제34조(탱크 형식) #
① 독립형 탱크 형식 A는 다음 각 호의 기준을 고려한다.
1. 설계기준
가. 독립형 탱크 형식 A란 주로 종래에 사용되고 있는 선체강도 해석법에 따라 인정되는 기준으로 설계되는 탱크를 말한다. 이 탱크가 주로 평판으로 구성되는 경우, 설계증기압은 0.07 미만이어야 한다.
나. 제22조에 따른 완전 2차 방벽이 설치되어야 한다. 2차 방벽은 제23조에 따라 설계되어야 한다.
2. 구조해석
가. 구조해석은 제28조제3항제3호가목에 규정하는 내압을 고려해야 하며, 선체구조와 주요부재의 상호작용을 고려해야 한다.
나. 지지부의 구조와 같이 이 기준에서 규정하지 않는 부분에 대하여는 제28조제2항부터 제5항까지에 규정하는 설계하중 중 적절한 하중 및 지지부의 선체 변형을 고려한 직접계산방법에 따라 응력을 구해야 한다.
다. 지지부를 갖춘 탱크들은 제28조제5항의 사고하중에 대해 설계되어야 한다. 이 하중들 상호 또는 환경하중과 조합할 필요는 없다.
3. 한계설계조건
〔별표·서식 이미지 — 상단 '원문 보기'에서 확인〕
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나. 탱크판의 두께는 제28조제3항제3호가목에 따른 내부압력과 제20조제7항의 부식 허용치를 고려하여 최소한 「강선의 구조기준」의 디프탱크의 규정에 적합해야 한다.
다. 액화가스연료탱크 구조는 좌굴에 대해 검토되어야 한다.
4. 사고설계조건
가. 탱크 및 탱크 지지부는 제20조제6항제3호 및 제28조제5항의 사고하중 및 설계조건을 고려하여 설계되어야 한다.
나. 제28조제5항의 사고하중을 적용할 경우, 응력은 사고의 낮은 발생 빈도를 고려하여 적절히 수정된 제34조제1항제3호의 허용기준에 따라야 한다.
② 독립형 탱크 형식 B는 다음 각 호의 기준을 고려한다.
1. 설계기준
가. 독립형 탱크 형식 B는 응력수준, 피로수명 및 균열진전 특성 등을 결정하기 위해 모형시험, 정밀한 해석수단 및 해석법을 이용하여 설계된 탱크를 말한다. 이 탱크는 주로 평면판에 의하여 구성되는(직육면체 탱크) 경우, 설계증기압 Po는 0.07MPa 미만이어야 한다.
나. 누설방지장치가 있는 부분 2차 방벽이 제22조에 따라 설치되어야 한다. 소규모 누설방지장치는 제24조에 따라 설계되어야 한다.
2. 구조해석
가. 다음의 각 항에 대하여 모든 동적 및 정적하중의 영향을 고려하여 구조 적합성을 확인해야 한다. 유한요소해석 또는 이와 동등한 해석방법과 파괴역학해석 또는 이와 동등한 해석을 해야 한다.
1) 소성변형
2) 좌굴
3) 피로파괴
4) 균열진전
나. 선체와의 상호작용을 포함한 응력을 평가하기 위하여 3차원해석을 해야 한다. 이 해석의 구조모델은 액화가스연료탱크와 그 지지 및 고정방법과 적절한 범위의 선체구조부분을 포함해야 한다.
다. 동형선에 의한 유효 자료가 없을 경우, 불규칙파에 대한 특정 선박의 가속도 및 운동, 이 가속도와 운동에 의한 힘 및 운동이 미치는 선체와 액화가스연료탱크 응답의 정밀해석을 수행해야 한다.
3. 최종설계조건
가. 독립형 탱크 형식 B는 주로 구형이며 허용응력은 다음을 만족해야 한다.
〔별표·서식 이미지 — 상단 '원문 보기'에서 확인〕
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나. 외압과 압축응력을 일으키는 그 밖의 하중을 받는 액화가스연료탱크의 좌굴강도해석은 해양수산부장관 또는 대행기관이 적절하다고 인정하는 기준에 따라 수행되어야 한다. 해석방법은 이론적인 것과 판 끝단의 정렬 불량, 직선도 및 편평도 불량, 정원과의 편차의 결과에 따른 실제 좌굴응력과의 차이를 적절히 고려할 수 있어야 한다.
다. 피로설계조건
1) 피로 및 균열진전 평가는 제31조제3항에 따라 수행되어야 한다. 승인기준은 결함의 식별가능성에 따라 제31조제3항제7호, 제31조제3항제8호 또는 제31조제3항제9호를 따라야 한다.
