압력 용기란 무엇입니까? 유형, 용도 및 주요 구성 요소 설명

빠른 답변: 압력 용기란 무엇입니까?

A 압력 용기 주변 대기압과 크게 다른 압력(진공 용기처럼 종종 훨씬 높지만 때로는 훨씬 낮은 압력)에서 가스나 액체를 담도록 설계된 밀봉 용기입니다. 압력 용기를 정의하는 특징은 모양이나 크기가 아니라 내부와 외부 사이의 압력 차이로 인해 벽에 응력이 발생하므로 구조가 안전하게 견딜 수 있도록 설계되어야 한다는 사실입니다. . 일반적인 예로는 공기 압축기 탱크, 프로판 실린더, 보일러, 오토클레이브, 정유소 및 화학 공장에서 볼 수 있는 대형 구형 또는 원통형 탱크가 있습니다.

압력용기는 현대 산업은 물론 일상생활 곳곳에 존재합니다. 가정용 온수기는 소화기, 스쿠버 탱크 또는 탄산음료통과 마찬가지로 기술적으로 작은 압력 용기입니다. 훨씬 더 큰 규모로 볼 때, 압력 용기는 정유소, 원자로, 발전소 보일러 및 천연가스 저장 시설의 핵심을 형성합니다. 5갤런 프로판 탱크에서 500,000갤런 구형 저장 탱크까지 이 모든 것을 통합하는 것은 압력 하에서 고장이 나면 저장된 에너지를 격렬하고 위험하게 방출할 수 있기 때문에 엄격한 엔지니어링 규정에 따라 설계, 계산, 테스트 및 인증되었다는 것입니다.

이 가이드에서는 압력 용기의 작동 방식, 모양과 기능별로 접하게 되는 주요 유형, 일반적인 용기를 구성하는 주요 구성 요소, 이를 만드는 데 사용되는 재료, 산업 전반에 적용되는 위치, 사용을 관리하는 설계 코드 및 안전 관행을 자세히 설명합니다.

"압력 용기"라는 용어가 일상적인 설명 용어가 아니라 주로 규제 및 엔지니어링 분류라는 점도 주목할 가치가 있습니다. 외부에서 거의 동일해 보이는 두 개의 용기(예: 프로판 탱크와 비슷한 크기의 물 저장용 대기 탱크)는 유지하도록 설계된 압력에 따라 완전히 다른 규제 범주에 속할 수 있습니다. 이러한 차이에 따라 어떤 설계 코드가 적용되는지, 용기를 어떻게 제작하고 테스트해야 하는지, 누가 검사할 자격이 있는지, 작동 수명 전반에 걸쳐 얼마나 자주 재인증을 받아야 하는지 등이 결정됩니다.

압력 용기는 어떻게 작동합니까? 기본 원칙

압력 용기의 핵심은 주변 환경과 다른 압력의 유체(액체, 가스 또는 증기)를 담는 방식으로 작동하며, 용기의 벽은 파열, 영구적 변형 또는 누출 없이 발생하는 응력에 저항해야 합니다. 내부 압력은 바깥쪽으로 밀고(진공 용기에서는 대기가 안쪽으로 밀립니다), 용기의 껍질은 충분히 두꺼워야 하며 전체 표면에 걸쳐 그 힘을 감당할 수 있을 만큼 충분히 강한 재료로 만들어져야 합니다.

모양이 중요한 이유

압력 용기는 거의 항상 원통형 또는 구형이며 이는 미적인 선택이 아니라 물리학의 직접적인 결과입니다. 구형은 전체 표면에 걸쳐 모든 방향으로 응력을 균등하게 분산시키므로 구형 탱크는 벽 두께와 재료 중량에 비해 가장 높은 압력을 유지할 수 있습니다. 실린더는 구체보다 약간 덜 효율적이지만 제조, 운송 및 노즐과 지지대 장착이 훨씬 쉽고 저렴합니다. 이것이 바로 둥근(접시형) 헤드가 있는 원통형 용기가 업계에서 가장 일반적인 디자인인 이유입니다.

