대기압 탱크와 압력 탱크: 엔지니어를 위한 상세 비교

대기압 탱크와 압력 탱크에 저장된 액체는 매우 다른 작동 조건에서 보관됩니다. 산업 구매 담당자와 엔지니어는 공정 요구 사항과 안전 규정을 고려하여 적합한 탱크를 선택해야 합니다. 잘못된 탱크 선택은 수명 주기 비용과 가동 중단 시간을 증가시킵니다. 이 글에서는 실제 엔지니어링 요구 사항 측면에서 두 종류의 탱크를 비교합니다.

대기압 탱크란 무엇인가요?

액체는 대기압 상태로 유지됩니다. 대기 탱크. 이 장치는 대기압 또는 그에 가까운 압력, 일반적으로 1psi 미만에서 작동하며, API 650 부록 F에 따라 설계된 경우 최대 2.5psi까지 작동합니다. 설계자는 과압이나 온도 변화를 방지하기 위해 환기 시스템을 적용합니다. 엔지니어는 물, 연료 등을 저장하기 위해 대기압 탱크를 사용합니다. 가압 보관이 필요하지 않은 화학 물질.

압력탱크란 무엇인가요?

유체는 대기압보다 훨씬 높은 압력으로 압력탱크에 보관됩니다. 정상적인 작동 조건에서 이 제품은 다음을 초과하는 압력에서 작동합니다. 15 psi. 엔지니어들은 탱크 내부에서 발생하는 응력을 안전하게 관리하기 위해 강화된 외피를 가진 압력 탱크를 제공합니다. 이러한 탱크는 ASME 압력 용기 규격에 따라 가스, 증기 및 휘발성 액체를 취급합니다.

대기압 탱크와 압력 탱크의 주요 차이점

1. 작동 압력

•   대기 탱크:

대기압 탱크는 주변 압력에 가까운 압력에서 작동하며, 설계 압력은 1psi 미만으로 유지됩니다. 선체는 정수압 하중을 견딜 수 있도록만 보강되었습니다. 대기압 탱크는 휘발성이 낮은 액체를 담도록 설계되었기 때문에 설계 기준에서 높은 내부 압력을 지속적으로 가할 필요가 없습니다.

•   압력 탱크:

압력탱크는 대기압보다 높은 압력에서 작동하며 최대 허용 작동 압력(MAWP)이 지정되어 있습니다. 내부 압력으로 인해 원주 방향 응력과 종방향 응력이 발생하며, 이는 탱크 외피 두께와 접합부 효율을 기반으로 계산해야 합니다. 관련 규정에서는 탱크를 정상 작동 시 유지되는 MAWP를 기준으로 설계하도록 요구합니다.

2. 설계 및 시공 기준

•   대기 탱크:

대기압 탱크는 다음 사항에 따라 설계됩니다. API 650. 이 코드는 정상 작동 중 내부 압력이 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정합니다. 쉘 두께 계산은 액체의 비중과 채움 높이를 기준으로 합니다. 지붕 구조물은 풍하중과 열팽창으로 인한 양력만 견딜 수 있습니다. 풍하중 및 지진하중에 대한 응력 계산이 필요하지만, 내부 압력 응력 공식은 적용할 수 없습니다.

•   압력 탱크:

압력탱크는 ASME 보일러 및 압력용기 설계 기준에 따라 제작됩니다. 해당 기준에서 고려되는 주요 설계 하중은 내부 압력입니다. 외피 두께 계산에는 허용 응력 값과 접합부 효율 계수가 사용됩니다. 제작에는 자격을 갖춘 용접 절차와 필수적인 수압 테스트가 필요합니다.

3. 환기 vs 밀폐

•   대기 탱크:

대기압 저장 탱크는 내부 압력이 설계 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해 일반 벤트와 비상 벤트가 장착되어 있습니다. 비상 벤트는 API 2000에 명시된 바와 같이 화재 발생 시 열 입력으로 간주됩니다. 벤트가 막히면 낮은 차압에서도 지붕이 들릴 수 있습니다.

•   압력 탱크:

압력탱크는 밀폐형 시스템과 최대 허용 작동 압력(MAWP) 이하의 압력으로 작동하지 않는 안전 밸브를 갖추고 있습니다. 안전 밸브는 설계 한계를 초과하는 과압 발생 시에만 작동합니다. ASME 규정은 이상 작동 및 화재 발생 시 압력 상승을 방지하기 위해 인증된 크기의 밸브를 사용하도록 규정하고 있습니다.

4. 재료 및 구조 요구사항

•   대기 탱크:

항복강도가 충분한(예: ≥250 MPa) 탄소강판이 일반적으로 사용됩니다. 구조 설계는 정수압, 풍하중 및 지진 하중에 대한 저항력을 갖도록 설계되었습니다. 판의 두께는 압력 응력 계산이 아닌 액체의 높이 증가를 통해 보강됩니다.

