압력 용기의 7가지 유형과 올바른 용기 선택 방법

짧은 대답은 다음과 같습니다. 7가지 주요 유형의 압력 용기 — 저장 탱크, 분리기, 열 교환기, 반응기, 오토클레이브, 보일러 및 어큐뮬레이터 — 귀하의 응용 분야에 적합한 제품은 작동 압력 및 온도, 공정 기능(저장, 분리, 반응 또는 열 전달) 및 적용 가능한 설계 코드(일반적으로 미국의 ASME 섹션 VIII)의 세 가지 요소에 따라 달라집니다. 아래에서는 압력 용기가 무엇인지 정의하고, 실제 사용 사례를 통해 7가지 유형을 각각 분류하고, 압력 용기 테스트 및 검사 요구 사항이 선택에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.

압력 용기란 무엇입니까?

가장 직접적인 압력 용기 정의 : 압력 용기는 주변 대기압과 실질적으로 다른 압력에서 가스 또는 액체를 담도록 설계된 밀봉 용기입니다. 응답 압력 용기는 무엇입니까? 실용적인 측면에서 이는 내부 압력(단지 내용물의 무게뿐만 아니라)이 컨테이너가 견뎌야 하는 주요 구조적 하중인 모든 용기입니다. 온라인에서 다음과 같이 철자가 일치하지 않는 용어를 볼 수도 있습니다. 압력 용기 , 압력 용기 , 또는 압력 용기 — 모두 동일한 장비를 나타냅니다.

받는 사람 압력 용기 정의 보다 정확하게 규제 관점에서 볼 때 ASME 섹션 VIII은 일반적으로 15psig(평방 인치당 파운드 게이지) 이상으로 작동하는 용기에 적용됩니다. 해당 임계값 미만인 경우 컨테이너는 일반적으로 실제 압력 용기가 아닌 저장 탱크로 분류됩니다. 이 15psig 라인은 응답에 있어 가장 중요한 단일 숫자입니다. 압력 용기를 구성하는 것 엄격한 설계, 제작, 검사 규정이 적용되는지 여부를 결정하기 때문입니다.

누군가가 묻는다면 압력 용기 란 무엇입니까? 일상적이고 비기술적인 용어로 가장 간단한 설명은 다음과 같습니다. 압축 가스 또는 가압 액체에 저장된 에너지를 안전하게 담도록 제작 및 인증된 컨테이너입니다. 여기서 고장이 발생하면 저장된 에너지가 점차적으로 방출되지 않고 갑자기 방출됩니다. 더 넓어질수록 압력 용기 의미 단일 산업을 넘어 확장됩니다. 용기가 집 차고의 소형 압축 공기 탱크이든 석유화학 공장의 다층 반응기이든 동일한 기본 엔지니어링 원칙이 적용됩니다.

압력 용기 설명: 핵심 구성 요소

전형적인 압력 용기 설명 유형이나 산업에 관계없이 동일한 핵심 구조 요소를 포함합니다.

• 쉘(Shell): 가압된 유체를 포함하는 원통형 또는 구형 본체
• 머리(끝 캡): 일반적으로 반구형, 타원형 또는 환상구형으로 껍질의 각 끝을 닫습니다.
• 노즐: 입구/출구 배관, 계측 및 접근을 위한 개구부
• 지지대: 선박의 무게와 압력 하중을 기초에 전달하는 다리, 스커트 또는 안장
• 안전 릴리프 장치: 과압 실패를 방지하는 압력 릴리프 밸브 또는 파열판

용기 선택은 단지 "유형"을 선택하는 것이 아니라 쉘 형상, 헤드 디자인 및 노즐 구성을 특정 공정 조건에 일치시키는 것이기 때문에 이러한 구성 요소를 이해하는 것이 중요합니다.

