설계 압력 정의 - seolgye ablyeog jeong-ui

design pressure: the pressure used in the design of a vessel component together with the coincident design metal temperature, for the purpose of determining the minimum permissible thickness or physical characteristics of the different zones of the vessel.

ASME Sec. VIII, Div.1, Mandatory Appendix 3-2

설계압력(Design pressure)은 용기 각 부의 최소요구두께 또는 물리적 특성을 결정하기 위해, 상응하는 설계금속온도와 함께 용기구성품의 설계에 사용하는 압력입니다. 쉽게 말씀드리면 각 부에 요구두께를 구하기 위한 압력. 즉, 설계를 위해 사용하는 압력이지요.

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보통 설계압력은 사용자(User)가 정상운전(normal operating) 시의 압력에 적당한 여유치(Margin)를 주어 정하는 것입니다. 당연히 정상운전 시에 예상되는 가장 엄한 조건에서의 상응(coincident) 압력-온도을 기준 삼아야겠지요. 사용자에게 design data(including design pressure)를 받아 설계 후 제작하시거나, 설계가 완료된 도면만 받아 설계책임없이 제작만 하실 수도 있습니다.

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일반적으로 압력용기 설계 시 위 정의와 같이 설계압력으로 자재에 요구되는 최소 두께를 정하고, 실제로는 그것보다 두꺼운 자재를 사용하여 압력용기를 제작합니다. 그렇게 제작에 사용된 자재의 두께를 이용하여 그 압력용기의 최대 사용가능한 압력 "Maximum Allowable Working Pressure"를 계산합니다. 이 MAWP는 자재의 공칭두께에서 부식여유를 제외하고, 즉 부식된 상태로 가정하여 계산하여야 합니다. 또 다른 압력의 종류로는 운전압력(Operating pressure)이 있습니다. 말 그대로 용기의 정상운전 시 최상부의 압력을 의미하며, MAWP를 초과해서는 안 됩니다.

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왜 시험압력(Test pressure)이 설계압력보다 높을까요? 압력시험(Pressure test) 시 실제 운전될 때보다 높은 기준을 통과해야 안전성이 보장되지 않을까요? 압력시험의 목적 자체가 일반적으로 MAWP 또는 설계압력을 초과하는 압력에서 견디는가를 시험하여, 추후 돌발적인 운전압력에서도 기기의 안전을 보증하기 위한 것입니다.

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압력시험의 대표적인 수압시험(Hydrostatic test)에 대해서는 UG-99에 잘 나와있습니다.

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UG-99(b)에는 ASME Sec. VIII, Div. 1에서 요구하는 최소수압압력이 규정되어 있으며, 그 압력은 "MAWP x 1.3 x LSR"로 계산됩니다.

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또한, UG-99(c)에서와 같이 사용자와 제조자(Manufacturer) 사이의 합의에 의해 "basis for calculated test pressure x 1.3"을 수압 압력으로 사용하기도 합니다. 계산된 시험압력의 기준값(basis for calculated test pressure)은 자재의 공칭두께에 부식여유를 포함하여, 즉 부식되지 않은 상태로 가정하여 계산되기 때문에 이 경우 수압압력이 UG-99(b)보다 많이 커지기 때문에 검사자는 제조자 또는 설계자에게 수압압력이 도출하는데 사용한 계산서의 제시를 요할 수 있는 권한을 가집니다.

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마지막으로 UG-99(d)에서는 UG-99(b)와 UG-99(c) 사이의 임의의 중간값을 수압 압력으로 사용할 수 있다고 되어있으며, VIII-1 Code에서는 수압압력에 대한 상한선(Upper limit)은 제시하지 않는다고 말하고 있습니다. 그러므로 사용자가 경우에 따라 MAWP의 1.5배로 수압시험을 실시할 것을 요청하는 때가 있는데, UG-99(d)에 의해 Code 적으로 문제없음을 알 수 있습니다.

The maximum allowable working pressure may be assumed to be the same as the design pressure

when calculations are not made to determine the maximum allowable working pressure.

MAWP 결정하기 위한 계산을 하지 않았을 경우, 설계압력을 MAWP로 사용할 수 있습니다.

ASME Sec. VIII, Div.1, Endnote 35

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이상으로 첫 포스팅을 마칩니다. Code 질문은 언제든 메모게시판에 남겨주세요 ^^

배관의 설계압력 결정

설계압력(Design Pressure)

Project의 Specification에 의해 결정되어지는 값.
Project의 Specification이 없는 경우 [최고운전압력(O.P) x 1.1] 또는 [최고운전압력(O.P) + 1.8kg/㎠]중 큰값을 적용한다.설계압력 설정 기준 
 

운전압력(Operation Pressure)

Test 압력(Test Pressure)

Hydrostatic Test : 설계온도에서 설계압력의 1.5배
Pneumatic Test   : 설계압력의 1.1배 (열교환기의 경우 1.25배 적용)

Test 방법
 

Test 방법은 유체의 종류에 따라 결정된다. 대개의 경우 Hydro Test로 하며, Air, Nitrogen등의 Gas Phase Utility Line은 Pneumatic Test도 가능하다. 유체의 특성상 Hydro, Pneumatic 두가지 방법을 다 사용할 수 없는 경우 Oil등 유체의 특성에 영향을 주지 않는 유체를 이용하기도 한다. 

Material Class

배관의 Material Class는 재질과 Rating에 따른 등급을 의미하며, Fluid별로 Pipe재질과 Rating에 따라 Project Spec.의 Piping Material Specification에 의하여 결정되어 진다. 

유체의 상태

Piping Classification상에서 유체(Service를 의미)의 상태
Gas : G
Liquid : L
Slurry : S
Gas + Liquid : GL
Gas + Solid : GS 로 표기한다.