•   압력 탱크:

압력탱크는 인장 및 충격 특성이 규정된 내압 등급의 탄소강 또는 합금강으로 제작됩니다. 재료 선택은 설계 온도에 따라 결정되는 허용 응력 수준을 기준으로 합니다. 외피 두께는 내부 압력, 허용 응력 및 접합 효율에 의해 결정됩니다. 정수압은 부차적인 고려 사항입니다.

5. 안전 및 위험 프로필

•   대기 탱크:

대기 중에 설치된 탱크는 내부 압력 측면에서는 덜 취약하지만 증기 방출 측면에서는 더 취약합니다. 이러한 화재 유형에는 지붕 들림, 외벽 변형 및 테두리 밀봉 화재가 있습니다. 낮은 작동 압력으로 인해 설계 시 저장 에너지가 최소화됩니다.

•   압력 탱크:

압력탱크는 높은 작동 압력으로 인해 상당한 내부 에너지를 저장합니다. 파손 시 급격한 분해, 파편화 및 폭발이 발생할 수 있습니다. 관련 규정에서는 파열 및 피로 위험을 관리하기 위해 안전 계수, 압력 방출 시스템, 정기적인 검사를 의무화하고 있습니다.

6. 설치 및 지원 시스템

•   대기 탱크:

대기압 저장 탱크는 정수압 하중을 견딜 수 있도록 설계된 링월 기초 또는 슬래브 기초 위에 설치됩니다. 대형 탱크의 직경을 고려하여 기초 설계는 차등 침하 한계를 적용하여 결정됩니다. 풍하중용 거더는 내부 압력이 구조적 강성을 제공하지 않으므로 측면 풍력에 대한 저항력을 갖습니다.

•   압력 탱크:

압력탱크는 압력 추력 하중과 열 하중을 지탱하는 데 사용되는 스커트, 새들 또는 러그에 장착됩니다. 이러한 지지 시스템은 지진 가속도와 축 방향 압력을 견뎌냅니다. 앵커 볼트는 정상 및 비정상 작동 조건에서 내부 압력으로 인한 들림 현상을 방지합니다.

7. 형태와 구조적 형태

•   대기 탱크:

대기압 저장탱크는 직경이 크고 벽 두께가 얇은 원통형 용기에 평평한 원뿔형 또는 돔형 지붕이 있는 구조로 이루어져 있습니다. 내부 압력이 낮기 때문에 높이 제한이 있는 설계가 가능합니다. 용기의 안정성은 압력의 응력 분포가 아니라 직경과 두께의 비율 및 정수압에 따라 결정됩니다.

•   압력 탱크:

압력 탱크는 내부 압력을 효율적으로 제어하기 위해 원통형 또는 구형 형상을 사용합니다. 구형은 응력 분포를 균일하게 해주는 반면, 원통형 탱크는 끝부분의 응력 집중을 최소화하기 위해 오목한 형태의 헤드가 필요합니다. 오목한 헤드는 쉘 접합부의 응력 집중을 제거합니다. 직경 대 두께 비율이 감소함에 따라 높은 내부 압력을 예측 가능한 변형 거동으로 안전하게 감당할 수 있습니다.

8. 규제 및 검사 요건

•   대기 탱크:

대기압 저장탱크는 API 653 규격에 따라 검사됩니다. 검사 항목에는 탱크 외피 부식, 바닥 두께 감소 및 침하 등이 포함됩니다. 내부 검사는 작동 압력이 1psi 미만이고 저장 에너지량이 낮기 때문에 비교적 장기간에 걸쳐 실시됩니다.

•   압력 탱크:

압력탱크 검사는 다음과 같습니다. ~에 따라 ASME 보일러 및 압력용기 코드 요건 및 관할권 규정. 점검에는 압력 경계 평가 및 안전 밸브 테스트가 포함됩니다. 작동 압력이 높을수록 검사 주기를 단축하고 더욱 엄격한 무결성 평가를 수행해야 합니다.

9. 비용 고려 사항

•   대기 탱크:

대기압 탱크는 설계 압력이 낮고 외피판 두께가 얇기 때문에 가격이 저렴합니다. 일반적인 외피판 두께는 6mm에서 25mm 사이입니다. 용접 시에는 전체 방사선 검사를 거치지 않습니다. 검사 빈도가 낮아 장기적으로 유지보수 및 규제 준수 비용을 최소화할 수 있습니다.

•   압력 탱크:

고압 환경에서 30mm를 초과하는 두꺼운 외피를 사용하기 때문에 압력 탱크의 가격이 상승합니다. 고급 재료 사용과 복합적인 효율성 요구 사항 또한 제작을 더욱 복잡하게 만드는 요인입니다. 방사선 검사, 수압 시험 및 안전 밸브 설치는 필수적이며, 이는 초기 비용과 장기적인 검사 비용을 증가시킵니다.

