Vessel & tank Design 이해

Vessel type

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Column feed drum이나 recycle accumulator, liquid separator와 같은 liquid volume이 큰 서비스에는 horizontal type을 적용하고, 이는 plot plan상 space를 많이 차지하지만 액체 레벨 변동 폭이 작다. 반면, liquid volume이 작고 vapor 유량이 큰 서비스에는 vertical vessel을 적용하고 이는 plot plan상 compact하게 설치할 수 있고 liquid유량 변동 폭에 대해 보다 정밀한 액위 제어가 가능하다.

아울러 special service인 경우 data sheet에 명시한다. (Lethal, hydrogen, caustic, toxic, amine, wet sour, cyclic등)

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Vessel sizing

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Proprietary internal이 설치되는 경우 vessel sizing은 vendor guarantee사항이며 이 외에는 다음의 절차로 진행한다.

 

Hold time (HLL~LLL)에 따라 working volume을 감안한다. 50% level control을 가정하여 working volume에 2를 곱한 후 dead volume인 HLL위와 LLL아래 space인 300mm 혹은 diameter의 20%중 큰 값을 고려하여 total inventory preliminary sizing을 한다. 이후 ​L/D는 2~4가 되도록 adjusting한다.

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vapor / lioquid의 two phase분리를 위해 vapor속도는 critical velocity이하가 되도록 diameter를 결정한다.

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Compressor suction drum이나 FG separator의 경우 LAHH를 고려하며, LAHH가 없을 경우 feed inlet nozzle과 HLL사이에는 최소 1분 holding할 수 있도록 고려하며 LAL과 LALL도 동일하게 최소 1분 holding time을 고려한다.

 

 

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Tank

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Design requirement

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상압 탱크는 API 650기준으로 설계하며 (2.5psig 이하) 저온유체를 포함한 low pressure (15psig이하) 저장 탱크는 API 620기준으로 설계한다. 반면 low pressure, horizontal cylindrical tank의 경우 ASME VIII기준으로 설계한다.

 

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Tank selection

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External floating roof tank는 stabilized crude oil, low flash liquid, RVP가 14~76kPa이면서 true vapor pressure가 90kPa이하인 유체, electrostatic accumulator로 분류되며 jet fuel처럼 tank내 vapor space에서 flammable vapor-air mixture를 형성하기 쉬운 유체에 적용한다.

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Internal floating roof tank는 external floating tank적용 유체이면서 ​storage volume이 매우 작을 경우 고려하며 weather condition으로 인한 contamination을 최소화하기 위해 적용하고, evaporation loss 및 emission을 최소화하기 위해 기존 fixed roof tank를 internal floating roof tank로 전환할 수 있다.

위에서 언급된 Floating roof tank 적용 유체를 제외한 모든 서비스는 fixed roof tank (CRT, DRT)를 적용한다.

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반면 low pressure tank는 un-stabilized crude oil, 대기압 조건에서 boiling이 가능한 petroleum product, 저온 제품에 적용한다.

 

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Tank mixer

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Crude tank의 경우 side entry propeller type mixer를 적용하고, blended stock일 경우 recirculation system이 고려된 jet nozzle 또는 propeller type mixer를 적용하며 rundown line은 jet nozzle을 통해 유입이 된다.

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Intermediate tank의 경우 downstream unit로 공급되는 feed quality가 일정하지 않아 upset이 될 수 있는 경우에도 위처럼 rundown line이 jet nozzle을 통해 유입되거나 recirculation system이 고려되거나 propeller type mixer를 적용한다.

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motor보호용으로 liquid level이 propeller top위로 3”까지 줄어들 경우 motor를 stop하는 logic이 필요하며 반면 floating roof의 경우 roof에 손상을 줄 수 있어서 jet nozzle mixer는 사용해서는 안된다.

 

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Refrigerated and pressure storage tank

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설치된 계기와 무관하게 FV (Full Vacuum)으로 설계되지 않은 vessel에 대해 vacuum relief valve를 고려하고 sizing 기준은 vessel로부터 최대 withdrawal rate 혹은 대기 온도변화나 rainfall​도 고려한다.

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저장량이 64,000m3이상인 single containment low pressure refrigerated tank는 개별 dike로 설계하며 그 이하인 용량에 대해서는 2개 tank까지는 common dike로 설계하고, dike용량은 큰 tank 기준으로 하며 dike내부에는 intermediate partition을 설치하고 높이는 common dike보다 300mm 낮게 한다.

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320m3 이상인 고압 non-refrigerated horizontal vessel은 개별적인 dike, 혹은 spill을 안전한 곳으로 유도하도록 diversion wall을 고려하고 그 이하 용량은 single dike내 위치할 수 있다.

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Dike capacity는 spill시 예상되는 최대 액위 기준이며 ​38도에서 vapor pressure가 690kPa이하인 경우 tank capacity의 적어도 50%이상이어야 하며, 그 이상의 vapor pressure에 대해서는 tank capacity의 25%이상 저장할 수 있어야 한다.

