게시판 > 질답게시판 > ATM tank의 Suction 이나 Vent line에 액이 차오를 때의 압력

스테파노 Stefano

14-06-12 18:26

(1)Trap에 걸리는 압력
Trap이 연결된관의 수직높이와 용기(Trap)내의 액면의 높이를 더한 값에 해당하는 압력이 Trap에 걸릴것입니다.

Trap이 대기압상태에 있다면 Trap 내의 압력은 없고 Trap내의 액면높이에 해당하는 수압만 Trap 하단 노즐에서 걸리게 됩니다.

(2) 대기압 상태 용기의 안전밸브..
질문의 사례에서 수두가 걸리기 때문에 10m를 초과하는 압력에 해당하는 PSV를 설치한 모양입니다만... 잘못이었습니다.
그 용기는 액이 가득 차 있다고 해도 상부의 압력은 대기압에 해당하므로 안전밸브를 부착할 필요는 없습니다.
(고객이 잘 모르고 요청했던 사항인데.. PSV는 잘못 달아둔 것입니다. 떼 내어도 문제가 없습니다.)

다만 그 용기는 액을 가득 채울수 있도록 (즉, 용기 설계시 Full Liquid를 고려하여야 하지만 설계압력은 액의 상부에서의 압력을 말하는것이므로 대기압에 해당합니다. ) 액이 채워졌을 때에도 용기가 견딜수 있게 설계만 하면 됩니다.

(3) 압력에서 면적환산할 필요?
없습니다. 압력은 단위 면적당 작용하는 힘이지만 압력을 나타낼때 면적을 언급할 필요가 없습니다. 면적과 관계되는 것은 압력을 받는 면적이 클 경우 그 면의 수직방향으로 큰 힘이 작용될 뿐입니다.

따라서 Pump 업체에게는 면적을 알려줄 필요없고 흡입측 전체수두와 배출측 전체수두를 (액의 온도가 높다거나 빨아 올려야 하는 경우에는 NPSH를 포함해서) 알려주면 됩니다.

박군 sk2blue

14-06-12 20:57

늘 전문적인 조언에 깊이 감사드립니다.
상기의 (1),(2)관련하여 아직 의문이 있어 추가로 조언을 부탁 드리겠습니다. 감사합니다!

(a) 만약, Trap 내부에 수직높이와 용기내의 액면 높이인 약 4.2m의 압력이 걸린다면, 결과적으로는 0.42 barg의 압력이 걸리기 때문에, Design pressure인 0.138 barg가 문제가 있는 것이 아닌지요?! 대기압상태 용기의 경우에도 비슷한데, 결국 1bar의 추가 압력으로 인해 1barg의 압력이 Tank에 걸리게 되고, 결국 0barg(ATM)의 Design pressure인 Tank에 문제가 발생하는 것이 아닌지요? 이에 대한 발주처 코멘트에 대해 명확한 대처를 할 수가 없어서 어쩔수 없이 PSV를 설치하거나, 1barg의 압력을 고려한 tank를 제작했었습니다. 그러나 상식적으로 생각해봐도, tank위에 2" vent관대신 아주 가는 tubing를 꽂아서 10m를 올려도 pressure같을테지만, tank에 미치는 영향은 아주 미미할 것입니다. 이걸 명확하게 설명하기가 어려운 상황입니다.

(b) 상부의 압력은 대기압이므로 문제가 없다는 부분이 잘 와닿지가 않습니다. 본 관련 API나 ASME등 참조할 만한 자료가 있을까요?!
(c) 만약에 Tank가 대기에 Open 된 상태라면, 액이 채워졌을 때에도 용기가 견딜수 있게 설계만 하면 된다...여기서 견딜수 있게 설계를 한다는 점은 압력이 아닌 다른 어떤 것을 고려해야 한다는 것인가요?!

(d) 본 문제와 관련하여, 여러가지 내용을 찾아보던중 Pascal's paradox라는 내용을 찾았습니다. 즉, 액두만 같으면 동일 높이에서 압력이 같다는 내용이었습니다. 이 와중에 댐에 대해서 생각을 해 보게 되었는데, 만약 깊이 100m의 댐을 건설한다고 하면, 바닥 부분의 압력은 10barg가 될 것이고, 이때에 바닥 벽면은 10 barg의 Design으로 해야하는 것인지, 아니면 open되어 있으니깐 그 압력을 고려하는 것이 아닌(즉, 1 barg로 design을 해도 되고) 다른 무엇(?)인가를 고려하게 될 텐데, 그것이 과연 무엇인지 모르겠습니다.

