저장탱크 설계 자격 조건

제 목 : 저장탱크 설계 자격 조건

 

1. 저장탱크 설계기준

저장탱크의 종류는 사용 용도와 형상 및 설계 조건에 따라 다양한 적용 규정을 받게 된다. 즉 저장탱크는 용수용 물을 저장하는 용기와 소화용수 저장탱크 등 다양한 산업용 유기물을 저장하는 용도로써 국내법으로 안전보건공단과 같은 공공기관에서 각 종 안전관리규정 또는 지침서를 마련하고 있으나 유감스럽게도 저장탱크의 상세 설계 규정이나 지침서는 기술적 한계로 세부 규정을 마련하지 못하고 있다. 예를 들면 내진하중 계산시 적용 요소 값을 증가 시키거나 풍하중 계산시 적용 풍속을 현재 30m/s를 40m/s로 강화시키는 규정은 매우 쉬우나 내진하중이나, 풍하중으로 저장탱크 설계를 수행하는 규정은 기술적 제한으로 설계시방서를 마련하지는 못하는 실정이다. 현재 상압 저장탱크의 설계 규정은 API 650 또는 API 620, ASME RTP-1 표준 또는 CODE에 따라 수행할 수 밖에 없는 것이 바로 이러한 이유이다.

 

2. 강도계산과 구조계산의 차이점

먼저 필자는 콘크리트 구조로된 저장탱크는 일반 건축물에 해당되고, 이외 강구조물이나 공업용 플라스틱 소재(FRP, PE, HDPE)로 설계되는 모든 저장탱크는 산업용설비에 해당됨을 알려 주고자 한다. 즉, 콘크리트 구조로 된 저장탱크는 구조역학적으로 해석하여 구조안전성을 확인해야 되기 때문에 건축구조설계에 해당되며, 반면에 강구조물이나 공업용 플라스틱 소재를 사용한 저장탱크는 해당 적용 규격 또는 표준서인 API 650, API 620, ASME RTP-1에 따라 수행해야 되기 때문에 구조물의 강도계산(Strength Calculation) 기법으로 수행한다. 따라서, 구조해석과 구조강도 설계법은 개념 자체가 다르다는 것을 알 수 있다. 가령 식수용 물탱크를 설계할 때 벽체 사용 두께를 2mm 스텐인레스를 사용했다면 이는 API 620의 요구 두께를 만족하지 못한다. API 620에서는 최소 사용 두께를 5mm로 규정하였고 설계 조건에 따라 10mm 이상도 될 수 있다. 하지만 이를 구조역학적으로 해석하면 이러한 최소 사용 두께를 준수할 필요가 없다. API 650에 따른 강도계산 수행은 소재의 사용 응력을 소재별 온도별 허용 응력을 규정하여 이를 준수해야 하나 건축물과 같이 구조역학적으로 해석하는 경우는 설계조건에 따른 허용 응력 개념이 없다. 현재 안전보건공단에서 발행한 KOSHA D-35에 상압저장탱크 설계 가이드를 보면 허용 응력을 소재 항복강도의 60%를 사용하도록 되어 있으나 허용 응력은 재질과 온도 함수 관계에서 규정한 계수이므로 소재 항복강도 60% 규정은 기숣적으로 맞지 않는 규정이라고 볼 수 있다.

 

3. 저장탱크가 건축물이 아닌 이유

저장탱크는 일반 건축물과 달리 저장유체의 특성과 크기에 따라 API 650에서는 소재별 크기별 사용할 수 있는 허용 응력값을 설계조건과 수압시험 조건에서 각각 별도로 명시해 놓았다. 이는 건축물의 구조계산과 개념이 다르기 때문에 이렇게 규정한 것이라고 봐야 된다. 이러한 조건에서 API 650은 1 foot method라는 구조역학 개념을 도입하여 검증된 강도계산 식을 규정하여 설계자는 이러한 공식에 따라 수행하며 이외에도 Material(소재), Design(설계), Fabrication(제관), Welding(용접), Quality Control(품질관리) 등을 해당 분야별 상세히 규정해 놓았다. 만일, 저장탱크를 건축구조계산으로 계산하면 구조역학적인 문제 이외에도 바로 이러한 부분에서 문제가 발생하게 되는 것이다. 하나 예를 들면,

피이에스 게시판에 올라 온 “저장탱크 바닥판과 측판셀의 용접 형상” 이라는 글이 있다. 이는 저장탱크를 건축구조물로 설계한 대표적인 설계오류 중의 하나를 지적한 것인데 국내에 설치한 지하 유류저장탱크의 바닥판과 측판셀의 용접 형상을 건축구조설계에서는 양면 필렛용접으로 설계 한 것을 지적한 것이다. 바닥판과 측판셀에는 정수압을 받는 최고 취약한 부분이라 이음 효율과 용접 형상을 API 650에서 명백하게 명시하여 바닥판과 측판셀의 용접 형상은 완전 용입+필렛용접 형상이나 건축구조설계자는 이러한 요구 사항을 무시하고 구조역학적으로만 설계한 결과가 그 원인이다. 한국의 건축구조설계자는 기계분야 또는 설비분야설계자에 비하여 상대적으로 재질, 용접, 품질관리에 대한 지식이 부족할 수 밖에 없다. 그 이유는 건축물에서는 유체역학, 야금학, 용접, 기계요소설계 부분이 별도 중요하게 다루지 않기 때문이다. 하나 더 예를 든다면 수 년 전에 국내에서 발생한 저장탱크의 측판셀을 볼트 조립으로 설계하여 수압시험 도중 파괴되어 수 명의 목숨을 잃은 사고가 있었다. 측판셀이 볼트로 조립되어 구조역학적으로 아무른 문제가 없으나 이것이 수압 시험 도중 파괴된 것이다. 지하 저장탱크의 오일 누수로 인하여 토양이 오염되어 수 천억원의 손실을 불려오는 것 또한 저장탱크설계를 건축구조설계 개념으로 설계를 하였기 때문에 이러한 사고가 발생하는 것이다. 위험물 저장탱크의 유해 화학물질이 밸브를 통하여 누출되는 사고 또한 건축구조설계자의 밸브 설계 오류가 원인일 수도 있다. 필자는 대한민국 건축구조설계자가 기계설비의 밸브를 설계한다는 것은 일찍이 들어 본적이 없다.

따라서, 저장탱크는 어떠한 이유에서도 건축물이 될 수도 없고 이러한 설비는 해당 설비 전문가들에 의해서 해당 규정에 따라 강도계산을 수행해야 마땅한 것이다. 우리나라 건축구조설계자가 조선소 유조선을 구조설계하고 항공기를 구조설계하고, 석유화학 장치기계와 자동차를 구조설계 한다는 말 또한 들어 본적이 없다. 그 이유는 이러한 장치와 설비는 건축물이 아니고 분야별 전문 설계자의 몫이기 때문이다.

 

결언

앞서 언급한 바와 같이 저장탱크설계는 해당 분야별 전문 자격 종목이 있으며, 기계종목에도 다양한 종목이 있다. 이들 모두가 기계(Mechanical, 역학이라는 뜻임) 즉 구조역학 전문가들이며 해당 적용 규정에 따라 설계경력으로 수행이 가능하다. 화학플랜트 장치기계 구조설계를 기계분야 전문가들이 수행할 설비이지 결코, 건축물구조설계자가 수행 할 기계나 설비가 아님을 밝혀 두고자 한다.

 

2018. 09

피이에스기술사사무소 대표

http://www.pes21.com