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  초저온액화가스 충전 원리 질의
  글쓴이 : lch2133   고유ID : lch2133     날짜 : 23-05-11 22:32     조회 : 88    
가스회사에 입사 한지 얼마 안되서 엔지니어로 일하고있습니다.
궁금한것에대해서 인터넷으로도 검색을 많이해봤지만 원하는 대답을 찾을수없어서 질의 드립니다.

질문1.
액화가스 저장탱크에 초저온 액화가스 충전 시 배관 및 탱크를 냉각하지 않고 충전하는 경우,
급격한 온도로 인해 배관 파손 및 저장탱크의 내조 파손으로 인해 탱크의 진공이 깨질수 있다고 들었습니다.
기본적으로 예냉 작업은 저장탱크에 들어있는 초저온기체를 이용해서 쿨다운 후 초저온액체를 충전하는것으로 알고있습니다.
제가 작업하는 ISO TANK는 몇일 간 창고에서 상온으로 보관이되며,
배관은 스테인레스 배관(단열재 없음)이며, 충전호스(초저온단열호스)로 구성되어있습니다.
하지만 액화가스를 충전하는 설비에는 액체라인만 있을뿐 기체라인이 없어서 별도의 예냉작업은 할수가 없습니다.
보통 작업을 하게되면 ISO TANK의 잔압을 모두 벤트 후 액화가스 제조사에서 설비(펌프)를 통하여 초저온 액체이송 을하며, 별도의 기체라인은 없어서 초저온액체를 바로 충전하고있습니다.
충전호스(초저온단열호스)에는 단열재가 있어서 초저온의 액이 흘러도 파손이 일어나지 않는것으로 알고있습니다.
액이 호스를 지나 ISO TANK의 충전구를 지나게 되면 그때부터 단열재가 없는 스테인레스 배관에 액이 흘러 들어가게되며 최종적으로는 냉각되지 않은 ISO TANK에 초저온 액체가 주입되게 됩니다.
제가 알고 있는 이론으로 생각을 하면 상온의 탱크 및 배관에 별도의 예냉과정없이 초저온 액화가스를 주입하면 파손이 되어야 하는데 이때까지 위 절차로 진행을 했음에도 불구하고 파손되는 경우가 없습니다.
왜 파손이 일어나지 않는지 원리가 궁금합니다.

질문2.
초저온액화가스를 충전을 한 ISO TANK는 창고에서 보관하다보니 상온에 노출되어 있습니다.
ISO TANK는 진공처리가 되어있으나 이동 시에는 액화가스가 기화되어 양이 줄어드는것으로 알고있습니다.
ISO TANK의 진공수치가 대략 10mTorr 정도인데, 창고에 가만히 있어도 기화가 일어나 탱크의 압력이 상승할수 있나요?

질문3.
초저온액화가스를 충전을 한 ISO TANK는 창고에서 보관하다보니 상온에 노출되어 있습니다.
탱크의 압력을 줄이기위해 방출밸브만 열어두면 ISO TANK의 상부에서 기체만 모두 방출 되는것으로 알고있습니다.
예를들어 방출밸브가 얼어붙어 잠기지 않으면,
ISO TANK의 기체만 빠져나가고 ISO TANK내의 액체는 그대로 유지가 되는건지
아니면 ISO TANK가 진공처리가 되어있다해도 액체가 기화되어 탱크의 잔량이 모두 비워지는건지 궁금합니다.

질문4.
초저온액화가스를 충전을 한 ISO TANK를 사전에 검사하러 가게되면 2가지 경우가 있습니다.
- 압력이 3~10Ba r인경우
상기와 같이 압력이 들어있으면 탱크안에 액화가스의 잔량이 들어있다고 보면되는건가요?
아니면 기체만 있다고 봐야하는건가요?
- 압력이 0Bar 인 경우
질문 1과 같이
보통 작업을 하게되면 ISO TANK의 잔압을 모두 벤트 후 액화가스 제조사에서 설비(펌프)를 통하여 초저온 액체이송 을하며, 별도의 기체라인은 없어서 초저온액체를 바로 충전하고있습니다.
압력이 0Bar인 경우 바로 충전 하게되면 초도충전이랑 같은 상황이라고 생각이되는데,
이런 경우 기체로 압력을 채운다음 충전을 하는게 맞는건가요?

질문5.
탱크로리로 저장탱크에 액화가스를 충전을 한 후 충전호스가 연결되있다고 가정하고
별도의 벤트절차 없이  탱크로리충전밸브 및  저장탱크충전밸브 모두 잠구게 되면 아무리 액화가스용 초저온단열호스라 해도 기화현상으로 인해 액이 팽창하여 폭발사고로 이어진다고 들었습니다.
초저온단열호스인데 액이 팽창하여 기화되는 이유가 궁금합니다.
추가로 위 상황과 동일한 가정하에 기체만 들어있는 경우도 폭발사고로 이어지는지 궁금합니다.


