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  Storage tank N2 blanket 필요 유량 계산
  글쓴이 : 마동쓰   고유ID : com2356     날짜 : 21-10-13 18:36     조회 : 73    
   api-2000 참고.jpg (263.9K), Down : 2, 2021-10-15 08:25:05
안녕하세요,
Storage Tank N2 blanket 필요 유량 계산 관련하여 문의드립니다.

현재 탱크를 설계 중이며, tank vent량은 API-2000, 5th edition(1998년) 기준으로 계산하였습니다.
계산 결과 Normal inbreathing vent 유량은 아래와 같습니다.
1) Liquid movement inbreathing : 28.2NCM/h
2) Thermal inbreathing : 647NCM/h

이 경우, N2 blanket을 위해 필요한 유량은 단순히 1)+2)로 계산하면 되는지 궁금합니다.

감사합니다.

Stefano    21-10-14 21:27
Liquid Movement Inbreathing은 Liquid를 탱크로부터 Pumping Out 할 경우에 탱크에 유입되어야할 Gas의 양에 해당하고
Thermal Inbreating은 고온상태의 증기가 냉각될 때 줄어드는 부피에 해당하는 유입 Gas의 양에 해당할 것이나  이들 둘 부하가 이 동시에 걸리지 않으면 이중 큰값을 취하면 되고 동시 부하로 나타날 경우에는 두 유량의 합이 되어야 합니다.

그런데...둘 중 Thermal Inbreathing 값이 Liquid Movement Inbreathing유량보다 꽤나 크게 산출된 것이 의문시 됩니다.  확인이 필요합니다 .
     
마동쓰 com2356   21-10-15 08:24
답변 감사합니다.

폭우로 탱크 내 증기공간이 급속도로 냉각되는 경우가 있으므로, liquid movement와 thermal의 합산값을 고려해주는게 적정할 것이라 판단되네요.

추가적으로 Thermal과 liquid movement는 API-2000, 5th edition을 참고하여 아래와 같이 계산하였습니다.
참고한 자료는 본 글에 유첨하였습니다.

1) Liquid movement(Table 1B)
  - 인화점이 37.8도, 끓는점이 148.9도 이하인 물질을 저장할 때, inbreathing 유량은 0.94NCM/h of Air per m3/h of liquid out flow
 - Tank의 maximum liquid out flow가 30m3/h일때, inbreathing 유량은 28.2NCM/h

2) Thermal(Table 2B)
 - 탱크 용량이 4000m3일때, 647NCM/h

3) 추가 질문
 - 만약 N2 blanket을 실시한다면 inbreathing/outbreathing 유체를 N2로 생각해야 하는지, 아니면 공기/탱크 내 취급 물질로 생각해야 하는지 궁금합니다.

혹시 틀린 부분이 있다면 말씀 부탁드립니다.
Stefano    21-10-15 23:47
(0) 폭우로 증기가 응축될 수 있으려면  비교적 고온 상태로 존재하여야 할 터인데 실제로 증기의 온도와 탱크내 저장물질의 분압,  Dew Point를 재 확인해 보도록 하세요.

A1) 비점인 낮고 과 휘발도(증기압)가 높을 수록 액을 배출할 때 흡입해야 할 Gas의 양이 늘어나는 데 Table은 실제 현장에서 통계적으로 얻어진 값에 해당합니다.

A2) Table의 2B 의 값이 어느정도 합리성이 있는지 위(0)의 방법으로 산출, 추정해 보세요.

A3) Inbreathing은 N2 Air 혹은 증기로 간주되며 저장물질의 증기로 간주되지 않습니다.  증발하게 되면 온도가 내려가기 때문에  쉽게 액이 증발하여 공간을 채워지지 않기 때문입니다.ㅣ
     
마동쓰 com2356   21-10-16 16:52
(답변1) Thermal inbreathing은 증기공간의 응축으로 발생되는 진공을 해소하기 위함입니다. 탱크 운전온도(40도), 저장물질 증기압(2.6psia), 탱크 운전압(14.7psia)일 때, 증기 중 약 90mol%가 질소이며, dew point는 -200도 수준입니다. 운전온도와 dew point를 고려했을 때 thermal inbreathing은 없을 것으로 판단되는데, 과정이 적합한지 확인 부탁드립니다.