늘 전문적인 조언에 깊이 감사드립니다.
상기의 (1),(2)관련하여 아직 의문이 있어 추가로 조언을 부탁 드리겠습니다. 감사합니다!

(a) 만약, Trap 내부에 수직높이와 용기내의 액면 높이인 약 4.2m의 압력이 걸린다면, 결과적으로는 0.42 barg의 압력이 걸리기 때문에, Design pressure인 0.138 barg가 문제가 있는 것이 아닌지요?! 대기압상태 용기의 경우에도 비슷한데, 결국 1bar의 추가 압력으로 인해 1barg의 압력이 Tank에 걸리게 되고, 결국 0barg(ATM)의 Design pressure인 Tank에 문제가 발생하는 것이 아닌지요? 이에 대한 발주처 코멘트에 대해 명확한 대처를 할 수가 없어서 어쩔수 없이 PSV를 설치하거나, 1barg의 압력을 고려한 tank를 제작했었습니다. 그러나 상식적으로 생각해봐도, tank위에 2" vent관대신 아주 가는 tubing를 꽂아서 10m를 올려도 pressure같을테지만, tank에 미치는 영향은 아주 미미할 것입니다. 이걸 명확하게 설명하기가 어려운 상황입니다.

(b) 상부의 압력은 대기압이므로 문제가 없다는 부분이 잘 와닿지가 않습니다. 본 관련 API나 ASME등 참조할 만한 자료가 있을까요?!
(c) 만약에 Tank가 대기에 Open 된 상태라면, 액이 채워졌을 때에도 용기가 견딜수 있게 설계만 하면 된다...여기서 견딜수 있게 설계를 한다는 점은 압력이 아닌 다른 어떤 것을 고려해야 한다는 것인가요?!

(d) 본 문제와 관련하여, 여러가지 내용을 찾아보던중 Pascal's paradox라는 내용을 찾았습니다. 즉, 액두만 같으면 동일 높이에서 압력이 같다는 내용이었습니다. 이 와중에 댐에 대해서 생각을 해 보게 되었는데, 만약 깊이 100m의 댐을 건설한다고 하면, 바닥 부분의 압력은 10barg가 될 것이고, 이때에 바닥 벽면은 10 barg의 Design으로 해야하는 것인지, 아니면 open되어 있으니깐 그 압력을 고려하는 것이 아닌(즉, 1 barg로 design을 해도 되고) 다른 무엇(?)인가를 고려하게 될 텐데, 그것이 과연 무엇인지 모르겠습니다.

스테파노 Stefano

14-06-13 14:34

(Aa) <만약, Trap 내부에 수직높이와 용기내의 액면 높이인 약 4.2m의 압력이 걸린다면, 결과적으로는 0.42 barg의 압력이 걸리기 때문에, Design pressure인 0.138 barg가 문제가 있는 것이 아닌지요?! >
==> Trap의 Design Pressure가 0.138 barg라면 문제가 있겠지만 Trap의 설계압력은 그리 낮지는 않고 공급스팀의 압력이상이 될 것입니다. 확인해 보세요.

<대기압상태 용기의 경우에도 비슷한데, 결국 1bar의 추가 압력으로 인해 1barg의 압력이 Tank에 걸리게 되고, 결국 0barg(ATM)의 Design pressure인 Tank에 문제가 발생하는 것이 아닌지요?>

==>여기서의 1barg가 탱크내 액면(수면) 높이 10m로부터 비롯된 것이면 Design Pressure는 대기압이라고 해두고 추가로 "Full Liquid"로 설계하라고 하면 됩니다. 물도 못담는 탱크를 만들수는 없지요.

==>용기의 설계압력을 1 barg로 설계했다고 해도 액면 상부에 압력이 걸릴 우려가 없으면 PSV를 달 필요가 없습니다. 뚜껑이 필요하다면 뚜껑위에 Goose Neck Vent Line을 달아두기만 하면 되지요.