10. 일반적인 용도 및 적용 분야

•   대기 탱크:

대기압 탱크는 화학물질, 원유, 물 등과 같이 휘발성이 낮은 액체를 대량으로 저장하는 데 적합합니다. 작동 압력은 1psi 미만이며, 일정한 유량으로 대량 저장이 가능하고 압력 유지가 필요하지 않습니다.

•   압력 탱크:

압력 탱크는 가스, 증기, 휘발성 액체 등을 압력 저장해야 하는 분야 및 공정에서 사용되며, 특히 높은 수준의 제어가 요구되는 곳에서 흔히 볼 수 있습니다. 압력 탱크는 일반적으로 15psi 이상의 고압에서 작동됩니다. 또한, 반응기 및 서지 저장 용기로도 사용될 수 있습니다., 압력 유지가 필요한 경우. 

매개변수	대기 탱크	압력 탱크
작동 압력	대기압 근처 (≤1–2.5 psig)	15psig 이상
지배적 설계 하중	정수압 액체 헤드	내부 압력 응력
디자인 코드	API 650	ASME 섹션 VIII
환기	개방형/환기형 시스템	안전 밸브가 있는 폐쇄형 시스템
쉘 두께 기준	액체의 높이 및 비중	최대 작업 압력(MAWP) 및 허용 응력
구조적 형태	직경이 크고 벽이 얇은	두꺼운 벽 원통형/구형
저장된 에너지	낮은	높은
검사 기준	API 653	API 510 / NBIC
제작 복잡성	보통의	높음 (비파괴검사 및 수압시험 필요)
일반적인 서비스	대용량 액체 저장	가스/휘발성 유체 격리

대기압 탱크 vs 압력 탱크 – 어느 것이 더 좋을까요?

대기압 탱크는 휘발성이 낮은 액체를 저장하고 내부 압력이 무시할 수 있을 정도로 낮은 조건에서 최상의 성능을 발휘합니다. 이러한 탱크는 응력으로 인한 압력을 최소화하고 파괴 에너지를 최소화하도록 특별히 개발되었습니다. 대구경 구조를 사용하는 대용량 저장 탱크는 제작 요건이 비교적 간단합니다. 이러한 탱크는 압력 유지보다는 환기 제어, 부식 허용 오차, 침하 허용 오차가 성능을 좌우하는 요소에 중요한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

압력탱크 설계는 정밀하게 계산된 외피 두께와 안전 밸브 시스템을 통해 저장된 에너지를 안전하게 처리할 수 있도록 합니다. 이러한 설계 덕분에 소형화가 가능하면서도 높은 수준의 제어 정밀도를 제공합니다. 압력탱크는 압력 용량, 안전성 및 규제 준수 요건을 고려하여 선정됩니다.

자주 묻는 질문

대기압 탱크를 압력 용기로 볼 수 있을까요?

대기압 탱크는 1psi로 제한된 압력에서 제작되어야 하지만, API 650 부록 F에 따라 제작될 경우 최대 2.5psi까지 가능합니다.

압력 용기는 어떤 모양이 일반적인가요?

압력 용기는 대부분 원통형에 오목한 끝부분이나 구형 끝부분을 가지고 있습니다. 이러한 모양은 내부 압력 응력을 고르게 분산시키기 위한 것입니다.

대기압 제어 탱크가 있나요?

예. API 650에서는 대기압 탱크를 규제하고, API 653에서는 검사합니다.

대기 저장 탱크는 특별 허가가 필요합니까?

네. 대기압 저장 탱크는 크기, 위치 및 저장할 액체의 종류에 따라 특별 허가가 필요할 수 있습니다. 

압력탱크에 압력 방출 장치가 필요한 이유는 무엇입니까?

압력 완화 장치는 화재 발생 시 내부 압력이 최대 허용 작동 압력(MAWP)을 초과하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

온도가 저장탱크 내부 압력에 영향을 미칠 수 있나요?

특히 밀폐된 압력 탱크의 경우, 온도를 높이면 증기압과 내부 압력이 증가합니다.

대기압 저장탱크는 얼마나 자주 검사합니까?

대기압 탱크는 5~10년마다 점검해야 합니다. 점검 주기는 부식 속도와 사용 환경에 따라 달라집니다.

압력용기 범주에 속하지 않는 모든 탱크는 고압 환경에서 안전하게 사용할 수 있습니까?

아니요. 압력을 견디지 못하고 구조적 지지대가 부족한 탱크는 가해지는 압력이 설계 한계를 초과하면 무너질 것입니다.

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