저장탱크 부등침하, 기초침하, 수직도·수평도 측정에 관한 고찰

 

저장탱크 부등침하, 기초침하,  수직도·수평도 측정에 관한 고찰

인화성 액체의 위험물질과 인화성 액체의 고압가스를 저장하는 저장탱크의 지반 침하는 대형 화학사고를 초래하게 됩니다. 일정규모 이상의 탱크는 내진설계를 통해 안전하게 설계 및 시공이 되지만 지반 및 탱크의 침하는 정기적으로 침하를 확인해야 합니다. 이번 포스팅에서는 화학물질 저장탱크의 침하율을 측정하는 방법과 각 법령에서 요구하는 기준을 살펴보겠습니다.   

 
 침하(settlement)의 종류 

(a) Uniform settlement, (b) Planar settlement, (c) Non-planar settlement, (d) Edge settlement, (e) Bottom settlement near shell, (f) Bottom settlement remote from shell.

 1  고압가스안전관리법

KGS CODE에는 저장탱크의 침하에 따른 사고예방을 위해 침하를 측정하는 기준과 안전관리 기준이 제시되어 있습니다.해당 CODE에는 기초침하와 부등침하라는 용어가 있으나 CODE에는 명확하게 정의되어 있지 않아 여기서 해석을 하고 가겠습니다.  

기초침하 = 균등침하 = Uniform Settlement : 기초 바닥면이 내려 앉는 침하

부등침하 = Differential Settlement : 기초의 일부분이 내려 앉는 침하


 저장탱크 침하방지조치 
저장탱크(저장능력이 압축가스는 100㎥, 액화가스는 1톤 미만인 저장탱크는 제외)의침하로 부터 위해를 예방하기 위해 다음 기준에 따라 주기적으로 침하 상태를 측정한다.

 저장탱크 침하상태 측정주기 

1회/년 이상 *계단, 사다리, 배관등의 부속품 포함

 부등침하 측정 절차 

• 벤치마크(bench mark : 수준점) 또는 가(仮)벤치마크를 다음 기준과 같이 설정한다.
• 해당 저장탱크로부터 2km이내에 국립지리정보원의 일등수준점이 있는 경우에는 벤치마크 또는 가(仮)벤치마크를 설정하지 않을 수 있다. 국립지리정보원의 일등수준점에 관한 내용은 다음의 포스팅을 참조하십시오. 
https://ulsansafety.tistory.com/3079
• 벤치마크는 지진, 사태(沙汰), 침하, 기타 외력으로 변형이 일어나지 않는 구조로 한다

• 벤치마크는 해당 사업소안의 면적 50만㎡당 1개소 이상 설치한다.
• 벤치마크 또는 가벤치마크는 차량의 통행등으로 인해 파손되지 않고 관측하기 쉬운위치에 설치한다.
• 해당 저장탱크의 기초를 관측하기 쉬운 곳에는 레벨차를 측정할 수 있도록 레벨측정기를 설치한다.
• 침하상태측정은 해당 저장탱크의 기초면 또는 밑판의 측정점과 벤치마크나 가벤치마크와의 레벨차를 측정한다.
• 측정의결과에 따라 해당 저장탱크의 기초면 또는 밑판의 침하로 인한 기울기가 최대로 되는 기초면 또는 밑판에 2점을 정하고 그 2점간의 레벨차(단위 : mm, 기호 : h) 및 수평거리(단위 : ㎜, 기호 : ℓ)를 측정한다.
• 측정한 결과로 침하량(h/ℓ)을 계산한다.

 

 부등침하 측정 방법 

• 측정 방법

액면계 (레벨마크)	트랜싯(transit)	물수평게이지

 

 

• 저장탱크의 기둥, 계단 및 당해 탱크에 연결되는 배관 등의 기초침하 또는 부등침하 측정은 각각 밑판의 상단 또는 지주에 표시한 특정의 1점(또는 수평인 1선)을 측정점으로 하고, 각각을 기준점과 비교 측정하여 각 측정점 간의 레벨차(h : 단위 ㎜)를 산출하고, 측정점 간의 수평거리 (ℓ: 단위 ㎜)를 측정하여 지주의 부등침하율(부등침하정도 h/ℓ%)을 계산한다.

 

 

 

수평원통형 저장탱크의 부등침하율 측정방법

 

수직원통형 저장탱크의 부등침하율 측정방법

 수직/수평원통형 저장탱크 부등침하율계산 

측정점 A, B, C, D 각각의 측정치를 a, b, c, d 라 할 때 부등침하율의 계산은 다음 과 같이 한다.

