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  액화가스 저장탱크 충전량 및 ISO TANK 충전량 계산 질의
  글쓴이 : lch2133   고유ID : lch2133     날짜 : 23-04-17 14:27     조회 : 182    
질문1.

액화가스의 저장탱크와 차량에 고정된 액화가스용 초저온탱크의 충전 계산식보고 의문이 있어서 질의
드립니다.

- d (상용온도의 액비중 : kg/L) : 알곤 1.402
상기의 아르곤 비중 1.402는 액체비중으로 (물=1 , -186°C) 조건으로 계산된 값으로 알고 있습니다.

- C (충전정수) : 액화알곤 0.87
탱크의 상용온도 중 최고 온도에서의 그 가스의 비중(단위: kg/L)의 수치에 10분의 9를 곱한 수치의 역수
라고 설명 되어있는데, 어떻게 계산되서 0.87이 나오는지 궁금합니다.

* 참조사항

고압가스 안전관리법 시행 규칙의 저장능력 산정기준에 따르면,
액화가스의 저장탱크의 저장기준는 아래의 계산식을 따르는것으로 확인 하였습니다.
1.1 공식 : W(저장능력 : kg) = 0.9 x d x V2
- d (상용온도의 액비중 : kg/L) : 알곤 1.402
- V2 : 내용적 (L)

고압가스 안전관리법 시행 규칙의 저장능력 산정기준에 따르면,
액화가스의 용기 및 차량에 고정된 탱크는 아래의 계산식을 따르는것으로 확인 하였습니다.
1.2 공식 : W(저장능력 : kg) =  V2(내용적 : L) / C
- C (충전정수) : 액화알곤 0.87

저온용기 및 차량에 고정된 저온탱크와 초저온용기 및 차량에 고정된 초저온탱크에 충전하는 액화가스의 경우에는 그 용기 및 탱크의 상용온도 중 최고 온도에서의 그 가스의 비중(단위: kg/L)의 수치에 10분의 9를 곱한 수치의 역수, 그 밖의 액화가스의 충전용기 및 차량에 고정된 탱크의 경우에는 다음 표의 가스 종류에 따르는 정수

질문2.

액화가스의 저장탱크 또는 차량에 고정된 액화가스용 초저온탱크 모두 같은 액화가스가 사용 되는데,
왜 다른 비중이 사용되어 지는지 궁금합니다.

- 상용온도의 액화 아르곤 비중 : 1.402
- 충전정수로 계산되는 아르곤 비중 : 0.87


질문3.

액화아르곤 충전용 ISO TANK의 명판은 아래와 같이 명시되어 있는데, 
ISO TANK의 77%까지 액화아르곤 충전 시 충전량(KG)이 아래와 같이 계산하는게 맞는지 확인 부탁 드립니다.
실제로 77%까지 충전 하면 대략 19,800~ 19,900kg 근처 였던걸로 기억하고있습니다.


3.1. 명판 사양

- MAXIMUM PAYLOAD : 25,680 kg
- WATER CAPACITY AT 20°C : 20,010 L

3.2. 작성자가 생각한 계산식

MAXIMM PAYLOAD가 최대충전량을 의미하는것 같은데,
25,860 KG 수치가 ISO TANK 내용적의 90% 충전값인지 100% 인지 헷갈립니다.

- ISO TANK 내용적의 100% 충전 시 : 25,860 kg
- ISO TANK 내용적의 77% 충전 시 : 19,912kg (25,860 x 0.77)


3.3 고객사 답변

- Argon conversion 1m3=1.65kg
- at 15`400m3(77%)=25`410kg

제가 알기로는 물 기준으로 1m3=1,000L=1,000kg 계산되고, 가스종류에 따라 해당 비중을 곱해서 계산하는것으로
알고있습니다.
1m3=1.65kg 어떻게 계산됬는지 궁금한데, 회사에 아는사람도 없고 그렇다고 고객사에도 물어 볼수가 없어서 질문 드립니다.


질문4.


IMDG CODE 4.2.3.6.2 에는 제2급의 냉동 액화가스 운송용 이동식 탱크의 초기 충전율은 내용물의 증기압이 이동식 탱크의 최대허용사용압력(MAWP)와 같아지는 온도까지 상승하였을 때 액체가 차지하는 용적이 98%를 초과하지 아니하는 정도이어야 합니다
상기 CODE에 따르면 ISO TANK의 최대충전량 공식은 아래와 같습니다.
- 최대충전량 = DENSITY(MAWP) x  탱크용량 x 0.98(98%) 
 
액화가스의 저장탱크 또는 차량에 고정된 액화가스용 초저온탱크의 저장능력은 비중을 이용하여 계산하는데
ISO TANK는 비중이 아니라 밀도로 계산을 하라고 명시되어 있습니다.
왜 비중을 안쓰고 밀도로 계산하는지 궁금합니다.