응력, 두께 및 압력 등급

원통형 용기의 경우 원주를 따라 움직이는 벽의 응력(후프 응력이라고 함)은 일반적으로 동일한 내부 압력에 대해 길이를 따라 흐르는 응력(세로 방향 응력)의 두 배입니다. 이것이 원통형 탱크가 고장날 경우 너비가 아닌 길이를 따라 분할되는 경향이 있는 이유입니다. 엔지니어는 벽 두께와 재료 강도가 더 높은 후프 응력을 설명하도록 하여 이를 고려하여 설계합니다. 모든 압력 용기에는 최대 허용 작동 압력(MAWP)이 있습니다. 는 정상적인 조건에서 작동하도록 인증된 최고 압력이며, 이 숫자는 기타 주요 설계 데이터와 함께 선박의 명판에 찍혀 있습니다.

온도는 용기 설계의 또 다른 주요 변수이며 중요한 방식으로 압력과 상호 작용합니다. 대부분의 재료는 온도가 상승함에 따라 강도를 잃습니다. 이는 일반적으로 용기의 허용 작동 압력이 더 높은 작동 온도에서 감소하는 이유입니다. 실온에서 300psi 정격의 용기는 동일한 벽 두께를 사용하여 500°F에서 200psi 정격일 수 있습니다. 다른 극단에서는 일부 재료가 매우 낮은 온도에서 부서지기 쉽기 때문에 질소나 LNG와 같은 액화 가스를 저장하는 극저온 용기에는 추위에도 인성을 유지하는 특수 저온 강철 또는 합금이 필요합니다. 따라서 모든 압력 용기 명판에는 단일 압력 수치가 아닌 설계 압력과 설계 온도 범위가 모두 나열되어 있습니다.

모양과 방향에 따른 압력 용기의 종류

사람들이 압력 용기의 "유형"에 대해 이야기할 때 일반적으로 용기의 기하학적 구조(모양 및 방향) 또는 프로세스 내 기능(저장, 반응, 분리 등)을 언급합니다. 모양은 압력 용량과 설치 공간에 영향을 미치는 반면 기능은 용기에 필요한 내부 기능을 결정하므로 두 분류 모두 중요합니다.

일반적인 모양과 방향

수평 용기는 일반적으로 바닥 공간이 충분하고 가스가 분리되기 위해 길고 얕은 액체 표면이 필요한 분리기와 같이 상대적으로 낮은 액체 수준으로 대량의 액체를 처리해야 하는 경우 선호됩니다. 수직 용기는 바닥 공간이 제한적일 때, 증류와 같은 중력 구동 공정에 높이가 필요할 때, 또는 높은 촉매 기둥, 패킹 또는 트레이가 필요할 때 선호됩니다. 구형 용기는 주로 더 높은 압력에서 경제적으로 매력적입니다. — 일반적으로 대략 15-20 bar 이상 — 우수한 응력 분포가 실린더에 비해 높은 제조 복잡성보다 중요해지기 시작합니다.

구형 탱크는 지지 방식 때문에 독특합니다. 원통형 선박처럼 안장이나 스커트에 앉아 있는 것이 아니라 구형은 일반적으로 원주 주위에 균일한 간격으로 배치된 수직 다리 링(종종 "스파이더" 지지 구조라고 함)에 놓여 있으며 각 다리는 선박 무게의 일부를 별도의 기초 패드로 전달합니다. 부피에 비해 구형의 큰 직경과 결합된 이러한 지지 배열은 구형 탱크가 종종 탱크 팜에서 시각적으로 가장 잘 인식되는 구조물인 이유입니다. 비록 부피 대비 부피가 일반적으로 근처의 대형 수평 또는 수직 원통형 탱크보다 더 작은 전체 재고에 사용되지만.

기능별 압력용기의 종류

모양 외에도 압력 용기는 산업 공정에서 수행하는 역할에 따라 분류되는 경우가 많습니다. 기본 압력 억제 원칙은 동일하지만 각 기능 유형에는 해당 작업에 맞는 내부 기능이 있습니다.

저장 용기

저장 용기는 내부에서 화학 반응이 일어나지 않고 필요할 때까지 간단히 유체를 보관합니다. 예로는 프로판 탱크, 압축 공기 저장소 및 암모니아 저장 구체가 있습니다. 이러한 용기는 일반적으로 내부적으로 가장 단순하며 입구/출구 노즐, 레벨 게이지 및 압력 완화 장치만 포함하는 경우가 많습니다.

