필리핀 RMP-2 프로젝트 Re-gen. &
Reactor지지 구조물의 설계
Engineering and Design of Re-gen. & Reactor Support Structure in Philippines RMP-2 Project
장 상 수*
Chang, Sang-Soo
서 준 호**
Seo, Jun-Ho
1)
1. 구조물 개요
RMP2 프로젝트는 2011년 필리핀 페트론(Petron Corporation)사에서 발주한 사업으로 바탄주(州) 리 마이 지역에 위치한 기존의 정유공장을 현대식 설비 로 신․증설하는 대규모 공사다. RMP2가 완공되면, 일산 180,000배럴 규모의 정유설비를 갖추고, 도입 된 원유를 정제하여 프로필렌, 가솔린, 디젤, 등유, LPG등을 제품을 생산한다.
여기서 소개하려는 Re-gen. & Reactor 지지 구조 물은 주요 공정 중 하나인 FCC(Fluidized Catalytic Cracker) unit의 핵심 설비로, 원유를 정제할 때 비 중이 작은 고가의 가솔린을 더 많이 생산 할 수 있도 록 하는 고도화 설비 구조물이다.
설치 높이가 높고 자중이 매우 큰 설비를 지지하
** 대림산업 건축(P)설계팀 부장, 건축구조기술사
** 대림산업 건축(P)설계팀 과장
기 위해 지상 74m, 철골 자중 2,800톤이 소요되는 대규모 구조물로 설계되었다.
<그림 1> Re-gen. & Reactor Structure
26
_제 14권 제4호 통권 58호, 2014. 12<그림 2> Re-gen. & Reactor Equipment 개념도
2. 구조일반사항
2.1 설계기준
설계에 적용된 기준은 아래와 표와 같다.
구분 설계방법 및 적용기준
설계 방법
철근콘크리트 : 극한강도설계법 철골조 : 허용응력설계법
설계 기준
ACI 318-05M ANSI/AISC 360-05
ASCE 7-05 (loads except Seismic) UBC-97 (only for Seismic load)
<표 1> 설계기준
사업주(Petron)의 요구 조건에 따라 지진하중을 제외한 풍하중 및 기타 하중은 ASCE 7-05에 따라 산정 ․ 적용하였으며, 지진하중은 UBC-97에 따라 산 정 ․ 적용하였다.
2.2 설계하중
2.2.1 풍하중
풍하중은 ASCE 7-05를 토대로 산정되었으며, 적 용된 계수는 <표 2>와 같다.
구 분 적용계수
노풍도 C
풍향계수, Kd 0.85
기본풍속, V 64.4m/s
중요도계수, I 1.15
가스트영향계수, G 0.85
풍력계수, Cf 1.8
<표 2> 풍하중 적용 계수
기본 풍속의 경우 바탄주(州) 리마이시(市)는 필리 핀 기준에 따르면 55.5m/s에 해당되지만, 이 보다 약 16% 상향된 64.4m/s로 적용하였다. 이는 태풍이 필리핀 근해에서 주로 생성된다는 점과 근래 태풍이 점점 더 강력해지는 경향을 반영한 결과로, 사업주 의 기본 요구조건과도 부합한다.
<표 5> 하중조합 – 허용응력 설계 용 당 구조물은 일반 건물과는 달리 마감재에 의해
밀폐되는 형상이 아닌 기기설비 및 배관을 지지하는 개방된 구조물의 특성을 고려하여 ASCE 7-05의 식 (6.28)에 따라 설계풍압을 산정하였다.
2.2.2 지진하중
지진하중은 UBC-97을 토대로 산정되었으며, 적 용된 계수는 <표 3>과 같다.
구 분 적용계수
지역계수, Z 0.4 (zone 4)
지반종류 Sd
중요도계수, I 1.25
반응수정계수, R 5.6
Near Source Factor Na 1.0
Nv 1.0
<표 3> 지진하중 적용 계수
필리핀의 경우 국토의 일부분을 제외하고 모두 강 진지역인 Zone 4에 해당하며, 지질 및 지반조사 결 과에 따라 이와 같이 적용하였다.
2.2.3 기기하중
구조물에 설치되는 주요 기기 및 하중은 <표 4>와 같다.
구 분 Re-generator (R-6102)
Reactor (R-6104) 중력
하중
공하중 7,480kN 10,930kN 운전하중 8,322kN 13,250kN 풍
하중
X-dir. 891kN 777kN
Y-dir. 891kN 777kN
지진 하중
X-dir. 2,825kN 4,851kN Y-dir. 2,825kN 4,851kN
<표 4> 기기하중
2.2.4 기타하중 및 하중조합
이외에 적재하중, 배관하중, 시공하중, 온도하중, 마찰하중, 시험하중 등의 하중 조건도 함께 고려하 였으며, 이에 대한 하중 조합은 <표 5> 및 <표 6>과 같이 적용하였다.
