API 650 저장 탱크의 필수 탱크 플레이트 유형

석유 및 LNG 저장 탱크(API 650)는 4가지 주요 판 유형으로 제작됩니다. 껍데기, 바닥, 환형, 그리고 지붕 플레이트. 각 플레이트는 고유한 구조적 역할을 합니다. 셸 플레이트는 원통형 벽을 형성하여 후프 응력과 축 응력을 견뎌냅니다. 바닥 플레이트는 탱크 바닥을 형성하여 액체 하중을 지지합니다. 환형 플레이트는 셸과 바닥 접합부에 있는 링 모양의 플레이트로 하중을 셸로 전달합니다. 지붕 플레이트는 고정된 원뿔형/돔형 지붕으로 탱크를 덮습니다. 각 플레이트의 선택 및 설계는 하중 요구량, 용접 방법, 부식 허용치, 그리고 재료 가용성을 고려해야 합니다.

쉘 플레이트

쉘 플레이트는 탱크의 수직 벽을 형성합니다. 쉘 플레이트는 절단되어 압연됩니다. 행동 – 전체 높이까지 쌓이는 수평 띠. 두께는 액두에 의한 후프 응력과 부식 허용치를 더하여 계산됩니다. API 650에 따라 쉘 플레이트는 최대 45mm (1.75인치) 두께. 설계 응력이나 재료 강도가 45mm 이상을 요구하는 경우, 더 높은 강도의 재료(그룹 IV-VI 강철)를 사용해야 합니다. 일반적인 재료는 높이가 낮은 탱크의 경우 ASTM A36 또는 EN S235JR(항복 강도 ~250MPa), 더 높거나 더 높은 탱크의 경우 A516 Gr 70, A537 CL2 또는 EN S355(355MPa)입니다. 외판은 용접성을 위해 강재로 킬드 처리하고 미세 입자로 처리해야 합니다.

과제 및 해결책: 두꺼운 셸 플레이트는 무겁고 변형 없이 압연 및 용접하기가 어렵습니다. 제조업체는 종종 판을 미리 굽히고, 층간 온도를 제어하여 변형을 관리하는 순차 용접을 사용합니다. 모든 수직 용접 이음매는 API 650 8.3절에 따라 방사선 투시 검사를 받아야 하며, 수평(원주) 용접 및 환형 플레이트 용접에도 방사선 투시 검사가 필요합니다. A36 등급 또는 이와 유사한 강재는 저온에서 충격 인성이 부족하므로, 추운 기후에서는 설계자가 저온 강화 강재(예: ASTM A553)를 사용하거나 충격 시험을 실시합니다. 마지막으로, 셸은 환형 플레이트 또는 셸 베이스에 용접된 앵커 체어를 통해 탱크 기초에 고정됩니다.

바닥(바닥) 플레이트

바닥판은 탱크 바닥을 형성하며 정수압 하중과 진공 발생 시 이를 지지해야 합니다. 일반적으로 여러 개의 강판(6~12mm 두께 + 부식 여유분)이 탱크 바닥 전체를 덮습니다. 표준 배치에는 겹쳐진 "바닥판"과 더 무거운 환형판 가장자리 주위. 판재는 콘크리트 기초 링 또는 파일 위에 놓입니다. 바닥판은 격자 모양으로 용접되며, API 650(5.1.5.5절)에서 요구하는 대로 완전 용입을 위해 사각 또는 베벨 홈 맞대기 용접이 사용됩니다. 가용접된 백킹 스트립(두께 3mm 이상)을 사용하여 뿌리 개구부를 유지할 수 있습니다. 구매자가 별도로 합의하지 않는 한, 직사각형 판과 스케치 판 모두 공칭 너비가 1800mm 이상이어야 합니다. 바닥판의 필요 두께는 부식 두께에 부식 여유분을 더한 값입니다.

디자인 고려 사항: 바닥판은 웅덩이 현상을 방지하기 위해 평평하고 수평을 유지해야 합니다. 바닥판은 쉘 또는 환형 플레이트에 씰 용접으로 고정됩니다. API 650에 따라 바닥판 맞대기 용접은 앵커 주입을 용이하게 하기 위해 쉘과 평행하게 배치되는 경우가 많습니다. 경사진 "헤링본" 패턴이나 방사형 레이아웃도 사용할 수 있습니다. 탱크에는 섬프 중앙에 배수를 위한 주머니가 있습니다.

