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  PSV 소요분출량 관련 질문입니다.
  글쓴이 : ghksdl321   고유ID : ghksdl321     날짜 : 20-01-10 14:52     조회 : 427    
안녕하세요. 인터넷 화학공학 질문답변 게시판에서 많이 배우고 있습니다.

PSV 소요 분출량 관련해서 2가지 질문 드리겠습니다.

1) External Fire Case에서 액체가 포함된 유체의 소요 분출량 계산식에서 용기 내부 액체 접촉면적 산출에 관한 질문입니다.

제가 본 Engineering社 계산자료의 경우 용기내부 액접촉면적을 계산할 때 안전 Factor를 염두에 두고 용기 내부 면적 전체를 적용하고 있습니다. 이때 용기내부 면적을 구할 때 Vessel의 경우 Head가 2:1Elips, 10% DISH 등이 계산되어야하고, Single Cone Type Vessel의 경우에도 Cone부분 등 일반적인 식으로는 정확하게 계산하기 어려움이 있습니다. 그래서 장치 내부 면적을 구할 때 사용하는 식이 따로 있을지 도움 구해봅니다.


2) 유체가 가스나 증기상일 경우 소요분출량을 계산할 때 용기의 최대 벽면 온도값에 대한 질문 입니다.

KOSHA GUIDE에 따르면 응력 파열 자료를 활용해서 구할 수 있다고 하는데 장치 재료별로 응력 파열 온도를 찾을 수 있는 사이트나 Hand Book 같은 게 있을까요? 관련 전공자가 아니다 보니 이쪽으로는 접근하기 어렵네요.


도움 부탁드립니다

스테파노 Stefano   20-01-11 01:09
(1) 화재시 복사열에 의해 용기에 열이 전달될 때의 접액 면적은 용기가 Cone-Roof와 같은 경우라면 Cone Roof Tank의 수평투영면적중 지상에서 7.5m 부분이하이면서 액이 담긴높이의 접액부분 면적만 고려하면 됩니다.  바닥과 화재장소의 반대방향에서의 복사열은 전달되지 않는다고 보는 것이지요.     

Ellipsoidal Head의 경우라면  7.5 m 이하이면서 최고 액면높이에 해당하는 접액부분의 360도방향 전체 벽면 면적을 계산합니다.  Bottom Head도 화염에 감싸질 수도 있기 때문이지요.  추가 안전율은 고려할 필요가 없습니다.

(2) 장치재료의 Yield Strength는 ASME Section II Part D에서 대부분 찾아볼 수 있고 흔한 물질의 경우 인터넷에서 <Yield Strength>라는 키워드로 찾아 볼수도 있지요.

간단히 요약된 곳도 많습니다  예: https://www.scribd.com/doc/128664591/Asme-Allowable-Stress-Table

(3) 부분적으로 채워진 수직 및 수평드럼의 부분의 부피와 Wetted Area 계산은 꽤 복잡한 적분수식을 거쳐 계산되는데 마침 이곳에 결과치가 잘 정리되어 있으므로 참고하세요.

==> Partial Volumes and Surface Areas of Partially Filled Horizontal and Vertical Drums

https://neutrium.net/equipment/volume-and-wetted-area-of-partially-filled-vertical-vessels/
https://neutrium.net/equipment/volume-and-wetted-area-of-partially-filled-vessels/
     
ghksdl321 ghksdl321   20-01-21 11:15
매번 답변 감사합니다.

7.5m 이하인 용기와 유체가 접하는 부분 중 실제 화염이 닿는 부분의 면적을 반영한다는 기본개념을 잘 알게되었습니다.

그런데 두 가지 의문점이 있습니다.

화재장소 반대방향의 복사열은 전달되지 않는다고 본다는 가정 때문에 혼란이 옵니다.

1) Cone Roof Tank의 경우에도 높이가 7.5m 이하이면 Roof가 화염에 감싸질 수도 있다고 볼 수 있지 않을까요? Vessel은 화염에 감싸질 수도 있기 때문에 전체 면적을 계산하고 Roof Tank의 경우에는 7.5m 이하인 경우에도 수평투영면적을 고려해야 한다고 하셨는데 용기의 형태에 따라 기준이 바뀌는것 같아 의문입니다.

2) 첫 질문과 별개로 단어 뜻의 의문점입니다. 화재 반대방향의 복사열은 전달되지 않는다고 보기 위해서 수평투영면적을 반영한다고 하셨어요. 그런데 화재 반대방향의 면적을 제외하려면 측면도를 고려해서 Cone Roof 전체 면적의 1/2을 적용해야하지 않나요? 수평투영면적은 용기 상부에서 바닥으로 바라본 면적인데 잘 못 쓰신건지 제가 이해를 못하고 있는 건지 의문입니다.
스테파노 Stefano   20-01-24 20:00
A1) Cone Roof Tank(CRT)의 바닥은 땅에 닿아 있어서 복사열이 전달되는 일은 없다는 것이고 주변에서 화재가 동시에 발생하는 것으로 간주하지 않으며 화재가 확산되기전 진화가 이루어진다고 가정할 수 있습니다.  따라서 한쪽 면에서만 복사열이 전달된다고 봐야 하지요.  탱크 자체에 화재가 발생한다고 하면 Roof Nozzle이나 Vent Hatch, Manhole에 증기가 배출되면 여기에 인화되어 화염이 발생되어도 Roof로 복사열이 전달되어도 접액면은 아닙니다.    그러나 Vertical Cylinder의 경우라면 하부 Head에 화염이 감쌀수도 있다고 볼 수 있지요.

A2) 화재에 의해 전열되는 열량은 복사열에 의한 것이기 때문에 마주보고 있는 면의 각도에 따라 복사열의 전열면적이 달라집니다.  화재로부터 Tank 중심 수직선의 면은 100%, 탱크 양쪽 끝면에서는 복사열이 미치는 면이 화재와 마주보고 있지 않습니다.  따라서 화재발생지점과 탱크 중심을 있는 각도를 0도로 보고 중심각이 -90도 ~90도 구간의 Cosine 성분만을 적분한 면적이 복사열 전열면적에 해당합니다.   

지상에서 액면까지의 높이가 h이고  탱크 반경이 R인 탱크의 전열면적은 다음과 같이 탱크의 한쪽면 화재와 접하는 쪽 면의 Cos성분만 계산된 것입니다.  (화재와 수직으로 접하는 면이면 100% 직각으로 접하면 0%) 

A = (-π/2 ~π/2 구간적분)  ∫ h * R cos θ dθ = h * R * sin θ  ]  (-π/2 ~π/2 구간적분)
  = h*R * [1 - (-1)] = 2 h R = h * D  ......................(1)    <-------접액부분 수평투영 단면적

수평투영이라고 하면 탱크의 수평단면 (즉 원형)을 언급하는 것이 아니고 탱크 뒤에 수직 스크린을 두고 빛을 수평방향으로 쏘였을때 생기는 그림자를 말하는 것입니다.    투영하는 빛이 수평방향이라는 것이지요.
ghksdl321    20-01-31 13:21
아하, 화재의 경우는 어느 한 지점에서 화재가 일어난다고 가정하며, Plant의 각종 장치들은 바닥에 설치된 경우 수평투영면적을 적용하고, 바닥에서 떠 있는 장치의 경우 화염에 감싸질 수도 있기 때문에 전체 면적을 적용한다 는 결론을 얻었습니다.

덕분에 용기 내부 유체 접촉면적 산정시 면적의 기준을 명확히 알게되었습니다.

추가 답변 너무 감사합니다.
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