원자로

반응기 용기는 제어된 압력과 온도 하에서 화학적 또는 물리적 변형이 일어나는 곳입니다. 예를 들어 플라스틱 제조의 중합 반응기나 정유의 수소화분해 반응기입니다. 여기에는 종종 교반기, 가열 및 냉각을 위한 내부 코일 또는 재킷, 촉매층이 포함되며, 이들 모두는 쉘과 동일한 내부 압력을 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다.

열교환기

쉘 앤 튜브 열 교환기는 기술적으로 쉘 측과 튜브 측 모두에 있는 압력 용기입니다. 각 측면이 서로 다른 압력과 온도에서 작동하여 두 유체를 혼합하지 않고 열을 전달할 수 있기 때문입니다. 양쪽이 독립적으로 가압되기 때문에 이러한 장치는 두 개의 유체 경로를 분리하는 구성 요소인 튜브시트에서 신중한 설계가 필요합니다.

구분 기호 및 열

분리 용기는 혼합 흐름을 구성 요소 단계로 나눕니다. 예를 들어 유정에서 나오는 기름, 물, 가스를 분리합니다. 증류탑은 트레이나 패킹을 사용하여 끓는점에 따라 액체를 분리하는 동시에 전체 높이에 따라 탑의 작동 압력을 유지하는 높은 특수 형태의 분리기입니다.

보일러 및 스팀 드럼

보일러는 물을 가압하여 가열하여 증기를 생성하는데, 보일러 상단에 있는 증기드럼은 증기를 물과 분리하여 터빈 등 하류 장비에 증기를 공급하기 위한 완충 역할을 하는 압력용기입니다.

압력 용기의 주요 구성 요소

압력 용기는 크기와 목적이 매우 다양하지만 대부분은 공통된 구조 및 기능 구성 요소 세트를 공유합니다. 이러한 부품을 이해하면 선박 도면을 읽고, 유지 관리 절차를 따르거나, 선박이 왜 그런 모양으로 형성되었는지 간단히 이해하는 것이 훨씬 쉬워집니다.

쉘

쉘은 압연 및 용접된 강판으로 형성된 선박의 주요 원통형(또는 구형) 본체입니다. 두께는 설계 압력, 직경, 재료 강도를 기준으로 계산되며 압력으로 인한 응력의 대부분을 전달하는 부품입니다.

헤드(엔드 캡)

머리는 원통형 껍질의 끝 부분을 닫습니다. 반구형(반구형, 가장 강력하지만 가장 비싸다), 타원형(2:1 타원형 돔, 중압에서 고압에 가장 일반적임), 원형(더 평평한 접시 머리, 저압에 일반적임), 평면형(저압 또는 작은 직경의 용기에만 사용됨) 등 여러 가지 표준 모양으로 제공됩니다. 헤드 모양은 용기가 주어진 두께에 대해 처리할 수 있는 압력의 양에 직접적인 영향을 미칩니다. , 최고의 무게 대비 강도 비율을 제공하는 반구형 헤드를 갖추고 있습니다.

노즐

노즐 are the openings welded into the shell or heads that allow piping connections for inlets, outlets, instrumentation, and manways (access openings for inspection and maintenance). Each nozzle is a potential weak point because cutting a hole in the shell removes material that was carrying load, so nozzles are typically reinforced with extra material around the opening, called a reinforcing pad or a thicker "nozzle neck." Larger vessels may have a dozen or more nozzles of different sizes, each sized and rated for a specific connection — from small instrument taps just a fraction of an inch in diameter to large manways over 20 inches across that allow a person to physically enter the vessel for inspection or maintenance.

지원

지원 hold the vessel in place and transfer its weight (and the weight of its contents) to the foundation. Horizontal vessels typically sit on two saddle supports; vertical vessels may use a skirt (a cylindrical extension welded to the bottom head), support legs, or lugs bolted to a structure.