4.1  액화가스의 저장탱크의 저장기준
- 공식 : W(저장능력 : kg) = 0.9 x d x V2
- d (상용온도의 액비중 : kg/L)

4.2 액화가스의 용기 및 차량에 고정된 탱크의 저장기준
- 공식 : W(저장능력 : kg) =  V2(내용적 : L) / C
- C (충전정수) : 액화알곤 0.87


Stefano    23-04-17 23:29
(A1-1)  아르곤의 밀도와 비중
액화가스 전문기술업체인 Air Products 사의 Argon 물성자료에 의하면 대기압(1atm)상태의  비점 -185.9 ℃에서 액상 Argon의 밀도는 1394 kg/m3 (=1.394 kg/L)라고 되어 있고  20℃의 물 (밀도= 0.998275 kg/L)에 대한 상대적 밀도로 나타낸 비중값은 1.40으로 나타나 있습니다.   

따라서 질문에서 인용하고 있는
< - d (상용온도의 액비중 : kg/L) : Argon 1.402 >는  액의 밀도를 나타내는  kg/m3 혹은 kg/L 단위가 아니고  20도 물에 대한 상대적 밀도를 나타낸 숫자로 보입니다.    질문에서  "액비중"값에 단위  kg/L를 붙인 것은 잘못입니다.

질문의 내용을 고쳐서 이를 정리해 나타내면: 
** 대기압 비점에서의 Argon의 밀도는  1.394 kg/L이고  이는
** (20℃ 물에 대한 상대적, 값 즉) 비중으로 나타내면 1.3964 (= 대략 1.40)이 됩니다. 

(A1-2)  저장능력 산정 정수 C
고압가스 안전관리법 시행규칙([산업통상자원부령 제446호, 2022. 1. 7., 일부개정]) 제2조 <별표-1>에 의한 액화 아르곤의 저장탱크 저장능력 산정기준식 "다.  W = V2/C" 에서의 액화가스 종류에 따른 정수 C 값은

<탱크 사용온도중 최고 온도에서의 가스 비중 (단위 kg/L)의 수치에  10분의 9를 곱산 수치의 역수>에 해당하므로
아르곤에 대해서 만일 아르곤의 온도가 -185.9도 일 경우라면  밀도는 1.394 kg/L이므로

C = 1/(1.394*0.9) = 0.797 이 되어야 맞습니다.

만일 취급하는 아르곤의 온도가 달라진 경우라면 달라진 상용 밀도값을 적용해야 합니다. 
취급온도를 모르고 밀도도 모르기 때문에  해당 시행규칙<별표-1>에 의한 정수값 0.87 이 되기위한 아르곤 실제밀도를 역으로 추정해 보면   

아르곤 밀도, kg/L  =  1/(0.87*0.9) = 1.2771 kg/L가 되어야 합니다.   
아르곤 취급업체를 통해 아르곤의 취급압력 및 온도, 실제 밀도를 알아볼 필요가 있습니다. 

(A1-3) 다시 반복하자면....
수식 1-1에 적용한  d (상용온도의 액비중 : kg/L) : 알곤 1.402 의 값은 분명한 오류로 보입니다.

(A2)  잘문에서 인용하고 있는  상용온도 액화아르곤의 비중 1.402 (밀도는1.394 kg/L)의 값은 어느정도 비슷한 수치로 보이나. 
정수값 0.87로 부터 계산되는 밀도 1.2771 kg/L는 어느 온도에서의 아르곤 밀도인지 알 수 없습니다.
(업체에 문의해서 알아내도록 하세요.)

(A3-1) 탱크부피, 충전율, 밀도로부터 계산되는 충전량

W, kg =  (Charging Factor, 77%)*(density, D kg/L)*(Tank Volume, 20,100 L)
        =  0.77 * D * 20,100

D=1.2771 이면  W= 19,765.7 kg
D=1.394 이면 W = 21,574.9 kg
D=1.65 (???)이라면  W = 25,537 kg

혹시 아르곤 도입시마다  바가지 씌우고 있는것이 아닐까요?  속히 확인해 보세요.

(A3-2) Argon conversion 1m3=1.65kg...
이 값은 액상 아르곤 값을 의미하는 것은 아닐터이고  기상의 아르곤 밀도  1.65 kg/m^3을 의미할 것입니다.