(질문1) 만약 thermal inbreathing/outbreahting이 필요할 경우, 본 글에 유첨한 통계적 방법 외에 어떻게 정량적으로 계산할 수 있는지 궁금합니다. 제가 생각한 방법은 아래와 같은데 정립이 안되네요.. 단순히 양은 구할 수 있으나 유량(flow)으로는 표현이 안되는 것 같습니다.
  i) inbreathing
      - 온도 감소에 따른 증기압(P1→P2)의 감소로, 해당 압력 변동분(P1-P2) 만큼의 수량 계산
  ii) outbreathing
      - 온도 증가에 따른 증기압(P3→P4)의 증가로, 해당 압력 변동분(P4-P3) 만큼의 수량 계산
Stefano    21-10-16 22:53
(AA1) 필자의 판단이 바로 그점입니다.
탱크내 기상공간에 공기(질소 산소)와 저장물질의 증기가 들어있을 때 질소, 산소는 임계온도가 낮아서 폭우로 응축되지 않으므로 Noncondensable Gas에 해당합니다.  따라서 응축가능한 증기는 저장물질의 증기밖에 없습니다.  또한 이 증기가 응축될 수 있으려면 그 물질의 분압이 그물질의 포화증기압이 되어야 응축이 시작됩니다.    저장온도가 상온부근일 터인데 분압이 포화증기압일 될 정도의 물질이라면  비점이 상온근처에 있는  Pentane 정도라야 가능할 것입니다.

그렇지 않고서야 비가 올때 증기가 응축함으로써 탱크벽이 냉각되어 진공이 급격히 생성되는 일은 희박한 일일 것이라는 이야기 였습니다.

(AA1) 지난 답글에서 언급한 "통계적 방법" 이라는 것은 배출량 산출을 <통계적 방법>으로 한다는 뜻이 아니라  이미 약 30~40년전에  미석유협회(API)가 대학에 용역을 주고 미국 각 지역에 있는 Tank를 Sample로 하여 Breathing Loss를 산출하도록 한 적이 있고 이를 통계적 근거로 하고 이론적 바탕을 포함시켜 API Standard 2000을 개발한 적이 있음을 언급한 것입니다.

Inbreathing은 주로 Liquid Pumping Out시 일정시간에 액의 부피감소(즉 펌핑유량)에 바탕을 둔 것이고
Outbreathing은 Tank에 액을 주입할 때 액 투입유량과  부분적 액의 증발량을 포함하는 방법으로 산출하는 것입니다.

탱크내 증기의 온도변화는 탱크 Wall에서의 Convectional Heat Transfer에 의한 것이라 주변 화재 상황 등이 아니면 대체로 큰값이 아니고  고온상태에서 저장하고 있는 탱크에 아주 차거운 액을 투입하는 경우는 (그리해서는 안되기 때문에) 그런 상황은 거의 없습니다.
     
마동쓰 com2356   21-10-17 20:25
상세한 답변 감사합니다.
 
추가적으로 thermal inbreathing/outbreathing이 일어난다면, 어떤 방법으로 계산할 수 있을까요?
특수한 상황(화재 등)이 아닌 일반적인 상황(대기온도 변화 등)에서 열량을 알 수 있다면 환산하면 될텐데, 방법이 쉽사리 떠오르지 않네요.
Stefano    21-10-18 11:38
(1) 열팽창, 수축등은 우선 열교환속도에 의해 전열되기 때문에 (1)열원이 무엇인지 판단하고 (2) 열 전달방식 즉 Conduction, Convection, Radiation 에 의한 전열량을 계산하는 방법을 찾아야 하고 (3)전열량이 System에 어떤 영향을 줄 것인지 분석해 봐야 합니다. 

열전달량 계산방법이 복잡한 경우라고 해도 최대의 전열량으로 계산하거나 대기온도변화 등에 의한 전열이라고 해도 실제 전열량이 크지 않은 경우가 많습니다.   

(2)두번째 질문에서.. 폭우 등에 의해 System에 큰 영향을 주게 되는 경우에는 반드시 Insulation을 함으로써 공정장치에 주는 영향을 최소화 해야 합니다.  화재시 Radiation에 의한 복사열에 의한 배출량이 큰 경우에도 Insulation이 필요합니다.
     
마동쓰 com2356   21-10-18 21:56
감사합니다.
말씀하신 내용에 대해 조금 더 고민하도록 하겠습니다.
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