과제 및 해결책: 바닥판은 양압(정수두)과 음압(진공)을 견뎌야 합니다. 진공이 부족하면 붕괴가 발생할 수 있으므로 설계자는 진공 릴리프 밸브를 설치하고 보강재(예: 보상판)를 고려합니다. 용접 변형은 판을 고정하고 대칭적으로 용접함으로써 완화됩니다. 품질 관리는 매우 중요합니다. 지붕 및 바닥 용접은 일반적으로 방사선 검사를 하지 않지만, 모든 쉘-바닥 연결부 및 바닥 접합부는 누출 방지를 위해 100% 자분탐상검사 또는 염료 침투탐상검사를 받습니다. 대형 바닥판(특히 두꺼운 환형 링)의 경우 납품 리드타임이 길어질 수 있으므로 조기 조달이 권장됩니다.

환형 플레이트

환형 플레이트는 탱크 쉘 바로 안쪽의 바닥 코스에 있는 플레이트 링입니다. 쉘 하중을 바닥으로 전달하여 쉘 베이스 앵글과 앵커 체어의 부착점을 제공합니다. API 650 5.5.2절에 따르면, 환형 플레이트는 최소 600이어야 합니다mm(24(넓은) (방사형으로 측정) 탱크 직경이 ≥30m(100피트)이거나 바닥 쉘 코스가 그룹 IV, IVA, V 또는 VI의 재료에 대한 허용 응력을 사용하여 설계된 경우 쉘에서 모든 랩 조인트까지실제로 설계자는 높은 원주방향 힘을 감당하기 위해 종종 내부 바닥판보다 훨씬 두껍게 환형 판을 만듭니다(예: 6~8mm 대신 12~16mm).

용접 및 조인트: 환형판 방사형 관절 완전 침투 맞대기 용접이어야 합니다.. 이러한 용접부 아래에는 최소 3mm 두께의 연속 백킹 스트립(backing strip)을 사용할 수 있지만, 용접 부위에 흠집이 없어야 합니다. 직경이 30m를 초과하거나 고강도 쉘 강(그룹 IV-VI)을 사용하는 탱크의 경우, API 650은 맞대기 용접된 환형 판을 사용하도록 규정합니다. 더 작은 탱크나 저응력 케이스에서는 겹치기 용접된 "스케치" 판을 사용할 수 있지만, 검사관은 안전을 위해 맞대기 용접된 링을 선호하는 경우가 많습니다. 환형 링의 안쪽 가장자리는 직선 또는 다각형으로 절단할 수 있습니다. API 정의에 따르면, 안쪽 원주는 판의 개수만큼 변을 가진 정다각형을 형성할 수 있습니다.

과제 및 해결책: 환형 플레이트는 크고 두껍기 때문에 무겁고 운반이 어렵습니다. 현장에서 쉘과의 정렬이 매우 중요합니다. 제작업체는 작업장이나 현장 설치 초기에 환형 플레이트를 쉘에 맞대기 용접하는 경우가 많습니다. 세심한 설치 및 용접(필요한 경우 예열)을 통해 열 입력을 제어합니다. 환형 링은 크기가 작거나 용접이 부실할 경우 누출 위험이 높기 때문에 많은 엔지니어가 이러한 접합부에 추가 부식 허용치를 적용하고 철저한 비파괴 검사(방사선 촬영 또는 PAUT)를 실시합니다.

지붕판

고정 지붕(콘 또는 돔)은 지상 탱크를 덮습니다. 지붕판은 금속 패널을 용접하여 상단 연석 각도 셸에. API 650은 지붕 설계를 세 가지 하중 조건, 즉 내부 압력(부록 F 인장 공식), 외부 하중(부록 F 좌굴), 그리고 일반 하중(5.10절)으로 구분합니다. 실제로 지붕판 두께는 내부 압력이 아닌 지붕 자중이나 바람에 의한 좌굴에 의해 결정되는 경우가 많습니다. API 650은 공칭 지붕판 두께를 요구합니다. ≥ 5mm(3/16안에) 부식 여유분을 더합니다. 얕은 원뿔형 지붕에는 6~10mm 두께의 강철을 사용할 수 있으며, 돔형 지붕에는 8~12mm 두께의 강철을 사용하는 경우가 많습니다.

건설: 지붕판은 "파이 슬라이스" 패턴(판의 개수와 같은 다각형) 또는 동심원 모양으로 절단됩니다. 판은 랩 필렛 용접 또는 베벨 버트 용접으로 용접되며, 상단면에만 연속 필렛 용접이 적용됩니다. 판은 둘레가 완전히 지지되어야 합니다. 지지형 원뿔 지붕의 경우, API 650 5.10절에 따라 약간의 이동을 허용하기 위해 판을 서까래에 용접하지 않고 서까래 위에 올려놓아야 합니다. 모든 지붕 패널은 상단면 연속 필렛 용접으로 연석 모서리에 부착됩니다.