모양이 중요한 이유: 원통형 용기와 구형 용기

대부분의 압력 용기는 헤드가 형성된 수평 또는 수직 실린더로 제작되는데, 이는 이 기하학적 구조가 주어진 부피에 대해 제작하는 데 가장 경제적이기 때문입니다. 이와 대조적으로 구형 용기는 응력을 전체 표면에 더 균등하게 분산하며 이론적으로 대략적으로 사용할 수 있습니다. 벽 두께의 절반 동일한 압력과 직경에서 동등한 원통형 용기를 만들 수 있습니다. 이것이 바로 제조 복잡성과 비용이 높음에도 불구하고 대용량, 고압 저장(예: LPG 구)이 구형 구조를 선호하는 이유입니다.

압력 용기의 7가지 유형

일단 이해하고 나면 압력 용기 란 무엇입니까? 구조적으로 다음 단계는 애플리케이션에 적합한 기능 범주를 식별하는 것입니다. 프로세스, 에너지, 제조 산업 전반에 걸쳐 사용되는 7가지 주요 유형은 다음과 같습니다.

1. 저장용기(압력용기탱크)

A 압력 용기 탱크 상당한 화학적 또는 열적 처리 없이 압력을 가하여 액체나 가스를 저장합니다. 일반적인 예로는 프로판 탱크, 압축 공기 저장소 및 LPG 저장 구체가 있습니다. 이는 일반적으로 구조적으로 가장 간단한 용기 유형이지만 가연성 또는 독성 물질을 보관하려면 여전히 전체 규정 준수가 필요합니다.

2. 분리기

분리기는 중력, 원심력 또는 내부 결합을 사용하여 다상 유체 흐름(일반적으로 오일, 가스 및 물)을 개별 구성 요소로 분할합니다. 이는 상류 석유 및 가스 처리의 필수 요소이며, 2상 또는 3상 분리기는 유정이 유정을 떠난 후 통과하는 첫 번째 용기인 경우가 많습니다.

3. 열교환기

쉘 앤 튜브 열교환기는 쉘 측, 튜브 측 또는 둘 다 15 psig 이상에서 작동하기 때문에 코드 분류에 따른 압력 용기입니다. 두 유체를 혼합하지 않고 열에너지를 전달하며 정유소, 발전소 및 HVAC 시스템에서 일반적으로 사용됩니다.

4. 원자로

반응기 용기에는 제어된 압력과 온도 하에서 화학 반응이 포함됩니다. 반응은 발열적이고 예측 불가능할 수 있기 때문에 원자로는 일반적으로 모든 용기 카테고리 중에서 가장 보수적인 설계 여유와 가장 엄격한 릴리프 장치 크기를 갖습니다.

5. 오토클레이브

오토클레이브는 멸균, 경화 또는 복합 재료 가공을 위해 가압 증기 또는 가열 가스를 사용합니다. 이는 의료 기기 제조, 항공우주 복합재 및 식품 가공에서 흔히 사용되며 지속적인 정상 상태 작동보다는 빈번하고 빠른 압력 순환으로 구별됩니다.

6. 보일러

보일러는 함유된 유체에 열을 가하여 압력을 가해 증기나 온수를 생성합니다. 고온 증기 생성과 관련된 고유한 위험 때문에 섹션 VIII이 아닌 ASME 섹션 I과 관련되어 있지만 별개의 코드에 속합니다.

7. 어큐뮬레이터

유압 어큐뮬레이터는 압력 변동을 완화하거나 유압 시스템에 비상 백업 전원을 제공하기 위해 가압된 가스 또는 스프링 장착 챔버에 에너지를 저장합니다. 다른 6가지 유형보다 규모는 작지만 압력 임계값을 초과하면 동일한 기본 코드 요구 사항을 따릅니다.

비교표: 용기 유형, 기능 및 일반적인 작동 압력

올바른 압력 용기를 선택하는 방법

7가지 범주를 알고 나면 프로세스 요구 사항을 용기 설계와 일치시키는 것으로 선택이 내려집니다. 다음 단계를 순서대로 따르세요.