압력 완화 장치

압력 릴리프 밸브 또는 파열 디스크는 내부 압력이 안전 한계를 초과하는 경우 자동으로 열리고 유체를 방출하도록 설계된 안전 장치로, 용기가 설계 한계를 초과하여 과압되는 것을 방지합니다. 이러한 장치는 모든 압력 용기에서 가장 중요한 안전 구성 요소일 것입니다. 스프링 장착 릴리프 밸브는 사전 설정된 압력에서 열리고 일반적으로 압력이 안전한 수준으로 떨어지면 다시 닫혀 선박이 개입 없이 정상 작동으로 돌아갈 수 있도록 합니다. 이와 대조적으로 파열 디스크는 설정된 압력에서 터져 다시 닫히지 않는 얇은 금속 막입니다. 일단 활성화되면 용기를 사용 중지하고 디스크를 교체해야 다시 작동할 수 있습니다. 일부 선박에서는 릴리프 밸브가 제때 열리지 않을 경우 백업을 제공하는 파열판과 함께 두 가지를 함께 사용합니다.

내부

기능에 따라 용기에는 배플(흐름 유도용), 서리 제거 패드(가스에서 액체 방울 제거용), 트레이 또는 패킹(분리 컬럼용), 교반기(반응기용), 코일 및 재킷(가열 또는 냉각용)과 같은 내부 구성 요소가 포함될 수 있습니다.

명판

코드 인증을 받은 모든 압력 용기에는 제조업체, 제조 날짜, 설계 압력 및 온도, MAWP, 제작 코드(예: ASME), 서비스 수명 동안 용기를 추적하는 데 사용되는 고유 일련 번호 또는 등록 번호 등 중요한 정보가 찍힌 금속 명판이 부착되어 있습니다.

압력 용기 제작에 사용되는 재료

압력 용기의 재료 선택은 압력, 온도 및 포함된 유체의 화학적 특성에 따라 달라집니다. 재료를 잘못 선택하면 부식, 취성 또는 균열이 발생할 수 있으며, 이로 인해 계산된 압력 한계에 도달하기 훨씬 전에 용기가 파손될 수 있습니다.

일반적인 압력 용기 재료

탄소강은 여전히 가장 널리 사용되는 압력 용기 재료입니다. 포함된 유체가 부식성이 크지 않은 한 광범위한 압력과 온도에 대해 비용, 가용성 및 기계적 특성의 강력한 조합을 제공하기 때문입니다. 내식성이 필요한 경우 설계자는 스테인리스강 또는 니켈 합금으로 완전히 전환하거나 탄소강 쉘 위에 내식성 라이닝(예: 고무, 유리 또는 스테인리스 클래딩)을 추가하여 견고한 합금 용기보다 저렴한 비용으로 강도와 내화학성을 결합합니다.

또한 재료 선택에서는 제조 순간뿐만 아니라 용기의 전체 사용 수명 동안 재료가 어떻게 작용하는지 고려해야 합니다. 정유소 수소 처리 장치의 수소 공격이나 특정 가성 또는 염화물 함유 서비스의 응력 부식 균열과 같은 일부 부식 메커니즘은 수년간의 작동 후에만 명백해지며 설계 단계에서 사전에 식별된 특정 합금 선택 또는 보호 라이닝이 필요합니다. 이는 재료 선택을 강철 등급 간의 단순한 비용 비교로 처리하기보다는 숙련된 공정 엔지니어와 재료 전문가가 새로운 압력 용기 프로젝트 초기에 참여하는 이유 중 하나입니다.

산업 전반에 걸친 압력 용기의 일반적인 응용 분야

압력 용기는 거의 모든 주요 산업 부문에 나타나며, 맥락에 따라 이를 인식하면 해당 범주가 실제로 얼마나 광범위한지 설명하는 데 도움이 됩니다.

석유, 가스, 석유화학

정유소와 석유화학 공장에는 유정의 분리기, 원유를 연료 분획으로 분리하는 증류탑, 중유를 더 가벼운 제품으로 변환하는 반응기, 압력을 가해 LPG, 프로판, 부탄을 저장하는 구형 또는 총알 탱크 등 압력 용기가 밀집되어 있습니다.

발전

화석 연료 및 바이오매스 발전소의 보일러는 물을 고압 증기로 변환하여 터빈을 구동하는 대형 압력 용기입니다. 원자력 발전소는 극한의 압력과 방사선 조건에서 핵연료와 1차 냉각수를 담기 위해 현존하는 가장 정밀하게 설계된 압력 용기 중 하나인 원자로 압력 용기에 의존합니다.