이상기체 법칙 수식을 이용한 기상 아르곤의 밀도는  온도와 압력에 따라 달라집니다.

0℃ 대기압(1 atm)일 경우라고 한다면    Density of Gaseous Argon = M/V = P/(RT) = 39.95 /22.414  = 1.7824 kg / L
20℃ 대기압(1 atm)일 경우라고 한다면  Density of Gaseous Argon = (1.78 kg / L )* (273.15)/(273.15+20) =1.66 kg /L
25℃ 대기압(1 atm)일 경우라고 한다면  Density of Gaseous Argon = (1.78 kg / L )* (273.15)/(273.15+25) =1.63 kg /L

언급한 Argon의 밀도 1.65 kg/L는 대기압 21.9 ℃에서의  액상 아르곤이 아니고 <기상  Argon의 밀도>를 언급한 것으로 보니다. 

(A4)  고압가스 안전관리법 시행규칙에서도  "비중"과  "밀도" 혼동하여 설명하고 있는데

<비중>을 언급하려면 기준물질과 기준온도에서의 밀도를 반드시 정해두고 언급해야 하고  단위가 없으며
<밀도>의 경우에는 반드시 질량/부피의 단위가 명시되어야 할 뿐 만 아니라  액상의 온도에 따라 다르기 때문에 취급온도에서밀도를 정확히 명시해 주어야 합니다. 

아르곤의 대기압 비점은 -185.9 ℃이지만 대부분 아르곤 탱크내 압력이 대기압보다 높기 때문에  실제 액상아르곤의 온도는  -160도 전후가 되지 않나 생각됩니다.  온도가 높아지면  부피가 늘어나  도입되는 아르곤의 양은 같은 질량이라고 하여도 실제 부피는 늘어나게 됩니다. 

따라서 계약서에 명시된 액상온도와 압력을 명시해 두고  도입되는 아르곤의 압력에 따른 증기압을 찾아보고 그에따른 액의 온도를 알아내어  아르곤 밀도를 적용해서  상호 분쟁의 요소를 제거해야 할 것 같습니다.

만일 공급업체가 의도적으로 속임수를 써 왔다고 한다면  고발하여  손해배액을 청구해서 환수해야 할 것 같아보입니다.


*** 참고***
마침 Argon의 온도와 압력에 따른 밀도자료가 나타나 있는 표를 찾았습니다.
이곳에서  온도-압력에 따른 액상, 기상, 및 초임계상태에서의 아르곤의 밀도를 찾아보세요.
https://www.engineeringtoolbox.com/argon-density-specific-weight-temperature-pressure-d_2089.html

초임계상태는 임계온도 -122.4℃ 이상의 온도에서 임계압력 48 기압(절대) 이상의 압력상태로 존재하는 유체로 기상도 아니고 액상도 아닌 상태 (물렁물렁한 액체 상태 같은 성질)의 유체를 말합니다.
lch2133 lch2133   23-05-11 21:58
사실 중학교때 과학을 손놓고 어쩌다보니 가스회사로 이직 했는데 혼자 공부해도 이해가 안되는게 많아서 질의드렸는데
친절하게 답변해주셔서 정말 감사합니다.
답변에 대해 정리 및 추가 질문이있는데 또 답변을 달아주시면 감사하겠습니다.

질문1 및 질문2 에 대한정리.

- d (상용온도의 액비중 : kg/L) : 알곤 1.402 
  → 상기값은 인터넷에서 발췌해온 값이며, 잊어 버리도록 하겠습니다.

- C (충전정수) : 액화알곤 0.87
탱크의 상용온도 중 최고 온도에서의 그 가스의 비중(단위: kg/L)의 수치에 10분의 9를 곱한 수치의 역수
라고 설명 되어있는데, 어떻게 계산되서 0.87이 나오는지 궁금합니다.
  → 상기 수치는 고압가스 안전관리법 시행규칙 문서에서 발췌한 수치이며 해당 수치의 근거는 한국가스안전공사 사이버지사에 질의하도록 하겠습니다.

정리하자면,
- 액화알곤 밀도 : 1.394kg/L (비점 -185.9°C)
- 액화알곤 비중 : 1.4 (물=1, 비점 -185.9°C에 대한 상대적 밀도로 나타낸 수치)
  → 비중은 단위를 사용하지 않는다.

질문3에 대한 재질의.