 

초검사성적서 - 부등침하율 [예시]

 저장탱크 침하상태에 따른 조치 

침하량(h/ℓ) 0.5%를 초과한 경우

• 침하량을 1년간 매월 측정하여 기록한다. • 저장탱크 내부를 개방하여 부분적인 침하량을 측정하는 경우에는 6개월마다 측정한다.

침하량(h/ℓ) 1%를 초과한 경우

• 저장탱크의 사용을 중지하고  • 저장탱크의 형상, 구조, 용량 및 제조후의 경과 연수 등에 따라 다음중 어느 하나의 조치 또는 이에 준하는 유효한 조치를 한다. (1) 앵커볼트를 분리한 후 저장탱크에 무리한 하중이 걸리지 않도록 지지하면서 저장탱크를 기초로부터 들어 올리고 해당 기초의 경사 또는 침하량에 따라 필요한 두께의 라이나를 삽입하거나 무수축콘크리트를 충전한다. (2) 저장탱크를 들어 올리고 침하되지 않은 쪽 아래의 토사를 수평이 될 때까지 깎아낸다. (3) 저장탱크를 들어 올려 밑판을 떼어내고 기초면을 수평으로 한 후 밑판을 설치한다 • 기초를 수정한 경우에는 저장탱크를 들어 올릴때 특별히 응력이 발생한것으로 추정되는 부분에 시험을 하고 균열등의 유해한 결함이 없음을 확인한다. 다만, 저온및 초저온저장탱크는 생략가능 • 기초를 수정한 경우에는저장탱크의 외관검사 및 충수시험에 병행하여 기초의 침하상태를 측정한후 이상없음과 기초의 침하량이 설정치 이하인 것을 확인한다. • 기초를 수정한 후에는 적어도 3개월에 2회, 그후에는 6개월마다 1회씩 부등침하량을 측정하고 이상이 없음을 확인한다.

 

[참고자료]

[KGS-FU111] 고압가스 저장의 시설ㆍ기술ㆍ검사ㆍ안전성평가 기준

[KGS-AC116] 고압가스용 저장탱크 및 압력용기 재검사 기준

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 2  위험물안전관리법

위험물안전관리법에서는 부등침하라는 용어를 사용하지 않고 '수직도 수평도 시험' 이라는 용어로 정의되어 있다. 

 옥외탱크저장소(특정, 준특정 옥외 탱크저장소) 정기검사 
액체위험물을 저장 또는 취급하는 50만 리터 이상의 옥외탱크저장소(특정옥외 탱크저장소)에 대하여 사용 중 안전성을 확인하는 검사업무로서 수직도·수평도 측정시험(목측시험), 두께측정시험, 비파괴시험 및 외관검사를 실시하고 있으며, "안전성능시험자"에게 정기점검 (구조안전점검)을 사전에 실시한 후 그 결과를 바탕으로 소방산업기술원에서 발췌 확인 검사 실시 

 

 위험물정기점검 

50만 리터 미만의 위험물 옥외저장탱크인 경우 정기검사는 면제가 되겠지만, 1년마다 실시하는 위험물 정기점검 항목에 옥외저장탱크의 경우 부등침하를 확인하도록 규정하고 있다. 다만, 법정 서식에서 점검방법이 육안으로 표기되어 있다.

 

 수직도, 수평도 시험 
- 자격자 : 측량 및 지형공간정보(산업)기사, 토목(산업)기사, 지적(산업)기사
- 수평도 시험 외부에서 측정시 기준점 설정후 보정
- 시험부위 : 시험부위 및 개소 : 옆판 최하단 외면의 원주길이 방향으로 6~10m 간격

위험물안전관리에 관한 세부기준
제31조 (충수 · 수압시험의 방법 및 판정기준) 

5. 탱크용량이 1,000㎘ 이상인 원통종형탱크는 수평도와 수직도를 측정하여 다음 각목의 기준에 적합할 것

가. 옆판 최하단의 바깥쪽을 등간격으로 나눈 8개소에 스케일을 세우고 레벨측정기 등으로 수평도를 측정하였을 때 수평도는 300㎜ 이내이면서 직경의 1/100 이내 일 것

나. 옆판 바깥쪽을 등간격으로 나눈 8개소의 수직도를 데오드라이트 등으로 측정하였을 때 수직도는 탱크 높이의 1/200 이내일 것. 다만, 변경허가에 따른 시험의 경우에는 127㎜ 이내이면서 1/100 이내이어야 한다.

6. 탱크용량이 1,000㎘ 이상인 원통종형 외의 탱크는 침하량을 측정하기 위하여 모든 기둥의 침하측정의 기준점(수준점)을 측정(기둥이 2개인 경우에는 각 기둥마다 2점을 측정)하여 그 차이를 각각의 기둥사이의 거리로 나눈 수치가 1/200 이내 일 것. 다만, 변경허가에 따른 시험의 경우에는 127㎜ 이내이면서 1/100 이내이어야 한다.

