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내 용	제목 : 지하 유류저장탱크의 기름 누설 원인 앞글에서 필자가 지하 대형유류저장탱크의 설계 오류로 인하여 토양 오염 정화 비용이 한 해 수 백억에 달하는 내용으로 그 원인을 지적한 바가 있으나, 이와 유사한 주유소 지하에 설치되는 중소형 유류저장탱크에서도 그와 유사한 설계 오류로 인하여 환경 오염의 원인으로 꼽히고 있다. 필자는 지상 대형 저장탱크 설계 경험이 많아 우연히 지하유류저장탱크의 위험물관리 규정에 관한 국내법규와 표준 시방서 및 이와 유사한 관련 법규를 검토하는 과정에서 치명적인 설계 오류를 발견하여 바쁜 일정에도 불구하고 몇 자 남기고자 한다. 지하 유류저장탱크는 "위험물안전관리법"에 의해 설계 및 시공을 관리할 수 있도록 되어 있으며, 이외에도 많은 관련 규정이 있음에도 불구하고 지하 유류저장탱크로 인한 토양오염 및 때로는 화재의 발생 원인이 되고 있다. 하지만, 이러한 규정과 법규가 많아도 문제가 해결 안되는 그 이유는 어디에 있을까 우리나라는 규정과 법규를 만드는 내용은 거의 인문학적으로 풍부하나 핵심적인 설계기술이 부재한 것이 치명적인 오류라고 생각된다. 이전 글에서 지하 대형 유류 저장탱크의 구조계산을 건축구조분야에서 유체역학과 야금학적인 용접관련 전문적인 지식 부족으로 인하여 바닥판과 측판셀을 양쪽 필렛 용접으로 인하여 기름이 누설된다는 것을 지적한 바가 있다. 이와 유사한 규정이 바로 현재 적용하고 있는 “위험물안전관리법규”에도 유사하게 규정되어 이것을 산업 현장에서 적용하는 표준서 작성 과정에서 설계적 오류를 낳는다고 선 결론으로 지적하고자 한다. 지하 유류저장탱크의 설계오류를 지적한다면 저장탱크의 두께 선정 기준과 셀판과 측판의 용접 이음 방식의 오류 2가지를 먼저 지적하고자 한다. 1. 지하유류저장탱크의 최소 두께 규정 관련 법규와 표준서에서 언급하는 저장탱크의 두께 규정을 최소 3.2mm를 사용한다고 되어 있는 경우, 이를 적용하는 설계자는 어떻게 받아 들일까하는 궁금증이 먼저 든다. 우선 최소 3.2mm의 의미를 두께 선정 기준으로 이해하여 사용 두께 의미로 받아 들일 수 있는 것이 오래 된 관습화 되었을 것이라 추정된다. 다른 한 편으로 30년 전에는 국내의 설계기술이 오늘날과 같은 수준이 아니라서 충분히 이해도 된다. 하지만 과거의 관습을 현재까지 유효하다고 생각하면 이것은 또다른 문제라고 본다. 여기서 언급한 3.2mm 규정은 최소 요구 두께이며, 이것을 기준으로 소재, 규격, 외부하중(내진하중, 사용하중), 부식여유, 운전특성(내부진공, 변동수압)을 고려하여 실제 설계조건에서 필요한 두께를 결정해야 함에도 불구하고 과거에는 이러한 요구 사항을 무시하고 최소 3.2m만 생각하고 눈을 감았던 것이 아닐까하는 의심이 든다. 이러한 설계는 마치 50mm를 요구하는 압력용기 두께를 규정에서 최소 두께 1.6mm라 규정하였다고 50mm 대신에 1.6mm를 사용하는 것과 같다는 것이다. 특히, 지하 유류 저장탱크의 설계 기준은 바닥판에 접촉하는 물성은 물이기 때문에 부식이 심하게 발생하며, 1년간 부식을 0.1mm라고 가정할 때 사용 수명은 불과 10년 밖에 안된다는 것을 알 수 있다. 2. 