Argon conversion 1m3=1.65kg 수치는 선생님께서 말씀하신대로 기체알곤의 밀도로 고객사에서 잘모르고 답변한것으로 보이네요^^;
먼저 질문 드리는 이유는 공급업체의 손해배상 확인을 위해서가 아니라 엔지니어로서 부족한 제 지식을 쌓기위해서입니다.
ISO TANK(액화가스 운송용 이동식탱크) 충전시 항상 액면계 수치가 올바르지 않아 충전량 조절하는데 어려움을 겪습니다.
몇달간 작업을 해보니 검액밸브(77%)로 충전하면 어느정도 고객사에서 원하는 충전량이 맞춰져서, 계산을 어떻게 하는지 궁금해서 질의 드립니다.

* 명판 사양
- MAXIMUM PAYLOAD : 25,680 kg
- WATER CAPACITY AT 20°C : 20,010 L
- 77% 충전 종료 후 액화알곤 중량 : 19,800~19,900kg

선생님이 알려주신 식에 따르면, D=1.2771 일 경우 어느 정도 근사치인거 같은데
해당 밀도 수치의 온도값이 궁금합니다.
알려주신 링크에서 찾아봤는데 동일한 수치가 보이지 않네요.

https://www.engineeringtoolbox.com/argon-density-specific-weight-temperature-pressure-d_2089.html

A3-1) 탱크부피, 충전율, 밀도로부터 계산되는 충전량
W, kg =  (Charging Factor, 77%)*(density, D kg/L)*(Tank Volume, 20,100 L)
        =  0.77 * D * 20,100
D=1.2771 이면  W= 19,765.7 kg

질문4에 대한 재질의.
액화가스 저장탱크 및 ISO TANK(액화가스 운송용 이동식탱크)는 아래와 같이 식이 다릅니다.
식마다 비중을 쓸때도 있고 밀도를 쓰때도 있는데 차이가 궁금합니다.
그냥 무조건 외우면 되는 부분일까요?

- 액화가스 저장탱크 최대충전량 : 비중 x 내용적 x 90%

- ISO TANK(액화가스 운송용 이동식탱크) 최대충전량 : 밀도(내용물의 증기압이 이동식 탱크의 최대허용사용압력와 같아지는 온도) x  내용적 x 98%
  → 상기식은 IMDG CODE 4.2.3.6.2에서 발췌한 것이며, 위험물검사원으로 부터 받은식이며 제가 작업하는 Tank의 MAXP=18Bar입니다.

추가질의1.
3톤이하의 액화가스 저장탱크 같은 경우 아래와 같이 계산식이 적용되는것으로 알고있습니다.
- 액화가스 저장탱크 최대충전량 : 비중 x 내용적 x 85%

인터넷으로 공부를 하다가 액화프로판의 식이 다음과 같은것을 발견하였습니다.
비중계산시 적용되는 온도(0°C 와 15°C 적용기준)가 어떻게 계산되는지 궁급합니다.
프로판 경우 비점이 -43°C, 임계온도 97°C로 알고 있습니다.
액화가스 종류(액화알곤,액화암모니아,액화산소 등)에 따라 설계충전량,실제충전량 계산시 비중의 적용되는 온도가 다르다고 해석하면 되나요?
만약 다르다고 하면 그 수치는 어디서 찾아 볼수 있는지 가르쳐주시면 감사하겠습니다.

- 설계충전량 : 내용적 x 0.472 (0°C의 프로판 비중) x 85%
- 실제충전량 : 내용적 x 0.508 (15°C의 프로판 비중) x 85%

추가질의2.
회사에서 사용하는 액화암모니아의 저장탱크 용량이 궁금해서 질의 드립니다.

- 액화암모니아 저장탱크의 최대충전량 : 8,922 x -비중=0.6828(-33.7℃) x 0.9 = 약 5.4ton

계산결과 약 5.4ton인데 회사에서는 4.9ton이라고 합니다.
탱크의 설계온도가 40℃라고 표기되어 있는데 혹시 40℃ 경우 비중값이 달라져서 4.9ton이 되는거라고 해석을 하면될까요?

추가로 선생님께서 비중에는 단위가 없다고 하셨습니다.
<비중 : 기준온도의 물에 대한 상대적 밀도를 나타낸 수치>

http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=108576

위 링크에서는 액체암모니아 비중은-0.6828Kg/ℓ(-33.7℃)라고 단위를 써서 표현하고 있으며,
그 외 여러 인터넷에서 정보를 찾다보니 비중에 단위를 붙이는것을 많이 보았습니다.
비중에 단위를 안붙이는게 맞다고 보면 되는거죠?

답변주시면 감사하겠습니다.
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