1. 정의 프로세스 기능 첫 번째 — 저장, 분리, 반응, 열 전달, 멸균, 증기 생성 또는 에너지 저장 — 이것이 다른 것보다 먼저 용기 카테고리를 결정하기 때문입니다.
2. 설립하다 설계 압력 및 온도 , 항상 예상되는 최대 작동 조건보다 높은 안전 여유를 추가합니다(엔지니어링 판단 및 코드 지침에 따라 일반적으로 10% 또는 고정 psi/°F 버퍼).
3. 선택 건축 자재 유체의 부식성, 온도 범위 및 규제 순도 요구 사항(예: 제약 또는 식품 등급 응용 분야용 스테인레스 스틸)을 기준으로 합니다.
4. 확인 해당 코드 — 대부분의 일반적인 압력 용기의 경우 ASME 섹션 VIII Division 1, 더 자세한 분석이 필요한 고압 또는 보다 경제적인 설계의 경우 Division 2, 보일러의 경우 섹션 I
5. 계획 접근 및 유지 관리 — 빈번한 내부 검사가 필요한 선박에는 적절한 크기의 맨웨이가 필요합니다(대개 인원 출입을 위해 직경 18~24인치).

프로세스 기능 단계를 건너뛰고 재료 또는 압력 등급으로 바로 이동하는 것은 가장 일반적인 선택 실수입니다. 기능은 이후의 모든 결정을 제한하기 때문에 항상 먼저 와야 합니다.

새로 건조된 선박과 중고 또는 개조된 선박

중요하지 않고 압력이 낮은 응용 분야의 경우 중고 압력 용기는 완전한 문서(U-1 데이터 보고서, 재료 테스트 인증서 및 검사 이력)가 함께 제공되는 경우 상당한 비용 절감(때로는 새 제조 비용보다 40~60% 낮음)을 제공할 수 있습니다. 고압, 고온 또는 안전이 중요한 원자로 및 보일러 응용 분야의 경우 사용된 용기의 서비스 이력에 차이가 있어 남은 피로 수명을 확인하기 어렵기 때문에 완전한 추적성을 갖춘 새로운 제작이 거의 항상 더 안전한 선택입니다.

압력 용기 테스트: 관련 내용

압력 용기 테스트 새로 제작되거나 수리된 선박이 서비스에 들어가기 전에 설계 압력을 안전하게 견딜 수 있는지 확인합니다. 두 가지 주요 테스트 방법은 다음과 같습니다.

• 수압 테스트: 용기에 물을 채우고 가압합니다. 설계압력 1.3배 ASME 섹션 VIII Division 1에 따라 지정된 기간 동안 유지되고 누출 또는 변형이 있는지 확인됩니다.
• 공압 테스트: 물 대신 가스(일반적으로 공기 또는 질소)가 일반적으로 설계 압력의 1.1배로 사용됩니다. 물 도입이 비실용적이거나 용기 내부 라이닝에 유해한 경우를 위해 예약되어 있습니다.

물은 비압축성이므로 가능한 경우 공압식 테스트보다 수압식 테스트가 훨씬 더 선호됩니다. 오류가 발생하는 경우 저장된 에너지 방출은 동일한 압력에서 압축 가스를 사용할 때보다 극적으로 작아서 테스트가 본질적으로 근처에 있는 사람에게 더 안전합니다.

보류 시간 및 테스트 기간

규정에서는 일반적으로 모든 용접 이음새와 조인트를 주의 깊게 육안으로 검사할 수 있을 만큼 충분한 최소 기간 동안 테스트 압력을 유지하도록 요구합니다. 10~30분 용기 크기와 벽 두께에 따라 다르며, 용기가 크거나 두꺼운 경우 더 긴 유지 시간이 필요합니다. 이 보류 중에 검사관은 눈에 보이는 누출, 용접 부위의 흠집, 쉘이나 헤드의 영구 변형을 확인합니다. 압력을 유지하지 못하거나 눈에 띄게 뒤틀린 용기는 코드 스탬프를 받고 서비스를 시작하기 전에 수리하고 다시 테스트해야 합니다.

비파괴 검사(NDE) 방법

압력 테스트 외에도 제작자는 비파괴 검사를 사용하여 용기를 손상시키지 않고 용접 및 재료 무결성을 확인합니다.