원통셀과 측판의 용접 이음 방식 두 번째로, 용접 이음 방식 채택에 오류가 있음을 지적하고자 한다. “위험물안전관리법”을 비롯한 관련 규정과 설비 표준서에서 규정하는 것은 셀과 측판의 이음 방식은 완전용입 또는 겹치기 이음으로 할 수 있다고 규정하고 있다. 실제 필자가 지하 유류저장탱크의 시공 도면을 보면 대부분이 겹치기 이음으로 설계되어 있다. 이러한 방식은 용접설계 측면에서도 대단히 큰 오류이지만 더 큰 문제는 관련 규정과 표준서가 겹치기 이음 방식을 채택 할 수 있다고 되어 있으니 설계자에게만 그 책임을 전가할 수 없는 것이다. 여기서 용접 이음을 왜 겹치기 이음을 할 수 없는가에 대해서는 이전 글의 지하 저장탱크의 기름 누설원인 글을 참조하고 여기서는 간단히 그 문제점만 지적하고자 한다. 용접 이음을 겹치기 이음 방식을 채택 할 경우 크게 문제가 되는 것은 겹치는 판과 판 사이의 부식이 가장 큰 문제이다, 판이 겹치지 않은 부위는 표면 도장을 통해서 내부와 외부를 방식을 할 수 있지만 용접이 되는 부위는 물리적으로 도장이 불가하기 때문에 이 부위는 방식이 불가한 장소가 된다. 그렇다고 도장을 먼저하고 용접을 해도 마찬가지로 용접시 발생하는 고온의 열에 도장이 견딜수가 없으며 틈새 부식 및 공식(Pitting)과 두 부재의 전위차로 인하여 발생하는 전지 부식(갈바닉 부식)에 대해 매우 취약한 부위가 되어 아마도 부식이 가장 많이 발생하는 장소가 될 것이다. 이러한 부식 문제 이외에도 용접 필렛 각장 부족 문제도 나타난다. 겹치기 이음 방식에서 판 이음새를 자세히 보면 겉으로는 양쪽 필렛 이음이지만, 실제 부재의 이음 방식은 한쪽 필렛 이음이 된다. 비록 필렛은 양쪽에 존재하지만 두 부재의 접합은 한쪽 필렛 용접에 불가하다는 것을 알 수 있다. 즉, 양측 필렛의 용접 조건이 동일하여 2개의 필렛 효과가 아니라 결국 한측 필렛에 불가하다는 것을 이해 할 수 있다. 그 이유는 두 개의 필렛 수명은 거의 동일하여 필렛의 수명이 2배가 될 수 없다는 것이다. 셀-헤드 잘못된 용접법 측판-바닥판의 잘못된 용접법 측판-바닥판의 올바른 용접법 두 부재의 완전한 물리적인 결합 방식은 완전 용입 즉 맞대기 용접을 말하는 것이며 상기 그림과 같이 겹치기 이음은 필렛 용접 각장이 아무리 많아도 유효 각장은 부재의 판 두께를 초과할 수는 없다. 또한 겹친 판 사이의 내부에 존재 하는 공간으로 인하여 두 부재는 물리적으로 완전 결합으로 볼 수 없는 것이다. 3. 변동 수압에 의한 피로 응력 발생 세 번째로 저장탱크의 공통적으로 작용하는 것이 있다면 바로 수두차이에 따른 변동수압으로 인하여 발생하는 원통셀의 원주응력과 측판에 작용하는 축방향 응력을 들수 있다. 특히 지하 유류저장탱크는 사용 특성에 따라 수두차이(만수와 저수위 차이)가 거의 연속적으로 발생하여 마치 저장탱크가 연속적인 호흡을 하는 상태로서 하부에 위치한 셀과 측판의 이음 부분에서 만수에서는 압축응력, 저수위에서는 인장응력이 교번으로 발생하여 이것이 피로 응력으로 진행되어 결국 피로한계에 도달하면 피로 응력과 사용 수명 증가에 따른 부식이 교합되면 응력부식피로균열(Stress Corrosion Cracking)로 진행되어 용접 이음 부분에서 우선적으로 내용물의 누설이 나타난다. 4. 