압력용기

 

압력용기란?

압력용기란 내압 또는 외압을 받는 모든 용기류를 말한다. 압력용기가 완성되기까지 용기의 크기 설정, 재료 선택, 설계, 제작, 검사 및 시험, 도장, 포장, 설치에 이르는 모든 공정들이 산업의 표준이 되고 있다. 사용 유체의 종류, 온도 및 압력에 의해 수많은 결정 요인들이 있으며, 온도계, 압력계, 안전 밸브 등 용도에 따라 많은 계기류도 부착된다. 최근에는 환경 기준에 맞는 설계개념이 도입되어 설계기준이 한층 더 강화되고

있으며 기기의 설치목적에 따라 검사요건도 한층 더 까다로워지고 있다. 한편으로는 여러종류의 표준 및 제작기준, 많은 검사기관 등에 대한 통합과정이 진행되고 있기도 하다. 여기서는 미흡 하나마 압력용기에 대한 기초설계에서 설치에 이르는 과정을 공정별로 기술하면서 각 공정에서 적용 받게 되는 관련코드 및 법규에 대해 살펴보고 설계자 및 제작자가 주의해야 할 사항에 대해 언급하고자 한다.

 

 2.일반 요건

압력용기 설계, 제작하기 위해서는 반드시 적용코드 및 법규가 있고 요구된 사항은 최소한 만족시켜야 되며 불충분한 부분은 사용자와 합의해야 한다. 만일 적용할 코드가 없는 부분에 대해서는 해석적 방법으로 보증해야 한다.

적용코드는 통상 사용자측에서 지정하는 것이 보통이며 지정되지 않는 경우는 제작자가 추천하여 적용할 수도 있다. 여기서는 국내에서 많이 사용되고 있는 ASME를 중심으로 본 내용을 기술하였다.
(각 코드는 기본개념에 차이가 있으므로 ASME 이외의 경우는 반드시 지정된 코드나 법규의 지침에 따라서 설계/제작을 진행 해야 함)

압력용기의 적용한계는 각 코드에 규정되어 있으며, ASME Section Ⅷ, Para. 1.2에 상세하게 기술되어 있으므로 각 코드의 내용을 참조해야 한다.

코드가 지정된 경우 코드의 요구사항만 만족된다고 해서 모든 것이 해결되는 것이 아니다. 코드는 내압성에 대해 규정된 안전계수로 안전성을 보장하기 위한 기본의 요구이며 그 위에 사용자의 요구 사항과 제작자가 보증하는 품질수준에 요구되는 것을 만족시킬 수 있는 설계 및 제작이 되어야 한다. (ASME SEC. Ⅷ DIV. 1 Para U-2 (g)참조)

설계자는 새로운 기술을 적용하여 재료비 및 제작비의 최적화에 주력하여 제작공정 및 조건을 파악하고 용접량 등을 최소화하여 제작에 소요되는 불필요한 부분을 최소화할 수 있는 설계를 하여야 한다. 또한 특수한 부분에 대해서는 해석적 방법이나 시험 및 실험에 의한 보증 방법을 적용하여 제작비 및 제작기간 단축에 기여하도록 노력해야 한다.
따라서 설계자는 항상 새로운 학설이나 이론에 접할 수 있는 길을 모색해야 하며 자료 수집에 부단한 노력을 기울여야 한다. 그러나 이 모든 노력들이 제품의 품질 저하를 가져와서는 안된다.

※ 상기 표에서 알 수 있듯이 코드 적용범위가 있으므로 범위에 유의하여 보증한계를 판단해야 한다.