과제 및 해결책: 지붕판은 얇고 용접으로 인해 변형되는 경우가 많기 때문에 건설업자는 지붕을 지상에서 여러 부분으로 나누어 제작하거나 리프팅 프레임을 사용합니다. 틈을 방지하기 위해서는 치수 관리가 매우 중요합니다. 지붕 용접은 일반적으로 응력이 낮기 때문에 API는 지붕판 용접에 방사선 촬영을 요구하지 않지만, 100% 육안/MPI 검사는 표준입니다. 지붕용 강재는 대개 A36 또는 이와 유사한 강재를 사용하며, 지붕 경간이 길어 높은 좌굴 강도가 요구되지 않는 한 고강도 강재는 거의 필요하지 않습니다.

플레이트 재료 및 사양

API 650은 판강을 허용 응력 및 용도별로 분류합니다. 탱크 플레이트에 일반적으로 지정되는 재질은 다음과 같습니다.

ASTM 표준

ASTM A36 (26 ksi 수율, ~250 MPa) – 적당한 조건에서 쉘과 바닥재에 널리 사용됩니다. 가격이 저렴하고 널리 사용 가능하지만, 충격 시험을 거치지 않는 한 저온 환경에는 적합하지 않습니다.
ASTM A283 Gr. C (또한 ~205–290 MPa) – 때때로 높이가 낮은 탱크에 사용되는 일반 구조용 강철입니다.
ASTM A285 Gr. C (압력 용기용 플레이트, 195~260 MPa) – API 650 승인을 받았지만, 더 얇은 단면으로 제한됩니다. 연성이 더 뛰어나고, 종종 비용이 저렴한 대안입니다.
ASTM A516 Gr. 70 (중온/저온 용기용 강판, 인장강도 485 MPa) – 고강도 쉘/바닥에 일반적으로 사용됩니다. A36보다 인성이 우수합니다.
ASTM A537 CL.2 (압력 용기 플레이트, ~450 MPa 항복강도) – 대형 탱크에 더 높은 강도와 인성을 제공합니다.
ASTM A553 (유형 1 및 2) – 극저온 서비스용 저온 탄소-망간판(니켈 합금). A553 유형 1(≈9% Ni)은 API 620 부록 Q에 LNG 탱크에 대해 명시되어 있습니다.

EN 표준

EN 10025 S235JR / S355JR – A36(S235JR) 및 더 높은 강도의 A572/A656(S355JR)과 거의 동일한 유럽 구조용 강재. API 650은 S275/S355의 경우 J0 또는 J2 충격 시험 등급(0°C 또는 -20°C에서 시험)을 요구하며, 일반 "JR" 등급(20°C에서만 시험)은 더 두꺼운 판재에는 허용되지 않습니다.

JIS 표준

JIS G3101 SS400 / SS490 – 일본 동등 구조용 강재(YS 205~245 MPa 및 245~295 MPa). SS400은 A36보다 강도가 약하므로 일부 설계자는 두께를 늘리지 않는 한 직접 대체를 피합니다.

기타 국가 표준

API 650은 기계적 특성과 화학적 한계가 그룹 I~VI 기준을 충족하는 경우 "공인된 국가 표준"을 허용합니다. 예를 들어, CSA G40.21(캐나다) 등급 300W/350W 또는 ISO 630 S275/S355가 종종 허용됩니다.

모든 강판에 대해 API 650 Section 4는 C, Mn, P, S 등의 함량을 신중하게 관리하면서 강판을 완전히 탈산하고 미세 입자로 가공하도록 요구합니다. 고급 소재(그룹 IV~VI)는 업셋(upset) 조건에서 취성 파괴를 방지하기 위해 상온에서 사용하더라도 0°C 또는 -20°C에서 특정 충격 시험을 실시해야 하는 경우가 많습니다. 외국산 강재를 선택할 때는 압연 시험 성적서를 통해 성분 및 충격 품질이 API 650 요건을 충족하는지 확인하십시오. (예를 들어, 중국산 SS400은 A36보다 충격 에너지가 낮을 수 있습니다.)

LNG 대 원유 탱크

LNG 저장 탱크는 -162°C에서 작동하며 훨씬 더 엄격한 재질 요건을 요구합니다. 기존 API 650 강판(A36, A516 등)은 극저온에서 취성을 갖습니다. 대신 LNG 저장 탱크의 내부 탱크나 바스켓은 종종 9% 니켈강 (ASTM A553 Type 1 또는 ASTM A553M) 우수한 인성을 보장합니다. 최근 7% Ni 강이 비용 절감 대안으로 개발되었습니다. 이 강은 API 620 부록 Q에 따른 샤르피 충격 기준(예: A553T1의 경우 -196°C에서 종방향 충격 강도 ≥34 J)을 충족합니다. 외부 저장 탱크(또는 지붕 및 기초)는 상온에서 일반 탄소강을 사용할 수 있습니다.