화학 및 제약 제조

반응기 용기는 제어된 압력과 온도에서 화학 합성을 수행하는 반면, 압력 용기의 일종인 오토클레이브는 멸균, 복합 재료 경화 및 높은 압력과 열이 필요한 특정 의약품 생산 공정에 사용됩니다.

음식과 음료

탄산화 탱크, 약간의 압력 하에서 작동하는 양조장 발효기, 통조림 식품용 레토르트 살균기는 모두 압력 용기로 적합하며 일반적으로 위생 및 부식 방지를 위해 스테인레스 스틸로 제작됩니다.

일상 및 소비자 사용

• 공기 압축기 탱크: 도구 및 장비용 압축 공기 저장
• 프로판 및 LPG 실린더: 그릴, 히터, 차량용 연료 저장
• 소화기: 신속한 방출을 위해 가압 소화제를 보관하십시오.
• 스쿠버 및 의료용 산소 탱크: 호흡 용도로 압축 가스 저장
• 주거용 온수기 및 팽창 탱크: 배관 시스템의 온수 또는 완충 압력 유지

압력 용기 제조 방법

기본 제조 공정을 이해하면 압력 용기 구성 요소가 왜 그렇게 보이는지, 그리고 왜 건설 전반에 걸쳐 품질 관리가 그토록 강조되는지 설명하는 데 도움이 됩니다.

롤링 및 성형

원통형 용기의 쉘은 일반적으로 평평한 강판으로 시작하며, 대형 판 압연 기계를 사용하여 원통형 모양으로 압연됩니다. 헤드는 다이를 사용하여 평평한 원형 플레이트를 원하는 접시형 또는 반구형 모양으로 열간 또는 냉간 압착하여 별도로 형성됩니다. 매우 큰 선박의 경우, 쉘은 코스라고 불리는 여러 개의 롤링 섹션으로 만들어지며 끝에서 끝까지 함께 용접됩니다.

용접

용접 is the most critical step in vessel fabrication, since the welded seams — particularly the longitudinal seam running along the shell and the circumferential seams joining the heads to the shell — are the joints most likely to contain defects if not done correctly. 용접공 및 용접 절차는 정식 자격을 갖추어야 합니다. 압력 용기 구성 요소에 대한 작업이 허가되기 전에 관리 규정에 따라야 하며, 많은 이음매는 나중에 표면에서 보이지 않는 다공성, 융합 부족 또는 균열과 같은 내부 결함을 확인하기 위해 방사선 또는 초음파 검사를 받습니다.

열처리

용접 후 많은 용기, 특히 두꺼운 판이나 특정 합금강으로 제작된 용기는 용접후열처리(PWHT)를 거치는데, 여기서 전체 용기는 특정 온도로 가열되고 설정된 시간 동안 유지된 후 서서히 냉각됩니다. 이 공정은 용접으로 인해 남겨진 잔류 응력을 완화하고 용접 및 주변 재료의 인성을 향상시켜 사용 중 균열 위험을 줄입니다.

수압 테스트

제작이 완료되면 완성된 용기에 물을 채우고 설계 압력보다 높은 수준(일반적으로 MAWP의 1.3~1.5배)으로 가압한 다음 검사관이 누출이나 눈에 보이는 변형을 확인하는 동안 지정된 시간 동안 유지합니다. 물은 본질적으로 비압축성이기 때문에 공기나 가스 대신 사용됩니다. 따라서 테스트 중에 오류가 발생하는 경우 동일한 압력에서 압축성 가스를 사용할 때보다 방출되는 에너지가 훨씬 작아서 테스트 자체를 훨씬 더 안전하게 수행할 수 있습니다.

압력 용기 설계 코드 및 표준

압력 용기의 고장은 저장된 에너지를 폭발력과 함께 방출할 수 있기 때문에 압력 용기는 세계에서 가장 엄격하게 규제되는 산업 장비 중 하나입니다. 설계, 제작, 검사 및 테스트는 최소 벽 두께 계산부터 용접 절차 및 테스트 방법까지 모든 것을 지정하는 공식 코드에 의해 관리됩니다.