	ASME SEC. VIII DIV. 1	ASME SEC. VIII DIV. 2
Max. Pressure	3000 PSI(210.97 kg/cm2)	10,000 PSI
Min. Pressure	15 PSI(1.054 kg/cm2)	15 PSI(1.054 kg/cm2)
Max. Temperature	사용재료에 따른다	사용재료에 따른다
Min. Temperature	Impact Test로 보증한다	Impact Test로 보증한다
Capacity (min.)	454 ℓ	454 ℓ
Min. Size (Dia.)	6~(152㎜)	6~(152㎜)
압력용기 범위	Vessel 본체로부터 Piping 쪽 첫 용접 Line 첫 Flange 면 첫 Fitting 연결부 본체의 내∙외부에 직접 용접되는 곳의 용접 압력 Cover (Manhole Cover등) Bolt/Nut, Gasket	DIV.1과 동일

3 적용 코드

ASME CODE (미국기계학회 규격)

ASME는 “The American Society of Mechanical Engineers”의 약자로 미국의 뉴욕에 본부를 두고 있다. 오늘날에는 석유, 화학 플랜트 건설에 있어서 적용규격으로 많이 이용 되고 있으며, ASME는 1880년에 각종 기술과 개발, 기술자의 육성, 안전성과 경제성을 기본으로 하는 통일규격의 재정 등을 목적으로 설립되었다.
1900년대 초 미국에서는 수 많은 보일러 사고가 발생

하여 이 때문에 1911년 ASME내에 위원회를 설립해서 보일러 및 압력용기 안전에 대비해서 검토를 시작했다.
최초 제정한 ASME 규격은 1915년에 발행되었으며 이는 Section 1 (Power-Boilers)의 전신 이었다. 그 후, 순차적으로 새로운 규격의 발행, 개정 또는 분리에 따라 현재 전 12 Section인 보일러 및 압력용기 규격이 되었다.

 

 

ASME CODE (미국기계학회 규격)

ASME는 “The American Society of Mechanical Engineers”의 약자로 미국의 뉴욕에 본부를 두고 있다. 오늘날에는 석유, 화학 플랜트 건설에 있어서 적용규격으로 많이 이용 되고 있으며, ASME는 1880년에 각종 기술과 개발, 기술자의 육성, 안전성과 경제성을 기본으로 하는 통일규격의 재정 등을 목적으로 설립되었다.
1900년대 초 미국에서는 수 많은 보일러 사고가 발생

하여 이 때문에 1911년 ASME내에 위원회를 설립해서 보일러 및 압력용기 안전에 대비해서 검토를 시작했다.
최초 제정한 ASME 규격은 1915년에 발행되었으며 이는 Section 1 (Power-Boilers)의 전신 이었다. 그 후, 순차적으로 새로운 규격의 발행, 개정 또는 분리에 따라 현재 전 12 Section인 보일러 및 압력용기 규격이 되었다.

ASME CODE 구성

ASME Boiler and Pressure Vessel code는 표1.과 같이 “Section Ⅰ”에서 “Section ⅩⅠ”까지
11 Section으로 분리되어 있다.
이 Section을 크게 나누어 표2. Vessel Section과 표3. Service Section으로 분류할 수 있다.

※ 표1. ASME Boiler and Pressure Vessel Code (전체)

SECTION	TITLE
Section Ⅰ	Power Boilers
Section Ⅱ	Material Specifications
Section Ⅲ	Nuclear Power Plant Components
Section Ⅳ	Heating Boilers
Section Ⅴ	Nondestructive Examination
Section Ⅵ	Recommended Rules for Care and Operation of Heating Boilers
Section Ⅶ	Recommended Rules for Care of Power Boilers
Section Ⅷ	Pressure Vessels
Section Ⅸ	Welding and Brazing Qualifications
Section Ⅹ	Fiberglass-Reinforced Plastic Pressure Vessels
Section ⅩⅠ	Rules for In-Service Inspection of Nuclear Power Plant Components
Section ⅩⅡ	Rules for Construction and Continued Service of Transport Tank

※ 표2. Vessel Section

사용기기 종류	설계∙제작∙시험	운전∙정기검사∙보수(User’s)
Power Boiler	Section Ⅰ	Section Ⅶ
Nuclear Plant	Section Ⅲ	Section ⅩⅠ
Pressure Vessel	Section Ⅷ	-
Plastic Pressure Vessel	Section Ⅹ	-
Transport Tanks	Section ⅩⅡ	Section ⅩⅡ

※ 표3. Service Section

전문기술분야	적용규격
재료 (용접봉 포함)	Section Ⅱ
비파괴 시험(NDE)	Section Ⅴ
용접	Section Ⅸ