 

 부적합사례 

판정기준
위험물안전관리에 관한 세부기준 제156조제3항제2호  

- 2. 수직도 측정 옆판 최상단의 외면을 원주길이방향으로 6m 내지 10m의 등간격을 두어 탱크의 수직도를 검사하여 기울어진 정도가 탱크 높이의 1/100을 초과하거나 127㎜를 초과하는 경우에는 불합격으로 할 것

부적합 사유 : 수직도시험 판정기준(± 127.00 이하)에서 1개소 부적합

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 3  화관법  

화관법에서는 저장탱크의 침하 안전전과 관련하여서는 내진설계 조항과 연계하여 설명을 하고 있다. 특이한 점은 정기적으로 침하상태를 점검하도록 규정하고 있지는 않다. 다만 2014년 이전에 착공된 저장시설로서 내진설계가 되어 있지 않더라도 설비침하 및 기울기 등 주기적으로 시설물 및 지반 이상 유무를 확인하고 이를 증명할 수 있다면 인정된다. 다음의 질의회시 내용을 보자.

 2020년 주요질의 회시 내용에서 발췌 

질의내용	2014년 12월 31일 이전에 착공한 저장시설로서 설비침하 및 기울기 등 주기적으로 시설물 및 지반 이상 유무를 확인하여 관리하는 경우 내진성능 확보한 것으로 보는데, 자체적으로 이상유무 점검표를 만들어 주기적으로 관리 할 경우 내진설계 등이 면제가 되는 것인지?
관련 법령 및 행정규칙	[유해화학물질 제조사용시설 설치 및 관리에 관한 고시(화학물질안전원고시 제2019-4호)]제7조 [유해화학물질 실외 저장시설 설치 및 관리에 관한 고시(화학물질안전원고시 제2019-7호)]제9조(그 밖에 실외 저장시설) 그 밖에 실외 저장시설 설치에 관한 기술기준은 다음 각 호와 같다.  2. 실외 저장시설은 「건축법」 또는 「지진화산재해대책법」에 따라 지진 발생에 대비한 내진성능을 확보, 안전장치 설치 등 필요한 조치를 마련하여야 한다. 다만, 2014년 12월 31일 이전에 착공한 저장시설로서 다음 중 어느 하나에 해당 하는 경우에는 내진성능을 확보한 것으로 본다. 가. 구조안전 및 내진설계에 대한 전문기관(기술사) 확인서를 갖춘 경우 나. 설비침하 및 기울기 등 주기적으로 시설물 및 지반 이상 유무를 확인하여 관리 하는 경우 다. 다른 법령에 따라 실시한 검사 결과 합격한 경우
답변내용	설비침하 및 기울기 등 주기적으로 시설물 및 지반 이상 유무를 확인하고자 하는 경우, 사업장의 자체관리규정에 따라 수직변위 또는 수평변위 측정 등을 통해 관리 할 수 있음. 측량 등에 준하는 방법으로 측정을 실시하고 이에 따른 객관적인 결과를 기록관리 한다면 인정됨.

 

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 4  API 650 (Welded Tanks for Oil Storage)

 

1단계	최소 8 point 이상 최고원주 길이 10m 이내로 등분점을 정하여 충수 전, 충수, 중, 충수 후까지 1일 1회 이상 Level을 측정한다. (측정결과를 검토하여 계속 충수여부를 결정한다)
2단계	TBM (Temporary Bench Mark)를 기준점으로 정해서 각기 탱크기초 Elevation 변화를 검사한다. (각 탱크의 콘크리트 기초 위에 등분점 번호를 표시)
3단계	충수 Level이 1/2, 만수에 이르면 일정시간을 대기하여 침하상태를 조사한다  * 침하상태 검사 시기    - 충수 전 Level Check    - Tank Level : 1/2    - Tank 만수 시 : 24시간 Holding    - 배수 후 Level Check
4단계	만수 시는 24시간 대기하여 느린 변화상태를 점검하며 배수시간은 충진 속도의 2배를 초과하지 않도록 한다.
5단계	기초침하도 : 전체 측정 점간의 최고치와 최저치가 API650 Code 제시 값 이내여야 한다 * 침하 량 판전기준 (API 650 7.3.6.6)   - 균등침하 (Uniform Settlement) : 50mm 이내   - 부등침하 (Differential Settlement) : 10m 마다 차이가 13mm 이내

이번 주제는 내용이 어려워서 포스팅하는데 시간이 많이 걸렸습니다. ^.^ '공감' 꼭 부탁드립니다.

 

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