2) 피로해석은 건조허용오차를 고려해야 한다.
3) 모형시험은 구조 부재의 응력집중계수와 피로수명을 결정하기 위해 필요한 경우 요구될 수 있다.
라. 사고설계조건
1) 탱크와 탱크지지부는 제20조제6항제3호 및 제28조제5항에 따라 해당되는 사고하중과 설계조건에 대해 설계해야 한다.
2) 제28조제5항의 사고하중을 적용할 때, 응력은 낮은 발생빈도를 고려하여 적절히 수정된 제34조제1항제3호의 허용기준에 따라야 한다.
마. 표시
압력용기의 모든 표시는 허용응력을 초과하는 국부응력을 일으키지 않는 방법으로 표시되어야 한다.
바. 응력평가를 위해서 응력을 다음과 같이 분류한다.
1) 수직응력: 대상으로 고려하는 단면에 수직의 응력성분
2) 막응력: 대상으로 고려하는 단면의 두께방향의 응력분포에 동일하고 두께방향에 균일하게 분포하고 있는 수직 응력성분
3) 굽힙응력: 대상으로 고려하는 단면에서 막응력을 제외한 후 두께방향에 변화하는 응력
4) 전단응력: 대상으로 고려하는 단면의 접선방향에 작용하는 응력성분
5) 1차 응력: 하중에 의하여 발생되는 응력으로서 외부로부터의 힘 및 모멘트에 균형을 갖기 위하여 필요한 응력이다. 1차응력의 기본적인 특성은 그것이 자기 평형작용이 없는 것이다. 항복강도를 크게 초과한 1차응력은 파괴 또는 적어도 큰 변형을 일으킨다.
6) 1차 일반막응력: 구조물에 분포하고 항복에 의하여 하중의 재배분을 일으키는 일이 없는 1차막응력
7) 1차 국부막응력: 압력 또는 다른 기계적 하중에 따라 발생하며 1차 응력 또는 불연속효과와 조합된 막응력이 구조물의 다른 부분에 하중을 전달할 때 과도한 변형을 일으키는 경우가 있다. 이 응력은 2차 응력적인 성질을 가지고 1차 국부막응력으로 분류한다. 이 응력영역이 다음 식을 만족할 때에는 국부적으로 볼 수 있다.
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8) 2차 응력은 인접부재의 구속 또는 구조물의 자체 구속에 의하여 발생되는 수직응력 또는 전단응력이다. 2차 응력의 기본 특성은 자기제한적(self-limiting)이라는 것이다. 국부적인 항복 또는 미세한 변형은 응력을 발생하는 원인이 될 수 있다.
③ 독립형 탱크 형식 C는 다음 각 호의 기준을 고려한다.
1. 설계기준
가. 독립형 탱크 형식 C의 설계기준은 파괴역학 및 균열진전기준을 포함한 수정된 압력용기기준에 기초한다. 나목에 정의된 최소설계압력은 동적 응력이 충분히 작아서 최초 표면결함이 탱크의 수명동안 탱크외판 두께의 반 이상 진전되지 않는다는 것을 보장하도록 설계되어야 한다.
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2. 탱크외판두께
가. 외판두께는 다음을 따른다.
1) 압력용기의 경우, 라목에 따라 계산된 두께는 마이너스 허용오차가 없는 성형 후 최소두께로 고려해야 한다.
2) 성형후의 부식 예비두께를 포함한 압력용기의 동판 및 경판의 최소두께는 탄소망간강 및 니켈강은 5mm, 오스테나이트강은 3mm 및 알루미늄합금은 7mm 이상이어야 한다.
3) 라목의 계산에 사용하는 용접이음 효율은 제130조제4항에 정하는 검사 및 비파괴시험을 실시할 경우 0.95로 해야 한다. 이 수치는 사용재료, 이음의 종류, 용접법 및 하중의 종류 등을 고려하여 1.0까지 증가할 수 있다. 프로세스용 압력용기에 대하여 부분적으로 비파괴시험을 인정할 수 있으나, 그 시행범위는 사용재료, 설계온도, 조립상태에서의 재료의 무연성 천이온도, 용접이음의 종류 및 용접법에 따라 제130조제4항에 정한 것 이상이어야 한다. 또한 이음효율은 0.85 이하의 값을 적용해야 한다. 특별한 재료에 대하여 상기의 이음효율은 용접이음부의 규정된 기계적 성질에 따라서 감소되어야 한다.