28
_제 14권 제4호 통권 58호, 2014. 12<표 6> 하중조합 – 극한강도 설계 용
2.3 구조재료
구조재료로 사용된 콘크리트와 철골에 대한 재료 종류 및 강도는 다음 <표 7>과 같이 정리하였다.
구 분 재질 및 강도
콘크리트 24.1MPa
철 골 SM490A (Fy=235MPa)
<표 7> 재료강도
3. 구조시스템과 설계
3.1 중력저항시스템
기기 및 배관은 철골 골조가 지지하고, 운전 및 유지 관리를 위해 사람의 Access가 필요한 곳은 Checkered Plate(두께, 6mm)와 Joist(C-150×75) 를 이용하여 Platform을 형성하였다. 철골기둥은 H-458×417과 H-414×405로 구성되었으며, 철골 보는 하중조건에 따라 크기를 결정하였으나, H-488
×300, H-390×300 또는 H-400×200 부재를 주 로 사용하였다.
지상 49m 상공에 설치되는 Reactor(R-6102)를 지지하기 위해 Depth 4m의 Truss(Top & Bot.
Chord : BH-1040×305)로 구성된 Mega structure 를 계획하였다. 또한, 기기의 중량이 크고 상대적으 로 설치 높이가 낮은 Re-generator(R-6104)는 철 근콘크리트 골조를 형성하여 기기를 설치하는 것으 로 계획하였다.
<그림 3> Analysis Model
3.2 횡력저항시스템
횡력저항시스템는 철골 보통 중심 가새 골조이며, 주로 H-300×300 또는 H-250×250 부재로 가새 를 구성하였다. 구조물의 각 층별로 수평 가새(Hori- zontal Brace)를 설치하여 Rigid-diaphragm을 구 성하였다.
3.3 구조해석
구조해석 및 구조부재 설계는 사업주(Petron)에게 도 친숙한 STAAD Pro를 사용하였다. UBC97의 Seismic Zone 4지역 구조물 설계의 요구조건 중에 하나인 P-Delta해석을 포함하여 구조 해석을 수행 하였다. 구조해석 모델은 <그림 3>과 같다. 구조물 부재 설계는 지진이 포함된 하중조합 Case가 지배적 이었다. 전체 구조물의 전도 모멘트(Overturning Moment)에 대한 저항을 위하여 기초에는 Pile을 적 용하였으며, Pile의 인장력과 전단력이 Pile 설계에 주요 요인이 되었다.
<그림 4> Displacement check (Wind and Seismic)
30
_제 14권 제4호 통권 58호, 2014. 123D Model
Construction Drawing 생성
철골 제작용 Shop Drawing 생성
<그림 5> 3D 설계와 이를 활용한 Drawing 작성 3.4 3D Design
플랜트 구조물은 특성상 설치되는 기기와 이를 연 결하는 배관 및 전기 ․ 계장 라인이 복잡하게 얽히기 때문에 설계 초기부터 3D Tool을 이용하여 구조물 을 계획하고, 통합된 3D Model을 이용하여 각종 배 관 및 계장 라인을 형성시키고 간섭을 체크하고 수 정하여야 한다.
당 프로젝트에 적용된 3D Modeling Tool은 PDS 및 Frameworks plus이다. 3D Model을 통하여 구 조물을 형성하고, 기기 및 배관과의 간섭을 검토하 였고 타 분야 엔지니어들과의 협의 및 조정과정을 거쳐 구조물 설계를 완성한다. 이렇게 만들어진 3D Model에서 시공을 위한 철골 2D Drawing을 추출하 여 작성된다.
또한, 이 3D Model을 변환하여 철골 제작용 Shop Drawing 제작 3D Model(TEKLA)에 직접 적용할 수
있도록 하였다.
즉, 작성된 하나의 3D Model로 기기 및 설치물과 간섭 검토가 된 구조물 설계를 완료하고, 이를 시공 을 위한 2D 도면과 철골 제작을 위한 Shop Drawing 제작까지 동일하게 적용시키는 일관된 Engineering Process를 거쳤다. 이를 통하여 각 설계․제작․시공 단계 에서 발생할 수 있는 오류를 최소화 하였다.
4. 결 언
이상으로 RMP2 프로젝트의 주요구조물중 하나인 Re-gen. & Reactor 구조물에 구조설계 과정을 소 개하였다. 이 프로젝트가 기술적 발판 역할이 되어 향후 플랜트 설계의 창조적 발전에 기여하길 바라며 글을 마친다.