또한,.. 액면 바닥에 수압으로 1 barg가 걸린다고 해도 액면 하부에 PSV를 달 필요가 없지요. 바닥에 PSV가 달려있는 옹기..있을 수 없지 않아요? 이 두가지는 아주 상식적인 이야기 이지요.

(Ab) API나 ASME에서 정의하는 용기내의 압력은 액면이 채워져 있을 때 액면위의 기상에서의 압력이라고 정의되어 있습니다.액이 아무리 많이 담겨 있어도 대기압이라면 염려할 필요가 없습니다.

(Ac)<만약에 Tank가 대기에 Open 된 상태라면, 액이 채워졌을 때에도 용기가 견딜수 있게 설계만 하면 된다...여기서 견딜수 있게 설계를 한다는 점은 압력이 아닌 다른 어떤 것을 고려해야 한다는 것인가요?! >
==>액을 담을 수 있는 용기를 만든다고 생각하면 됩니다. 풍선은 용기가 될수 없지요. 액이 담겨있을 때 바닥부분에서 수압
을 견딜수만 있으면 됩니다. "Full Liquid"설계를 하라는 것은 바로 액이 채워져 나타내는 "정압"에 견딜수 있도록 용기를 만들라는 것입니다. (PSV를 달아달라는 이야기와는 관련이 없습니다.)

(Ad) < ..open되어 있으니깐 그 압력을 고려하는 것이 아닌(즉, 1 barg로 design을 해도 되고) 다른 무엇(?)인가를 고려하게 될 텐데, 그것이 과연 무엇인지 모르겠습니다.>
==>댐의 경우 깊이가 깊다고 해도 작용하는 면적이 좁다면 크게 신경쓸일이 아니지만 물을 가두는 Dam의 길이와 높이가 크다면 Dam에 수평으로 미는 압력이 크게 작용되므로 이를 위한 설계가 필수적입니다. 수평으로 밀어대는 힘은 깊이에 따라 달라집니다. 따라서 깊은 댐은 산과 산의 폭이 좁은 곳에 만들어야 댐의 두께가 줄어듦니다. 수압(정압)을 고려하기 때문이지요.

<대기압상태 용기의 경우에도 비슷한데, 결국 1bar의 추가 압력으로 인해 1barg의 압력이 Tank에 걸리게 되고, 결국 0barg(ATM)의 Design pressure인 Tank에 문제가 발생하는 것이 아닌지요?>

==>여기서의 1barg가 탱크내 액면(수면) 높이 10m로부터 비롯된 것이면 Design Pressure는 대기압이라고 해두고 추가로  "Full Liquid"로 설계하라고 하면 됩니다.   물도 못담는 탱크를 만들수는 없지요.

==>용기의 설계압력을 1 barg로 설계했다고 해도 액면 상부에 압력이 걸릴 우려가 없으면 PSV를 달 필요가 없습니다.  뚜껑이 필요하다면 뚜껑위에 Goose Neck Vent Line을 달아두기만 하면 되지요.

또한,.. 액면 바닥에 수압으로 1 barg가 걸린다고 해도 액면 하부에 PSV를 달 필요가 없지요.    바닥에 PSV가 달려있는 옹기..있을 수 없지 않아요?  이 두가지는 아주 상식적인 이야기 이지요.   
 
(Ab) API나 ASME에서 정의하는 용기내의 압력은 액면이 채워져 있을 때 액면위의 기상에서의 압력이라고 정의되어 있습니다.액이 아무리 많이 담겨 있어도 대기압이라면 염려할 필요가 없습니다.

(Ac)<만약에 Tank가 대기에 Open 된 상태라면, 액이 채워졌을 때에도 용기가 견딜수 있게 설계만 하면 된다...여기서 견딜수 있게 설계를 한다는 점은 압력이 아닌 다른 어떤 것을 고려해야 한다는 것인가요?! >
==>액을 담을 수 있는 용기를 만든다고 생각하면 됩니다.   풍선은 용기가 될수 없지요.  액이 담겨있을 때 바닥부분에서 수압
을 견딜수만 있으면 됩니다.   "Full Liquid"설계를 하라는 것은 바로 액이 채워져 나타내는 "정압"에 견딜수 있도록 용기를 만들라는 것입니다.  (PSV를 달아달라는 이야기와는 관련이 없습니다.)

