화학 플랜트나 제조 설비에서 사용되는 탱크에는, 바닥에서 액체를 완전히 배출할 수 없는 부분이 존재합니다.
이 잔류 액체는 일반적으로 데드 볼륨(Dead Volume, 또는 Dead Stock) 이라고 불립니다.
특히 옥외 탱크나 측면 노즐에서 배출하는 구조의 경우, 이러한 현상은 구조적으로 피하기 어렵습니다.
본 기사에서는
- 탱크 데드 볼륨이 발생하는 이유
- 실무에서 어떻게 대응해야 하는지
를 정리합니다.
신규 액체 도입 시나 세정 작업 계획 수립 시 반드시 도움이 되는 내용입니다.
탱크의 데드 볼륨이란?
먼저, 탱크의 데드 볼륨에 대해 설명하겠습니다.
옥외 탱크의 경우, 탱크 바닥은 콘크리트 기초와 전면 접촉하고 있기 때문에, 배출 노즐은 보통 측면에 설치됩니다.
왜 측면 노즐은 데드 볼륨을 만드는가
노즐을 탱크 바닥판과 완전히 동일한 높이로 설치하는 것은 공학적으로 매우 어렵습니다.
설령 바닥판에 용접을 시도하더라도, 실패할 경우 전량 누출이라는 치명적인 리스크가 발생합니다.
이 때문에 바닥판 용접은 가능한 한 최소화됩니다.
또한 측면 노즐은 해당 부위의 구조 강도를 저하시킬 수 있어, 보강판 등이 필요합니다.
강도 확보와 용접 영향 최소화를 위해, 노즐은 바닥판보다 약간 높은 위치에 설치될 수밖에 없습니다.
그 결과, 액체를 배출하더라도 노즐 높이 이하의 액체는 탱크 내부에 남게 됩니다.
이 잔류 액체가 바로 탱크의 데드 볼륨입니다.
액체 혼합으로 인한 문제
데드 볼륨이 문제가 되는 상황은, 탱크 내부를 완전히 세정하지 않은 상태로 운전을 재개할 때입니다.
같은 액체를 계속 사용하는 경우에는 큰 문제가 되지 않습니다.
하지만 동일한 용매라 하더라도 조성이 다른 액체를 취급하는 경우는 흔히 발생합니다.
예를 들어,
A사와 B사의 액체는 혼합 사용이 가능하다고 가정해 봅시다.
그러나 새로운 C사의 액체를 도입하려는 경우 상황은 달라집니다.
사전 평가에서 문제가 없다고 판단되면, 실제 설비에서 실기 평가를 진행하게 됩니다.
이 단계에서 데드 볼륨 문제가 표면화됩니다.
“완전히 교체할 수 있다”는 착각
이론적으로는 탱크 내부 액체를 완전히 배출·세정한 후, 새로운 액체를 투입할 수 있을 것이라 생각하기 쉽습니다.
하지만 데드 볼륨이 존재하기 때문에, 완전한 교체는 현실적으로 불가능합니다.
실제로는 새로운 액체가 바닥에 남아 있는 잔류 액체와 점진적으로 혼합됩니다.
이 혼합이 문제가 되는지는 평가 목적에 따라 달라집니다.
C사의 액체 조건이 A·B사보다 완화되어 있다면, 일부 혼합은 문제가 되지 않을 수 있습니다.
반대로 C사의 조성에 주의해야 할 성분이 포함되어 있다면, 실기 평가는 사전 평가보다 희석된 조건에서 이루어질 위험이 있습니다.
이 점은 사전 평가 단계에서 종종 간과됩니다.
전량 배출은 정말 불가능한가?
“배출이 불가능하다”는 표현에는 전제 조건이 있습니다.
이는 정상 운전 조건을 기준으로 한 이야기입니다.
데드 볼륨 배출에는 시간이 필요하다
내부 배관을 탱크 바닥 가까이까지 굽히면, 이론적으로 데드 볼륨을 배출하는 것이 완전히 불가능한 것은 아닙니다.
그러나 이 경우 공기나 질소가 펌프로 유입될 가능성이 매우 높아지므로, 정상 운전 중에는 거의 사용되지 않습니다.
운전을 종료하고 세정을 진행할 때는,
공기 혼입이 허용되는 다이어프램 펌프 등을 사용해 데드 볼륨을 가능한 한 배출합니다.
그 후, 대부분의 유기용매보다 무거운 물을 투입해 바닥에 남은 액체를 밀어내는 작업을 반복하면, 바닥부는 상당히 깨끗해집니다.
또한 탱크 내부에 스팀을 주입해 온도를 상승시키면, 측면이나 상부에 부착된 용매가 바닥으로 흘러 내려 배출됩니다.
바닥에 물을 채운 상태에서 유기용매가 더 이상 떠오르지 않는 것을 확인한 후, 작업자가 탱크 내부로 들어가 수동 세정을 진행합니다.
이 단계까지 수행해야 “세정이 완료되었다”고 말할 수 있습니다.
용매의 성질이나 작업 인원에 따라, 이 작업은 한 달 이상 소요되기도 합니다.
왜 운전 중 데드 볼륨 배출은 잘 사용되지 않는가
신규 액체 투입 전에 데드 볼륨을 펌프로 제거하면 혼합은 줄일 수 있습니다.
하지만 폐액 발생량이 증가하고, 임시 배관 및 지속적인 감시가 필요합니다.
유량도 작고 상시 설치도 어렵기 때문에, 실무에서는 현실적인 방법이라 보기 어렵습니다.
정리
탱크의 데드 볼륨은 구조적으로 피할 수 없는 현상입니다.
특히 측면 노즐을 가진 옥외 탱크에서는 전량 배출이 어렵습니다.
실무에서는 데드 볼륨을 완전히 제거하려 하기보다,
평가 및 운전 계획 단계에서 혼합 리스크를 고려하는 것이 중요합니다.
적절한 세정 절차와 신규 액체 도입 프로세스를 정비함으로써,
안전하고 효율적인 플랜트 운전이 가능합니다.
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