압력 용기 검사: 지속적인 규정 준수 요구 사항

압력 용기 검사 선박이 초기 테스트를 통과했다고 해서 끝나지 않습니다. 이는 선박의 서비스 수명 전반에 걸쳐 지속적인 규제 요구 사항입니다. 는 압력 용기 검사 일반적으로 미국의 NBIC(National Board Inspection Code)와 주 및 지역 관할권 요구 사항이 적용됩니다. 레귤러 압력 용기 검사 대부분의 관할권에서는 선택 사항이 아닙니다. 등록되지 않았거나 기한이 지난 선박을 운영하면 규정에 따라 폐쇄 명령이 내려지고 실패 시 보험 보장이 무효화될 수 있습니다.

일반적인 검사 간격

정확한 간격은 관할권 및 서비스 심각도에 따라 다르지만, 외부 검사는 일반적으로 매년 요구되는 반면, 내부 검사는 일반적으로 5~10년마다 필요합니다. 비부식성, 저위험 운항 선박용. 부식성 유체를 취급하거나 고온에서 작동하거나 사전 성능 저하 징후를 보이는 선박은 1~2년에 한 번씩 내부 검사가 필요할 수 있습니다.

압력 용기 검사에서 일반적으로 다루는 내용

• 부식, 누출, 절연 손상 및 지지 상태에 대한 외부 육안 검사
• 구멍, 균열, 침식 및 라이닝 열화에 대한 내부 육안 검사
• 원래 설계 두께에 대한 부식 속도를 추적하기 위해 초음파 테스트를 통한 벽 두께 측정
• 설정점이 정확한지 확인하기 위한 압력 방출 장치 테스트 및 재보정
• 운영 기록 및 이전 수리 또는 변경 내역 검토

문서화된 검사 이력은 선박이 가질 수 있는 가장 귀중한 자산 중 하나입니다. 이는 재판매 가치, 보험료, 프로세스 변경 후 선박이 얼마나 빨리 재인증될 수 있는지에 직접적인 영향을 미칩니다. 예정된 검사를 건너뛰거나 지연하는 것도 압력 용기 고장 조사에서 확인된 주요 요인 중 하나입니다. 점진적인 벽 얇아짐이나 응력 부식 균열은 종종 고장이 임박할 때까지 외부 증상을 나타내지 않기 때문입니다.

재료 선택: 선박 유형의 핵심 요소

재료 선택은 선박 유형 및 서비스 조건과 직접적으로 상호 작용합니다. 가장 일반적인 재료는 다음과 같습니다.

• 탄소강: 비부식성, 중간 온도 서비스를 제공하는 범용 선박을 위한 가장 경제적인 옵션
• 스테인레스 스틸(304/316): 약품 반응기 또는 식품 등급 저장과 같이 내식성, 제품 순도 또는 위생 요구 사항이 중요한 곳에 사용됩니다.
• 저합금강: 크롬 또는 몰리브덴을 첨가하여 강도와 크리프 저항성을 향상시키는 고온 또는 고압 서비스용으로 선택됨
• 클래드 또는 라이닝 용기: 내식성 합금 또는 고무 라이닝이 있는 탄소강 쉘로, 견고한 이국적인 합금을 사용하지 않고 부식성이 높은 서비스를 위한 가장 비용 효율적인 솔루션입니다.

공격적인 화학 물질을 취급하는 원자로 및 오토클레이브의 경우 탄소강과 Hastelloy와 같은 니켈 합금 간의 비용 차이가 초과될 수 있습니다. 모재비의 5~10배 — 이것이 바로 고체 특수 합금이 경제적으로 타당하지 않을 때 클래드 구조가 중간 솔루션으로 자주 선택되는 이유입니다.

산업별 선택 고려 사항

7가지 선박 유형은 광범위하게 적용되지만 주요 선택 기준은 산업에 따라 달라집니다. 해당 분야에서 어떤 요소가 가장 큰 비중을 차지하는지 이해하면 결정 범위를 더 빠르게 좁힐 수 있습니다.