ASME 보일러 및 압력 용기 코드(BPVC)

미국과 기타 여러 국가에서는 ASME 보일러 및 압력 용기 코드가 가장 널리 참조되는 표준입니다. ASME BPVC의 섹션 VIII에서는 압력 용기의 설계, 제작 및 검사를 구체적으로 다룹니다. , 그리고 압력 범위와 설계 접근 방식을 기준으로 Division 1, 2, 3으로 나뉩니다. Division 1은 대부분의 용기에 적합한 간단한 규칙별 설계 공식을 사용하는 반면, Division 2와 3은 보다 엄격한 설계별 분석 방법을 사용하여 더 높은 압력을 허용합니다.

기타 주요표준

• PED(압력 장비 지침): 압력 장비에 대한 유럽 연합의 규제 프레임워크는 종종 EN 13445 설계 표준과 결합됩니다.
• PD 5500: 영국에서 ASME의 대안으로 일반적으로 사용되는 비소성 용융 용접 압력 용기에 대한 영국 표준
• CSA B51: 보일러, 압력 용기 및 압력 배관 코드를 관리하는 캐나다 표준
• API 표준: American Petroleum Institute는 석유 및 가스 산업에서 사용 중인 압력 용기에 대해 특별히 검사 및 유지 관리 표준(예: API 510)을 발행합니다.

어떤 코드가 적용되는지에 관계없이 일반적인 프로세스는 비슷합니다. 엔지니어는 설계 압력, 온도, 재료 특성 및 안전 여유를 기반으로 필요한 벽 두께를 계산합니다. 인증된 제작자가 자격을 갖춘 용접 절차를 사용하여 용기를 제작합니다. 공인 검사관이 구조를 확인하고 종종 용기에 물을 채우고 설계 압력(일반적으로 MAWP의 1.3~1.5배)보다 훨씬 높은 압력을 가하여 정격 작동 조건을 안전하게 처리할 수 있는지 확인하는 수압 테스트를 목격합니다.

압력 용기 안전 및 검사

압력 용기를 올바르게 설계하고 제작하는 것은 이야기의 절반에 불과합니다. 재료가 외부에서 보이지 않는 방식으로 저하될 수 있기 때문에 지속적인 검사와 유지 관리는 수십 년 동안 압력 용기를 안전하게 유지하는 것입니다.

일반적인 실패 메커니즘

• 부식: 장기적인 용기 성능 저하의 가장 흔한 원인인 화학적 공격으로 인해 껍질이나 내부 구성 요소가 점차 얇아지는 현상
• 피로 균열: 반복적인 압력 또는 온도 순환으로 인해 시간이 지남에 따라 커지는 작은 균열로, 종종 용접 또는 노즐 접합부에서 시작됩니다.
• 과압: 설계 압력을 초과하는 작동은 일반적으로 적절한 크기 및 유지 관리된 릴리프 장치로 방지됩니다.
• 취성파괴: 저온에서 연성을 잃는 재료의 저온에서 갑작스러운 균열이 발생하므로 설계 온도 범위에는 최소값과 최대값이 포함됩니다.

검사 방법

사용 중인 압력 용기는 일반적으로 용기를 손상시키지 않는 비파괴 검사(NDT) 방법을 사용하여 일정에 따라 검사됩니다. 초음파 두께 테스트는 수년간 부식된 후 남은 재료의 양을 측정합니다. 외부 및 내부의 육안 검사(종종 맨웨이를 통해)를 통해 균열, 돌출 또는 코팅 파손을 확인합니다. 방사선 촬영 및 자분 입자 테스트를 통해 용접 부위의 표면 결함을 감지할 수 있습니다. 이러한 검사를 바탕으로 엔지니어는 선박의 남은 안전한 작동 수명을 계산하고 수리, 더 낮은 압력으로 재평가 또는 서비스 중단을 권장할 수 있습니다.

압력 완화 장치의 역할

설정된 압력에서 열리지 않는 릴리프 밸브는 과압에 대한 선박의 마지막 방어선을 제거하기 때문에 압력 릴리프 밸브는 정기적으로 테스트되고 재보정됩니다. 대부분의 관할권에서는 정기적인 릴리프 밸브 테스트 및 선박 검사를 법적으로 요구합니다. 특정 크기나 압력을 초과하는 선박의 경우, 선박의 서비스 이력 및 위험 분류에 따라 검사 간격이 1~10년인 경우가 많습니다.