(Ad) < ..open되어 있으니깐 그 압력을 고려하는 것이 아닌(즉, 1 barg로 design을 해도 되고) 다른 무엇(?)인가를 고려하게 될 텐데, 그것이 과연 무엇인지 모르겠습니다.>
==>댐의 경우 깊이가 깊다고 해도 작용하는 면적이 좁다면 크게 신경쓸일이 아니지만 물을 가두는 Dam의 길이와 높이가 크다면 Dam에 수평으로 미는 압력이 크게 작용되므로 이를 위한 설계가 필수적입니다.  수평으로 밀어대는 힘은 깊이에 따라 달라집니다.   따라서 깊은 댐은 산과 산의 폭이 좁은 곳에  만들어야 댐의 두께가 줄어듦니다.    수압(정압)을 고려하기 때문이지요.

박군 sk2blue

14-06-13 15:51

자세한 조언에 다시 한번 깊은 감사 드립니다.
상기 사항이 지극히 상식적인 이야기이지만, 일부 발주처 인사는 숫자만 들이대며 요구를 하고 있는 실정입니다. EPC Lump-sum 계약자로써, 뒷받침할 만한 확실한 기술력이 없으면 요구하는 대로 해 줘야 하는 점이 참 어려운 것 같습니다.
저희 Trap의 경우 2psi 그 이상의 압력도 당연히 견딜수 있을것으로 보이나, Vendor가 개런티하는 압력이 2psi이어서(공기압 test 수행) 발주처는 명쾌한 근거를 요구하고 있습니다.
마지막으로 (Ab)항과 관련, 용기내의 압력은 '액면이 채워져 있을 때 액면위의 기상에서의 압력'이라는 부분이 들이밀수 있는 확실한 근거가 될 거 같습니다. API 2000이나 650을 찾아봐도 그러한 내용을 찾아볼 수가 없었는데, 혹시 좀 더 상세히 어떤 code의 section 부분에 대해서도 말씀해 주실 수 있으실지요?! 이 곳에서 항상 많은 것을 배워갑니다. 대단히 감사합니다.

스테파노 Stefano

14-06-13 20:21

(0) Contractor라고해서 마구 함부로 대접을 받아서는 안되지요. 그들이 선배들로부터 배웠다는 것이 고작.. 적체된 관피 관습에서 비롯된 병폐일 것입니다.

계약상 공급해야할 기기여부와 기기의 요구사양이 들어있는지 확인하는 것이 필요하고, Lump-sum 계약인 경우 전체 System을 규격과 법규에 따라서 제작, 설치하고 인허가를 통하여 납품하면 됩니다.

미주알 고주알 따져 승인하는 것은 Lump-sum 계약과도 다른 접근방식이지요.

(1) Trap ??
Trap이라는 것이 Steam Trap이라고 간주했던 것이었는데 그것이 아니었습니까? 그렇다면 주문제작된 장치가 되나요?
주문 제작된 것이고 국내외 고압용기 규정에 적용되는 경우라면 설계압력에 견딜 수 있는지 Vessel Calculation 결과를 첨부하여 보여주면 될 것입니다. Code 적용이 안되는 경우라고 해도 같은 방식으로 검토해 보면 됩니다.

Trap을 Vendor가 제작했다면 Calculation Sheet를 제출하라고 해보세요. Guanrantee 하는 압력이 2 psi 밖에 안된다면 수두로 1.36m 밖에 되지 않는다는 것이 이상합니다. 캔맥주 정도의 함석으로 만들어 졌어도 꽤 높은 압력에 견디는데...

(2) 원통형이라고 한다면..구체적으로 크기(직경)와 재질 및 관벽두께로부터 설계압력을 거꾸로 계산할 수 있습니다.

설계압력, P = 2*t*S/D .....(1) P=설계압력 [kgf/cm2], t= 용기벽두께 [mm], S=허용응력[kgf/mm^2], D=용기직경[mm] ; 탄소강(A-285)인 경우 S = 설계인장강도=허용응력 14.1 kgf/mm^2