나. 내부압력 계산시 제28조제3항제3호가목에 정의된 설계액체압을 고려해야 한다.
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라. 내압에 기초한 부재치수는 제28조제3항제3호가목에 정의된 내압 하에서 압력용기의 압력유지부의 형상 및 두께는 플랜지를 포함하여 결정되어야 한다. 이는 모든 경우에 승인된 압력용기 설계이론에 기초해야 한다. 압력용기의 압력유지부의 개구 설계는 「선박기관기준」에 따른다.
마. 정적 및 동적하중에 대한 응력해석
1) 압력용기의 치수는 가목에서 라목까지 및 제3호의 규정에 따라야 한다.
2) 지지구조 및 지지구조부의 동판 또는 경판 부착품에 가해지는 하중 및 응력을 계산해야 한다. 제28조제2항부터 제5항까지에 정하는 하중에서 해당되는 하중을 사용해야 한다. 지지구조부의 응력은 공인 표준에 따르며, 피로해석을 요구할 수 있다.
3) 필요시 2차 응력 및 열응력을 고려해야 한다.
3. 최종설계조건
가. 독립형 탱크 형식 C의 허용응력은 다음의 규정을 만족해야 한다.
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나. 좌굴기준은 압축응력을 일으키는 외압 및 그 밖의 하중을 받는 압력용기의 치수 및 모양은 승인된 압력용기 좌굴이론을 이용한 계산에 기초해야 하며, 판 가장자리의 어긋남, 진원도 및 규정의 호 또는 현의 길이를 통한 진원형으로부터의 오차에 의한 이론적인 좌굴응력과 실제의 좌굴응력과의 차를 적절하게 고려한 것이어야 한다.
4. 피로설계조건
가. 대기압에서 액화가스연료의 온도가 섭씨영하55도 이하인 독립형 탱크 형식 C의 경우, 탱크의 크기와 구성, 지지구조 및 부착물의 배치에 따라 정적 및 동적응력을 고려하여 제1호가목에 적합한지 확인하기 위해 추가검증을 요구할 수 있다.
나. 진공단열탱크는 지지부 설계에서 피로강도 및 안쪽과 바깥 판 사이에 대한 검사가 제한적이라는 것을 고려해야 한다.
5. 사고설계조건
가. 탱크 및 탱크지지구조는 사고하중 및 제28조제5항와 제20조제6항제3호에 구체적으로 밝힌 설계조건에서 해당되는 조건에 따라 설계되어야 한다.
나. 제29조제5항에 명확히 밝힌 사고하중을 적용할 경우, 응력은 발생가능성이 낮음을 고려하여 적절히 수정한 제34조제3항제3호가목에 구체적으로 밝힌 승인기준에 따라야 한다.
6. 압력용기에 요구되는 표시는 허용할 수 없는 국부응력을 일으키지 않는 방법으로 수행해야 한다.
④ 멤브레인 탱크는 다음 각 호의 기준을 고려한다.
1. 설계기준
가. 멤브레인 격납설비는 열 및 그 밖의 신축으로 인하여 멤브레인의 밀폐성이 상실되지 않도록 설계해야 한다.
나. 해석 및 시험에 기초한 체계적 접근법은 제2호가목에 구체적으로 밝힌 바와 같이 사용 중 식별된 사건을 고려하여 탱크의 의도된 기능을 제공함을 입증하는 데 적합해야 한다.
다. 제22조에서 요구하는 완전 2차 방벽을 설치해야 하며, 이 2차 방벽은 제23조에 따라 설계되어야 한다.
라. 설계증기압 Po는 원칙적으로 0.025MPa을 넘어서는 안 된다. 다만, 선체구조 치수를 필요에 따라 증가시키고 단열구조 지지강도도 적절하다면 Po는 0.07MPa 미만의 더 큰 값으로 할 수 있다.
마. 멤브레인 탱크는 비금속성 멤브레인이 사용될 경우, 멤브레인이 단열재로 사용되는 경우, 또는 멤브레인이 단열재와 조립되는 설계를 포함한다.
바. 일반적으로 멤브레인의 두께는 10mm를 넘어서는 안 된다.
사. 제49조제1항에 따라 1차와 2차 단열공간은 가스탐지가 가능하도록 불활성 가스가 순환되어야 한다.
2. 설계시 고려사항
가. 멤브레인의 수명동안 액밀성을 상실하도록 할 수 있는 잠재적 사건이 평가되어야 한다. 이 사건은 다음을 포함하나 이에 국한되지 않는다.
