API 650 Shell Thickness 계산하기

오늘은 API 650에 따른 Shell 두께를 구하는 법에 대하여 포스팅하겠습니다. 

Tank에서 뿐만 아니라 Vessel에서의 Governing Stress는 Hoop Stress 입니다. 그 Hoop Stress를 어떻게 해석하느냐에 따라 각각 Vessel, API Tank의 두께를 구하는(Min thickness) 공식은 아래와 같이 틀려집니다. 

 

Hoop Stress만을 고려한 공식은 t=Pd/2SE과 같이 구성되며, Shell Thickness를 구하기 위한 식 중의 하나의 Basic식으로 사용됩니다. (Pressure = Dendity * Gravity * Height)

 

몇개의 값을 비교하여 그중 큰 작은 값을 찾아내면 그 값이 곧 Minimum Thickness가 됩니다. 이 Min Thickness는 해당하는 Design의 Basis가 될 뿐 아니라, Order를 해야할 최소 값이 됩니다(물론, Order Thickness와의 차이도 있을 뿐더러, Corrosion Allowance 도 고려를 해야합니다) 

 

1.Min Thickness 구해보기 

 

해당하는 값을 구하는 많은 방법은 나와 있고, 디자인을 하시는 분들이라면 대부분 Program을 사용해서 구하고 계시지만 역시 엔지니어라면 수기계산을 직접 할 줄 알아야 겠죠. (전 옛날 사람이라서요)

 

아래와 같이 간단한 예시를 들어서 설명해 보겠습니다. 아래는 Design Condition입니다. 

여기서 찾아봐야 할 자료는 ASTM A 516 Grade 70, 60의 Ultimate Tensile Strengh입니다. 나머지는 제시된 값을 그대로 반영하기만 하면 됩니다. 통상적으로 Maximum Design Liquid Storage Level은 Hydortest시 채워야 하는 level과 동일합니다. 

 

앞서 이야기 한대로, 몇개의 Fomula 및 Table과 비교해서 최소값을 찾아야 하는데 그 기준은 아래와 같습니다. 아래에서 Case별로 정리했으니 참조하시면 됩니다. 

 

각각 Case.1) Case.2) Case.3)를 주어진 값에 따라 계산해보면 다음과 같습니다. 

첫번째 Case의 경우는 Product를 기준으로 구한 Thickness이고, 

두번째 Case의 경우는 Hydro를 기준으로 구한 Thickness 입니다. 

마지막 Case의 경우는 Structural Minimum thickness에 따른 값입니다. 

이중, 가장 큰 값을 선택해야 하기 때문에 수식으로 표현한다면 아래와 같습니다.

Maximum [ Td, Tt , Table 5.6.1.1 ] Where, Td=0.386, Tt=0.338, Table 5.6.1.1=0.25

∴ 해당하는 예제의 Storage Tank의 required Minimum thickness는 셋중에 가장 큰 값인 0.386"가 해당하는 Thickness가 됩니다. 여기서 생각해야 할 점은 아래와 같습니다. 만약, Shell의 Thickness가 Course에 상관없이 다 같다면, Hoop Stress는 위로 갈수록 Head가 작아지기 때문에 감소합니다. 

 

그러므로 경제적인 이유로, 위로 갈수로 두께는 감소하여 디자인 하게 되며, 이에 따라 Course 별로 혹은 아래 Course만 별도로 Thickness 계산을 합니다. 그림으로 보면 아래와 같게 됩니다. 

 

☞ 아래쪽 Bottom Shell일수록 Liquid 혹은 Substance의 Head로 인하여 Hoop stress가 커지게 되므로 두께도 두꺼워져야 하고 제일 스트레스가 크게 됩니다. 나중에 따로 설명을 하게 되겠지만 Bottom 중에서도 Bottom plate혹은 Annular Plate의 한 파트인 Critical Zone을 API 653 에서는 별도로 정의하고 있습니다. 제일 취약한 Part로 보면 될 것 같습니다. 

 

2.글을 마치며

이번 포스팅은 Storage Tank의 조건에 따른 Thickness구하는 법에 대하여 알아보았습니다. Engineering의 한 Part로 들어가는 부분이라 그 다음 Part는 제작과 운송, 현장 설치 및 설치검사 and Testing으로 이어지는 EPC의 부분중의 하나인데요.

 

사실 설계에서 재질과 두께 선정이 완벽하게 되어야(+Impact 포함) 그 다음 이어지는 여정이(?) 문제 없게 흘러가는 것을 고려할 때 한번쯤은 손으로 계산해보는 것도 느낌이 다를 것 같습니다. 

 

통상의 경우 요즘 Spec을 보면 20-30년 사이의 Design Life Time을 요구하는 경우가 많은데요. 다음번에는 Corrosion Allowance로(CA) 대표되는 부식여유가 왜 어떤 때 이정도를 고려하여야 하는지 이런 경우는 정해진 부식여유를 고려할때 Design Life Time이 얼마나 되는지 API 653+ API 751(+NACE)에 의거하여 정리해보는 포스팅을 하겠습니다. 

 

글이 도움이 되셨으면 공감♥ 및 블로그 구독 부탁드립니다.

 

이 포스팅과 어울리는 다른글도 확인해 보세요

↓↓↓      ↓↓↓ 

2015/02/13 - [Certificate 자격증/API Certificate] - API 653 Bottom plate min thickness

2018/05/09 - [Certificate 자격증/API Certificate] - API 650 Annular Plate NDE 요건

2018/06/14 - [Certificate 자격증/API Certificate] - API 650 Settlement Evaluation

2020/04/23 - [Certificate 자격증/API Certificate] - API 650 Bottom plate and Tank pad