압력 용기와 저장 탱크: 차이점은 무엇입니까?

자주 제기되는 질문은 압력 용기가 일반 저장 탱크와 어떻게 다른지에 대한 것입니다. 둘 다 외부에서 유사해 보일 수 있기 때문입니다(액체 또는 가스를 담는 대형 금속 실린더 또는 구체).

즉, "탱크"와 "압력 용기" 사이의 경계는 크기나 일반적인 외관이 아닌 작동 압력에 의해 그려집니다. . 본질적으로 대기압에서 원유를 담는 대형 평평한 바닥 탱크는 API 650과 같은 탱크 설계 코드가 적용되는 저장 탱크인 반면, 100psi의 프로판을 보유하는 훨씬 작은 원통형 용기는 ASME 섹션 VIII의 적용을 받는 압력 용기입니다. 비록 프로판 탱크가 오일 탱크보다 훨씬 작을 수 있지만 말입니다.

압력 용기에 관해 자주 묻는 질문

다음은 사람들이 압력 용기에 대해 처음 배울 때 갖는 가장 일반적인 질문에 대한 직접적인 답변입니다.

설계압력과 사용압력의 차이는 무엇인가요?

작동 압력은 정상적인 사용 중에 용기가 작동하는 압력인 반면, 설계 압력은 정상적인 변동, 제어 시스템 응답 시간 및 예상치 못한 문제를 설명하기 위해 작동 압력 이상의 여유를 포함하는 엔지니어링 계산에 사용되는 더 높은 값입니다. 일반적인 설계 마진은 최대 예상 작동 압력보다 10% 높을 수 있으므로 용기가 실제 구조적 한계에 도달하기 전에 여유 공간을 확보할 수 있습니다.

압력 용기가 낮은 압력에서 작동하면 위험할 수 있습니까?

예. 대기압 이하에서 작동하는 진공 용기는 외부 대기가 지속적으로 용기를 안쪽으로 밀어 넣으려고 하기 때문에 고압 용기만큼 위험할 수 있습니다. 이러한 실패 모드를 좌굴 또는 파열이라고 합니다. 진공 용기는 내부 압력과 다르며 때로는 더 복잡한 자체적인 특정 설계 계산이 필요합니다.

압력 용기 헤드가 편평하지 않고 둥근 이유는 무엇입니까?

플랫 헤드는 가장자리와 중앙에 응력을 집중시키므로 중간 정도의 압력도 처리하려면 매우 두꺼운 재료가 필요합니다. 둥근 헤드(반구형, 타원형 또는 환상형)는 아치가 하중을 분산시키는 방식과 유사하게 곡면 전체에 응력을 훨씬 더 균등하게 분산시켜 훨씬 적은 양의 재료로 동일한 압력을 억제할 수 있습니다. 이것이 바로 플랫 헤드가 일반적으로 직경이 작거나 압력이 낮은 용기로 제한되는 이유입니다.

압력 용기는 일반적으로 얼마나 오래 지속됩니까?

적절한 유지 관리를 통해 많은 압력 용기는 20~40년 이상 작동할 수 있으며, 비부식성 서비스에서 잘 관리된 일부 용기는 50년 이상 작동했습니다. 실제 수명은 포함된 유체의 부식성, 작동 온도, 용기의 압력 또는 온도 순환 빈도, 시간이 지남에 따라 얼마나 부지런히 검사 및 수리가 수행되는지에 따라 크게 달라집니다.

프로판 탱크와 같은 소형 소비재 품목이 실제로 압력 용기로 간주됩니까?

예. 크기는 분류와 관련이 없습니다. 뒷마당 그릴용 소형 프로판 실린더는 산업 터미널의 거대한 구형 LPG 저장 탱크와 정확히 동일한 공학적 의미의 압력 용기입니다. 둘 다 해당 압력 용기 코드에 따라 설계, 테스트 및 스탬프가 찍혀 있으며, 법적 서비스를 유지하려면 둘 다 정기적으로 검사하거나 재인증을 받아야 합니다(예: 프로판 실린더는 일반적으로 10~12년마다 재인증해야 함).