스테파노 Stefano   23-05-12 17:25
A1) 액화가스를 탱크에 액을 주입하려면 주입된 액이 초기 탱크용기가 높아서 액이 증발하여 용기내의 압력이 상승합니다.  증기의 압력이 투입 액의 압력보다 높다면 주입되지 않기 때문에 용기내 기체를 배출하면서 투입해야 할 것입니다.  초기에 Tank내부를 진공상태에 준하는 압력으로 맞추어 두었다고 해도 액이 증발하게 되면 압력상승이 일어납니다.

차거운 액화가스를 예냉하지 않은 용기에 투입하고 Vent Valve를 닫아둘 경우 증발된 가스 압력상승으로 인하여 용기가 파손될수 있다고 하는 것은 바로 이 현상에 의한 것이고..       

충전호스가 단열재로 쌓여 있는 것은 호스가 대기온도에 의해 가열되는 현상을 최대한 억제하기 위함인데 그렇다고 초저온 액화가스가 흐르더라도 파손되지 않을 것이라는 판단은 맞지 않습니다. 

또한..상온의 탱크 및 배관에 별도의 예냉과정없이 초저온 액화가스를 주입하한다고 모두 파손이 일어나는 것은 아닙니다 . 예냉과정없이 통과되는 액화가스가 증발하면서 증발잠열을 빼앗아 가기때문에 용기나 배관의 온도는 떨어지고 증발된 가스는 압력으로 나타납니다.    증발되는 기체의 양이 용기나 배관 내부의 설계 압력을 크게 초과하지 않는 한 파손되지는 않습니다.

해당 기기장치는 액상물질을 투입하여 증발하게 되면 이를 회수하면서 배관과 용기의 온도를 낮추어 주는 것으로 보입니다.  따라서 액상주입관만 연결되어있고  기상 출구배관은 용기의 상부에 달려있을 것입니다.

A2) 창고에 보관중인 탱크는 초저온에 대비하여 보온재로 덮여 있을 것이나  액상의 온도는 초저온 상태이고 탱크의 압력은 어느정도 압력을 나타내고 있을 것으로 봅니다.  아무리 잘 보온되어 있다고 해도 상온의 공기에 의해 Tank가 덥혀지면  어느정도 압력을 유지하는 상태가 되겠지요.    Tank 내 압력이 열의 침투에 으해 진공상태라면 액화가스는 증발되어  꽤 높은 압력을 나타내개 될 것입니다. 탱크내부 온도와 압력을 다시확인 해 보도록 하세요.   

A3) 장기간 Tank를 상온상태에 놓이게 되면  열의 침투에의해 액은 가열되고 액이 증발돼 용기 상부에는 증기로 차있게 됩니다.  증기압력이 너무 높으면  탱크내 압력이 크게 상승할 수 있으므로  아마 안전밸브에 의해 일정압력 이하로 유지하도록 되어 있을 것입니다.  장기간 놔두면 모두 증발되어 달아나게 되어있습니다. 이 안전밸브의 설정압력을 확인해 보세요.

A4) Tank 내부에 액이 약간이라도 존재하면 그 액의 증기압에 해당하는 압력을 정확히 나타냅니다.    용기를 질소와 같은 가스로 채워일정한 압력을 유지하도록 할 수 도 있습니다.  그러나 가스 순도 저하문제가 있으므로 액화가스용기에 질소로 채워 넣는 일은 거의없습니다.  압력이 0인경우  액도전혀 남아있지 않고 기상의 압력이 대기압인 경우에 해당하는데  가연성 가스탱크를 진공 혹은 대기압 상태로  놓이게 하는 것은  공기중의 산소 유입으로 인하여 아주 위험한 상태가 될 수 있습니다 .

액 충전시 기체와 함께 충전하는 일은 없습니다.  대신  탱크내 공간에 채워져 있는 액화가스 증기는 탱크 배출관을 통해 배출하여야 할 것입니다.  가연성가스 손실을 방지하기 위하여 이 때 배출되는 증기를 압축, 냉각하여 액화시켜 회수할 수 도 있습니다 . 

압력 0 barg에서 액을 충전할 수 있으려면 용기를 충분히 예냉해 둔 상태일 것이고 이때 액을 투입하면 일부는 증발하겠지만 초저온의 액은 대기압 상태에서  용기에 투입하고 있는 것이 됩니다.  기체로 압력을 채우는 것이 아니라  액을 투입하게 되면 일부가 증기로 변하여 탱크의 상부 기상공간이 채워지는 것이지요.

A5)  반복되는 내용이지만...  액화가스가 증발하여 증기가 되고 용기를 채우게 되면 압력이 상승하게 됩니다.  별도의 Vent Valve가 없다면  용기내 압력상승으로 투입이 어려워 질 수도 있고  상승된 압력이 용기를  파손시킬 수도 있습니다. \

"초저온단열호스"  라고 해도 열은 침두하여 액을 증발시킵니다.  단열재가 열투입을 완전차단하는 것은 아니라는 것이지요
투입폄프에 의해 용기에 들어온 액화가스가  (예열하지 않은 상태에서 투입하게 되면) 다량 증발하여  용기의 압력이 크게 상승할 수 있습니다.  가스가 들어있는 용기의 폭발사고는 주변시설을 초토화 시키는 아주 위헙한 사고에 해당합니다.
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