1) 최종설계사건
- 멤브레인의 인장파괴
- 단열재의 압축붕괴
- 열에 의한 노화
- 단열재와 선체구조 간 접착의 상실
- 단열재와 멤브레인의 접착의 상실
- 내부구조 및 이의 지지구조 구조적 완전성
- 지지선체구조 파괴
2) 피로설계사건
- 선체와의 접착을 포함한 멤브레인의 피로
- 단열재의 피로균열
- 내부구조부재 및 이의 지지구조 피로
- 평형수의 침수로 이어지는 내부선체의 피로균열
3) 사고설계사건: 내부 단층의 사고가 동시 또는 연속적으로 양쪽 멤브레인의 파괴를 일으키는 설계는 허용하지 않는다.
- 돌발적인 기계적 손상(운용 중 탱크내부에서의 물체의 낙하 등)
- 단열공간의 돌발적인 과압
- 탱크내의 돌발적인 진공
- 내부선체구조를 통한 물의 침투
나. 액화가스연료격납설비의 제작에 사용되는 재료의 필요한 물질적 기계적, 열특성, 화학적 특성 등은 제1호나목에 따라 설계 과정에서 설정되어야 한다.
3. 단열공간의 과압, 액화가스연료탱크 내의 부압, 슬로싱의 영향, 선체진동의 영향, 또는 이들의 조합으로 가능한 탱크 건전성의 상실에 대하여 주의해야 한다.
4. 구조해석
가. 제26조에 따른 액화가스연료격납 구조 및 이와 관련된 구조부 및 장비의 최종강도 및 피로강도의 평가를 위하여 구조해석 또는 시험을 해야 한다. 구조해석은 액화가스연료격납설비에 치명적인 것으로 식별된 각 파괴모드를 평가하는데 필요한 자료를 제공해야 한다.
나. 선체구조해석은 제28조제3항제3호가목에 규정하는 내압을 고려해야 한다. 다만, 선체의 변형 및 멤브레인과 단열재의 적합성에 대하여는 주의해야 한다.
다. 가목과 나목에 따른 해석은 선박 및 액화가스연료격납 설비의 운동, 가속도 및 반응에 기초해야 한다.
5. 최종설계조건
가. 제1호나목에 따라 작동중인 상태에서의 주요 부품, 하위장치(sub-system) 또는 조립품의 구조적 저항성을 설정해야 한다.
나. 액화가스연료격납설비 및 이것의 선체구조에 붙는 부착물, 탱크내부구조 파괴모드에 대한 허용강도기준의 선택은 고려하는 파괴모드와 관련된 결과를 반영해야 한다.
다. 내측 선체구조는 제28조제3항제3호가목에 규정하는 내압과 제28조제4항제1호다목에 따른 슬로싱 하중에 대한 규정을 고려하여 「강선의 구조기준」의 디프탱크의 규정에 적합해야 한다.
6. 피로설계조건
가. 지속적인 감시에 의해 파괴진행이 신뢰할 수 있게 식별되지 않는 경우, 피로해석은 탱크내부 구조물(즉, 펌프타워), 멤브레인과 펌프타워 결합부에 대해 수행해야 한다.
나. 피로계산은 다음에 따른 관련규정과 제31조제2항에 따라 수행되어야 한다.
1) 구조적 완전성에 대한 구조 요소들의 중요도
2) 검사의 유용성
다. 균열이 양측 멤브레인에 동시 또는 종속적 파괴를 발생시키지 않음을 시험 또는 해석에 의해 증명될 수 있는 구조요소의 경우, Cw는 0.5보다 작거나 같아야 한다.
라. 주기적으로 검사되는 구조 요소로써 식별되지 않는 피로균열이 양측 멤브레인에 동시 또는 종속적 파괴를 발생시킬 수 있는 구조요소는 제31조제2항제8호에 따른 피로 및 파괴공학의 규정을 만족해야 한다.
마. 작동 중 접근할 수 없는 구조요소로써 양측 멤브레인에 동시 또는 종속적 파괴를 일으킬 수 있는 피로 균열이 갑자기 발생할 수 있는 경우, 제31조제2항제9호에 따른 피로 및 파괴공학의 규정을 만족해야 한다.
7. 사고설계조건
가. 격납설비 및 지지구조부는 제28조제5항에 따른 사고하중에 대하여 설계되어야 한다. 이러한 하중들은 서로 또는 환경하중과 결합될 필요는 없다.
나. 추가로, 관련사고 시나리오는 위험도 평가에 기초하여 결정되어야 한다. 탱크 내부의 고박설비에 대해서도 고려해야 한다.