저장탱크의 외부 건사 충전에 따른 외부 하중 현재 적용하는 지하 유류저장탱크의 시공법은 저장탱크의 주변에 건사를 채워서 외부 충격에 대한 하중을 흡수 할 수 있도록 되어 있으나, 이 때 저장탱크의 외부 건사 충전에 의한 응력을 원통셀와 측판셀의 두께에 추가로 보정하고 있지 않는 것이 문제이다. 가령 저장탱크의 측판을 성형 경판 대신 평판을 사용한다면 이는 흔히 사용하는 사각저장탱크의 두께 선정과 동일하며 적용하는 건사(설계조건은 건사가 아님)의 비중은 물 보다 높은 2.6을 적용해서 사각 탱크의 가로 세로 길이를 2700mm 기준으로 간단히 결과한 결과, 측판의 요구 두께는 6mm 사용 조건에서 최대 허용 간격 500mm로 보강을 해야 하는 구조를 요구하고 있다. 또한 플랜트분야 엔지니어링사의 설계 사양서를 보면 원통셀은 외부 압력 0.5kgf/cm^2으로 설계 조건을 요구한다. 이는 원통셀의 내부에 50% 진공이 발생하는 설계 조건과 동일하며 필자가 실제 요구 두께를 계산해 보면 원통구경 2700mm, 보강 간격 2400mm 기준에서 요구하는 원통셀의 두께는 8mm를 나타낸다. 결론 국내 법규는 그 규정이 각 분야별로 참으로 다양하고 마치 거대한 실타래처럼 역어서 깨미(Ant) 한 마리 못 빠져 나오게 만들어 놨으나, 그 내용에 있어서는 치명적인 오류로 인하여 오히려 규정이 없는 것 보다도 못하는 실정이 되고 있다. 특히, 한국 사회의 오래된 관료적 특성으로 인하여 현재까지 수 많은 규정과 표준서를 생산해 왔다. 국내 유명한 어느 그룹 총수는 이러한 것을 두고 한국기업은 2류, 행정은 3류, 정치는 4류라고 했던가. 또한 필자가 지난 2014년도에 TED 강연을 듣던 중 어느 강사가 한국의 포장기술 만큼은 세계 최고라고 했던 것이 기억난다. 기업이나 (특히 대기업) 과 관료 조직에서 사용하는 모든 문서가 포장되고 표준화되어 어디에도 개인의 창의성을 허용하지 않는 국가가 바로 한국이라는 것이다. 표준화라는 것은 그 자체로서는 매우 바람직한 것이나 하지만, 이것이 불필요하게 지나치면 그 부작용이 나타나게 되는 것이다. 또한 과거 30여년 전 산업현장에서 선진국의 기술을 도입하는 단계에서는 도입되는 기술을 3S라 하여 단순화, 표준화, 전문화로 포장시켰던 것이 사실이나 이제는 이러한 기법은 버릴 때가 왔다. 4차 산업 전문가들은 현재는 6개월에 한 번씩 산업 혁명이 일어나는 4차 산업 진입로에 있다고 하는데 한국은 여전히 30여년 전의 관습에 사로잡혀 있다면, 필자는 역설적으로 이러한 잘못된 표준서를 바로 잡는데는 향 후 30년이 걸릴 수도 있다는 것을 염려하면서 글을 맺는다. 원문은 자료실에 있음 참조 1) 위험물안전관리에 관한 세부기준 2) KS B6750 (압력용기 설계 규정) 3) KOSHA-CODE (M-19-2006) 압력용기 용접설계 규정(한국산업안전공단) 4) API 650, FIG 5.3 용접 형상- OIL STORAGE TANK (오일 저장탱크) 5) GB 50341/ JIS B 8501 / BS EN 14015 OIL STORAGE TANK (오일 저장탱크) 6) ASME SECTION IX (미국기계학회 용접 규정) 7) ASME DIV.1 UW-12 (미국기계학회 압력용기 용접편) 2020.02.28 피이에스기술사사무소(www.pes21.com) 대표 류창명 info@pes21.com
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