설계상의 차이점으로는 단열재가 있는 이중벽 탱크와 더 엄격한 누설 방지 요건이 있습니다. 일반적으로 지상 극저온 탱크에 대한 규정은 API 620(API 650 아님)이며, 재료에 대한 부록 Q를 포함합니다. 요약하자면, LNG 서비스의 경우 항상 습식 플레이트에 극저온 등급 강철(A553, A553M 또는 고니켈 합금)을 사용하십시오.; 표준 API 650 강철은 단열된 외부 쉘이나 주변보다 높은 2차 격리에만 사용됩니다.

API 650(2020) 준수

API 650 규정 준수를 보장하려면 해당 규정의 재료, 설계 및 제작 규칙을 따라야 합니다.
판 두께 및 재료 한계: 4.2.1.4절을 준수하십시오: 최대 45mm 두께의 쉘을 사용하십시오. 4.2.2절의 등급별 두께 제한을 사용하십시오(예: A537은 A516보다 두꺼울 수 있습니다). 예상 사용 온도에 대한 충격 시험을 충족하는 판 등급을 지정하십시오.
NDE 및 용접: 쉘-쉘 및 환형 접합부에 대해 100% 방사선 촬영을 시행하십시오. 지붕 및 바닥 용접에는 100% MPI/침투탐상제가 필요합니다. 용접사 자격(ASME IX), 접합부 준비 및 시험은 API 650 8절을 준수하십시오.
디자인 규칙: 5절과 부록(예: 부록 F/V)을 사용하여 외피와 지붕의 두께를 계산하십시오. 환형 강판의 폭은 ≥600mm가 되도록 하십시오. 하부 강판의 크기는 처짐 및 좌굴 한계를 충족하도록 하십시오. 5.1.5절과 5.5절에 따라 용접 겹침/모서리 간격을 치수로 기입하십시오.
선적 서류 비치: 탱크 명판과 관련 문서에는 "API 650 - 제12판"(2020년판은 제13판)이 명시되어야 합니다. 모든 명판(화학, 기계, 충격)에 대한 압연 시험 보고서와 용접 기록을 보관하십시오. 특히 중요한 접합부에 대해서는 필요에 따라 제3자 검사를 받으십시오.
부식 허용치: 계산 시 부식과 잠재적인 제분 표면 결함을 고려하여 적절한 CA(종종 2~5mm)를 항상 판 두께에 추가합니다.

과제와 모범 사례

용접 품질 및 변형: 두꺼운 판재(>10 mm)는 예열 및 층간 온도 조절이 필요합니다. 휨을 최소화하기 위해 순차 용접 또는 수축 제어를 사용하십시오. 완전 용입 맞대기 용접은 결함 없이 이루어져야 합니다. 완료된 모든 용접(특히 셸 및 환형 접합부)은 비파괴 검사(NDT)를 실시하십시오.
부식 방지: 보관 중인 제품과 호환되는 도금 재질을 선택하거나 코팅(에폭시 또는 아연 함유 프라이머)을 적용하십시오. 바닥판은 물이나 고형물이 닿는 경우가 많으므로, 더 높은 부식 허용 오차 또는 내마모성 라이너를 사용할 수 있습니다.
자재 가용성 및 리드타임: 대구경 또는 특후판은 특수 제품입니다. 수개월 전에 조달 계획을 세우십시오. 수입하는 경우 품질 기준을 확인하십시오(예: SS400이 A36과 같다고 단정하지 마십시오). 공급업체와 협력하여 인증이 API 요건을 충족하는지 확인하십시오.
건설 순서: 튼튼한 등받이 또는 임시 지지대를 사용하여 셸 정렬을 고정하고, 환형 링을 조기에 설치합니다. 셸을 세울 때는 원형을 유지하기 위해 윈드 거더(비계 모양의 링)를 사용합니다. 가능하면 지붕 패널을 지면에서 미리 조립한 후 완성된 셸 위로 들어 올립니다.
필드 조정: 현장 편차(예: 기초 침하 또는 미세한 정렬 불량)는 심 플레이트, 슬롯 앵커 볼트 또는 플랜지 절단을 통해 조정해야 하며, 플레이트를 다시 압연하는 방식으로는 조정이 불가능합니다. 최종 용접 전에 바닥 플레이트의 평탄도를 확인하여 수밀성을 확보하십시오.

결론

각 플레이트 유형의 역할을 이해하고 API 650 규칙을 준수함으로써 EPC/EPCM 팀은 안전하고 규정을 준수하는 탱크를 설계하고 건설할 수 있습니다. 내구성 있는 원유 및 LNG 탱크를 위해서는 적절한 재료 선택(A36부터 A553까지), 철저한 용접 작업, 그리고 규정 세부 사항(플레이트 폭 및 용접 품질)에 대한 주의가 필수적입니다. 해양 탱크 프로젝트에 필요한 강판 RFQ가 있으시면 언제든지 문의해 주십시오. [email protected] 경쟁력 있고 전문적인 견적을 받아보세요!