하였다.

This study is to assess the safety of the process facilities and fire fighting facilities for LNG storage tank which is the main facility in the LNG receiving terminal. The LNG storage tank(capacity : 140,000kl, type : aboveground, inner tank $9\%$ Ni steel plate, outer tank : prestressed concrete) was designed by foreign country up to now, but it has designed by domestic technology as the fifth in the world is under construction now.

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문제 정의

LNG 저장탱크 또는 탱크 주위에서 화재시 발생하는 복사열로부터 보호하기 위한 물분무소화설비와 화재 위험성이 있는 탱크상부 지역의 분말소화설비에 대한 설계 적합성을 확인하였다.
있는, 。。생산기지 LNG 저장탱크(용량 : 14만k& 형식 : 지상식, 9% Ni강 내조 . Prestressed Concrete 외조) 1기에 대한 공정설비의 설계 적합성과 탱크 외벽에 대한 소화설비의 설계 적합성을 연구하고자 한다.
수 있으며, 향후 국내.외에서 계속하여 LNG 저장탱크 건설이 추진될 것으로 예상되는 140, 000皿 지상식 9% 니켈강 LNG 저장탱크의 안전성을 제고하자 하는 것이다.

가설 설정

Design Concept : LNG는 Recondenser 로 이송, Unloading line 냉각유지.

제안 방법

LNG 저장탱크의 구역별 면적 및 배관 유속을 고려하여 탱크 외벽 4개 구역, 탱크 지붕 3개 구역, 전체 7개 구역 (Node)으로 구분하고, ”Fire Sprinkler Hydraulic" Program을 이용하여 계산한, 탱크 전체에 물 분사량을 46, 551 Lpm, 즉 2, 793m'/hr을 산출하고 60분간 연속 분사 기준으로 탱크 사이에 있는 Pipe Work 주변에서 최악의 화재 시나리오를 가정하여 탱크 4기의 외벽 1/4씩과 탱크 4기 Roof 전체를 동시에 분사할 경우, 약6, 000m'의 냉각수가 필요하므로 소화수 공급펌프 용량을 6, 000m7hr 이상으로 선정함으로서 물분무소화설비 설계는 적정하였다.
(1) LNG 저장탱크에 대한 화재시 발생하는 복사열로부터 탱크를 보호하기 위하여 설치하는 물분무소화설비에 대하여 필요한 물 분무량과 소요압력 등을 물분무설비의 수리계산Program인 Fire Sprinkler Hydraulic을 이용하여 분석하였다.
과 같이 정리하였으며, 아래 Table. 2.와 같이73개 시나리오중 4건의 개선 권고사항을 제시하였다.
HAZOP 분석절차는 대상 공정에 대한 친숙화 (Familiarization) 단계로서 배관 및 계장도 (P&ID), 공정설명서 등 관련자료를 수집하여 검토하고 설계 및 운영요원과의 면담을 실시하였다. 분석 절차를 요약하면 아래의 Fig 4와 같다.
LNG 저장탱크 공정설비는 HAZOP 기법을 이용하여 3개의 Study Node를 선정하여 일정한 가이드 워드(Guide Words)와 4개(Flow, Pressure, Temperature, Level) 의 공정변수 (Process ParameterX 조합한 합성경험으로 73개의 이탈(Deviation) 시나리오를 구성하여 누락 가능성을 제거하고 체계적으로 문제점을 연구하여, 공정설비 설계에 관한 4건의 권고사항을 제시하고 설계를 보완함으로서, 시운전. 운전 및 유지, 보수 등 안전성 측면의 설계 적합성을 확인하였다.
시운전. 운전 및 유지, 보수 등 안전성 측면의 설계 적합성을 확인하였다.

성능/효과

(1) Node 1 시나리오 14번에서, LNG 저장탱크의 액위 지시계가 2중으로 설치되었으나 그 중 한 개가 오지시 될 경우, 탱크 내 액위 상승.
(1) 물분무설비에 대한 최소 방출요구량은 38, 139 Lpm 이나, Program 으로 Hydraulic Calculation 결과는 탱크전체에 물 분사량은46, 551 Lpm(2, 793m'/ hr) 이며, 탱크외벽의 전체 물 분사량(4개 방호구역)은 30, 408 Lpm(l, 824m'/hr)이고, Roof Top 부분 및 지붕 위의 LP Pump 및 Instrument 방호용 물 분사량은 16, 143 Lpm(968m'/hr)이다. 또한 연결지점에서의 최고압력은 제7 방호구역의 물분무설비에 요구되는 압력으로서 0.
(1) 세계에서 다섯번째로 LNG(액화천연가스) 저장탱크 설계를 국내 기술로 완료 하여 건설 중에 있는 지상식 140, 0001现 9% 니켈강 LNG 저장탱크 공정설비 및 소화설비의 설계 적합성에 대하여 안전성 평가를 한 결과 설계의 적정함이 판단되 었다.
(2) 분말소화설비는 국소방출방식중 오버헤드 방식 (Over Head Type) 으로 A, B, C급 화재에 모두 적합한 제3종 분말 (NH₄H₂PO₄) 소화약제를 30초 이내 방사할 수 있도록 분말소화 약제량은 LP Pump 지역이 250kg, 안전밸브지역이 300kg 산출 됨으로써 설계의 적정함이 파악되었다.
(2) 화재 위험성이 있는 지역 즉, LNG 저장 탱크 지붕에 설치되는 LP(Low Pressure) Pump 및 안전밸브 대기 가스 토출 지역에 분말소화설비에 대한 분말 소화 약제량을 산출하고 분사 헤드수량 및 방출량을 결정하여 화재 시 안전성을 확인하였다.
공정설비의 HAZOP 기법으로 설계 적합성에 대하여 3개의 Study Node를 정하여 가이드워드 (Guide Words)와 공정변수(Process Parameter) 를 조합한 합성경험으로 총 73개의 이탈 (Deviation) 시나리오로 분석한 결과, 다음과 같이 총4건의 권고사항이 발견 됨으로써 공정설비의 설계 적합성이 확인되었다.
따라서, LNG 저장탱크의 냉각용 물분무 설비에 필요한 소화수 소요량은 60분간 연속 분사를 기준으로, 최악의 화재 시나리오를 가정하여 저장탱크와 저장탱크 사이에 있는 Pipe Work 주변에서 화재가 발생할 경우, 탱크 4기의 외벽 1/4식과 탱크 4기 Roof 전체를 동시에 분사할 경우 약6, 000m'이 필요하며, 소화수 공급 펌프 용량도 6, 000m7hr 이상이 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

향후 국내.외에서 계속하여 LNG 저장탱크 건설이 추진될 것으로 예상되는 140, 000^ 지상식 9% 니켈강 LNG 저장탱크의 설계기술 보유 및 안전성이 제고됨으로써, 해외 진출의 기반을 구축할 수 있는 계기를 마련하게 되었으며, 대외 경쟁력을 높이고 저장효율 제고 및 운전비용 절감을 위해 빠른 시일 내에 180, 000 皿급 이상의 대형화 LNG 저장탱크 건설추진이 필요할 것으로 판단된다.

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