 

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Small tank

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1,500배럴 (238m3) 이하의 상압 탱크에 대해 crude, hydrocarbon intermediate, chemical의 경우 API 12F, API 650 appendix J 또는 UL 142을 적용하고, cylindrical FRP tank는 API 12P를 적용하고 buried FRP tank는 UL 1316을 적용하고, 물탱크는 AWWA D100을 적용하며 다만 물 저장을 위한 FRP tank는 AWWA D120을 적용한다. 특히 FRP 재질로 주유소나 지역 사회내 flammable, combustible liquid를 저장할 경우 지하에 설치해야​ 한다.

 

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HP rich amine flash drum

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압력이 50barg가 넘는 rich amine에 대해서는 1차적으로 dissolved H2S를 제거하기 위해 process내부에 dedicated flash drum을 고려한다. 이 때 release gas는 H2S와 light HC이 포함되므로 fuel gas system의 LP amine absorber로 보내서 H2S제거후 연료로 사용하므로 굳이 release gas를 lean amine으로 washing할 필요는 없다. Drum은 HC-amine-vapor의 3상 분리를 하여 entrained HC을 제거한다.

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Flash drum전단인 고압 amine scrubber bottom line에는 spare포함, 2개의 angle valve를 설치한다. 이 때 2개의 angle valve full open에 따라 고압 amine scrubber로부터 breakthrough가 발생되므로 flash drum에 PSV를 고려하여 gas blow-by case를 적용한다. 이러한 시나리오에 대한 safeguard로서 LL liquid level일 경우를 대비, amine scrubber bottom line에 EIV를 설치하여 흐름을 차단하도록 고려한다.

 

 

 

Hydrocarbon/water decantation

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유수 분리의 효율을 위해 coalescer pad를 사용하며, mesh pad를 적용할 경우 두께는 최소 12” (300mm)이며, NLL에서의 velocity는 3ft/min이하이며 settling velocity는 10in/min 이내로 제한한다.

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또 다른 설계기준으로 연속상의 체류시간이 중요하며 HC이 연속상일 경우 API도가 35초과할 경우 (light한 성분) LLL이하에 5분 retention time (물과 분리가 잘되므로)을 고려하고, 35미만일 경우 (heavy한 성분) 10분 retention time (물과 분리가 잘 되어 충분한 시간 필요)을 고려한다. 최종 위 기준들 중 가장 보수적인 dimension으로 결정한다.

 

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Filter

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몇 시간의 filter cleaning동안 filter를 bypass하여도 process에 영향이 없다면 spare없이 bypass line만 고려한다.

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하지만 대부분 특별한 경우가 아니면 spare filter를 고려하며 process에 미치는 영향에 따라 spare filter는 main filter와 동일 size filter를 고려하거나 혹은 작은 size filter를 설치하여 main filter cleaning시 load down하되 동일 filtering efficiency가 가능하다. 마지막으로 filter대신 strainer를 고려하여 몇 시간 cleaning동안 lower quality상태로 운전이 가능하지만, packing tower의 liquid distributor로 들어가는 배관상의 filter spare로서 strainer는 허용되지 않는다.

 

 

 

 

Fuel gas drum

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Fuel gas 내에는 potentially heavy 성분과 물이 존재하며, Drum 자체는 tracing을 하지 않지만 응축 방지 및 계기 정확도를 위해 vapor space의 계기와 freezing방지 목적으로 Drain valve후단 liquid line에만 tracing적용한다.

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Liquid의 주성분이 LPG이므로 drain은 flare로 연결하고, steam out을 감안하여 oily water sewer로도 연결한다.

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원칙적으로 FG KO drum은 개별 heater 전단 가까이에 설치하여 burner로의 condensate carry over를 방지한다. 같은 목적으로 KO drum내에는 demister를 설치하며 예상되는 condensate가 많을 경우 automatic level gap control을 한다.

 

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Blow down drum for steam generation system

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HP와 MP는 continuous, intermittent blowdown이 필요하지만, LP의 경우에는 intermittent blowdown만으로도 충분하다.

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Continuous blow down control (BFW의 대략 3~5% 내외)을 위해 flow control valve를 고려하거나 manual flow control을 고려하며, intermittent blow down control은 dead man valve라고 하는 spring loaded return valve를 사용한다. Water quality에 따라 continuous blowdown으로부터 flash는 steam으로 회수할 수 있고 dirty할 경우 intermittent blowdown과 함께 최종 atmospheric flash drum에서 냉각된 후 oily water sewer로 보내지기도 한다.

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냉각 방법으로 blowdown rate가 1m3/h이하일 경우 직접 cooling방법을 적용하고, 1m3/h이상일 경우 간접 cooling방법을 적용한다.

 

 

 

 

Instrument air drum

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각 process unit내에 필요시 IA hold up drum을 고려해야 한다. 결정을 위한 고려사항들로는 air compressor가 trip시 다시 start하기 위해 필요한 시간, utility area에 설치된 common buffer drum의 holding time, 비상시 back-up을 위해 N2와 connection 연결 여부등이다.

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일반적으로 total air failure 시나리오 위험성을 없애기 위해 2분 hold up capacity는 충분하다.

 

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