석유 및 가스

분리기 및 저장 용기는 업스트림 및 미드스트림 작업을 지배합니다. 사워 서비스(황화수소에 노출된 용기)는 황화물 응력 균열을 방지하기 위해 NACE MR0175/ISO 15156에 따라 추가 재료 요구 사항을 도입합니다. 이는 압력 등급에 관계없이 허용되는 재료 목록을 상당히 좁힐 수 있습니다.

제약 및 생명공학

반응기와 오토클레이브는 일반적으로 위생 설계 표준(예: ASME BPE)을 충족하기 위해 내부 표면이 전해연마된 316L 스테인리스강으로 지정됩니다. 여기서 표면 마감 요구 사항은 압력 등급만큼 용기 선택에 중요한데, 오염 위험이 구조적 부하만큼 사양을 결정하기 때문입니다.

발전

보일러와 열교환기는 주요 용기 유형이며 보일러 설계는 섹션 VIII이 아닌 ASME 섹션 I에 의해 특별히 관리됩니다. 유틸리티 규모 보일러의 작동 압력은 일반적으로 초과됩니다. 2,000psig , 장기간 고온 서비스를 위해 문서화된 크리프 파단 특성을 갖춘 저합금 또는 특수강이 필요합니다.

음식과 음료

오토클레이브 및 저장 용기는 일반적으로 산업 공정 장비보다 낮은 압력 등급으로 제작되지만 세척성, 틈새 없는 용접 및 모든 제품 접촉 표면에 대한 FDA 준수 재료에 대한 요구 사항이 더 엄격합니다.

피해야 할 일반적인 압력 용기 선택 실수

숙련된 구매자라도 선박을 지정할 때 피할 수 없는 문제에 직면합니다. 가장 자주 발생하는 문제는 다음과 같습니다.

1. 설계 마진을 축소하여 향후 프로세스 변경이나 혼란스러운 조건에 대한 완충 장치를 남기지 않음
2. 선박의 의도된 사용 수명 동안 필요한 전체 부식 허용량을 고려하지 않고 비용만을 기준으로 재료 선택
3. 초기 설계 중에 노즐 방향과 수량을 간과하여 나중에 현장 수정 비용이 많이 발생함
4. 제작이 시작되기 전에 올바른 코드 버전과 관할권 요구 사항을 확인하지 못함
5. "압력 용기"와 "저장 탱크"를 같은 용어로 취급하여 실제 작동 압력에 대한 코드를 충족하지 않는 장비를 선택하게 될 수 있음

가장 비용이 많이 드는 실수는 공정 기능보다는 가용성이나 가격을 기준으로 용기 유형을 선택하는 것입니다. 예를 들어 원자로로 사용되는 분리기는 거의 항상 응용 분야에서 실제로 요구하는 릴리프 용량과 재료 등급이 부족합니다.

압력용기 구입 전 최종 체크리스트

구매 주문을 완료하기 전에 다음 사항을 확인하세요.

• 프로세스 기능과 용기 유형이 올바르게 일치했습니다(저장소, 분리기, 열 교환기, 반응기, 오토클레이브, 보일러 또는 어큐뮬레이터)
• 설계 압력 및 온도에는 최대 작동 조건 이상의 적절한 안전 여유가 포함됩니다.
• 구성 재료가 유체의 부식성과 순도 또는 위생 요구 사항과 일치합니다.
• 선박은 배송 시 올바른 ASME 코드 스탬프와 U-1 데이터 보고서를 가지고 있습니다.
• 시운전 전에 압력 용기 테스트 계획(유압 또는 공압)을 문서화하고 일정을 계획합니다.
• 관할권 및 NBIC 요구 사항에 따라 지속적인 검사 일정이 수립됩니다.

올바른 압력 용기를 선택하는 것은 궁극적으로 최저 견적 가격이나 쉽게 사용할 수 있는 용기가 아니라 프로세스 기능, 설계 마진, 재료 및 특정 작동 조건에 대한 코드 준수를 일치시키는 것으로 귀결됩니다. 기능부터 시작하여 코드를 확인하고, 테스트 및 검사 문서를 확인하고, 나머지 선택 프로세스는 논리적으로 따릅니다.