압력 용기가 고장나면 어떻게 되나요?

압력 용기 고장은 압축된 내용물에 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하며 결과는 내부 내용에 따라 달라집니다. 압축 공기나 불활성 가스를 담고 있는 용기는 큰 소리로 배기하여 파편을 바깥쪽으로 밀어낼 수 있습니다. 여전히 위험하지만 화재 위험은 없습니다. 가연성 또는 독성 물질을 담는 용기는 방출되는 기계적 에너지 외에도 화재, 폭발 또는 독성 방출의 위험을 추가합니다. 이것이 바로 위험 물질을 취급하는 압력 용기가 일반적으로 사용 중인 건물로부터 안전 거리를 두고 위치하며, 여러 보호 계층(구조 장치, 정지 시스템, 화재 방지)을 갖추고 있으며, 일반 서비스의 용기보다 더 자주 검사를 받는 이유입니다.

압력 용기를 수리할 수 있습니까? 아니면 손상되면 교체해야 합니까?

결함의 심각도와 위치에 따라 선박을 운항하는 동안 다양한 형태의 손상을 수리할 수 있습니다. 벽 두께가 계산된 최소값 이하로 줄어들지 않은 사소한 부식은 간단히 모니터링할 수 있습니다. 더 심각하게 얇아지는 경우 원래 구조에 사용된 것과 동일한 규정에 따라 인증된 절차에 따라 보강 패치 또는 슬리브를 용접하여 해결할 수 있습니다. 그런 다음 수리를 문서화하고 용기의 허용 압력을 재평가할 수 있습니다. 노즐-쉘 용접과 같은 중요한 영역에 손상이 너무 광범위하거나 용기가 계산된 잔여 수명이 다한 경우 일반적으로 교체가 더 안전하고 경제적인 옵션입니다.

압력 용기는 국가마다 다르게 규제됩니까?

예, 기본 엔지니어링 원칙은 보편적이지만 특정 규정과 법적 요구 사항은 지역마다 다릅니다. ASME 보일러 및 압력 용기 규정은 북미 지역을 지배하며 국제적으로 널리 인정됩니다. EU는 EN 13445와 같은 표준과 함께 압력 장비 지침을 따르며 영국, 캐나다, 일본 및 중국과 같은 국가는 각각 자체 국가 표준 또는 적응을 유지합니다. 한 시장을 위해 제작된 선박은 물리적 설계가 허용될지라도 다른 시장에서 합법적으로 설치 및 작동하려면 재인증을 받거나 추가 문서를 제공해야 하는 경우가 많습니다.

요약: 압력 용기에 대한 주요 내용

압력 용기는 소형 프로판 실린더부터 대규모 정유 반응기에 이르기까지 주변 대기와 다른 압력에서 유체를 안전하게 보관하도록 설계된 밀봉 용기입니다. 필수 사항을 간단히 요약하면 다음과 같습니다.

1. 압력 용기는 크기, 모양 또는 특정 용도가 아니라 포함해야 하는 압력 차이로 정의됩니다.
2. 원통형 및 구형 모양은 압력으로 인한 응력을 가장 효율적으로 분산시키기 때문에 용기 설계를 지배합니다.
3. 일반적인 기능 유형에는 저장 용기, 반응기, 열 교환기, 분리기/컬럼, 보일러/스팀 드럼이 포함됩니다.
4. 주요 구성 요소에는 쉘, 헤드, 노즐, 지지대, 압력 방출 장치, 내부 부품 및 코드 스탬프가 찍힌 명판이 포함됩니다.
5. 재료 선택(일반적으로 탄소강, 스테인리스강 또는 특수 합금)은 포함된 유체의 압력, 온도 및 부식성에 따라 달라집니다.
6. ASME 섹션 VIII과 같은 규정은 용기가 정격 압력을 안전하게 처리할 수 있도록 설계, 제작 및 테스트를 관리합니다.
7. 부식, 균열 및 적절한 릴리프 밸브 기능에 대한 지속적인 검사는 선박의 사용 수명 동안 선박을 안전하게 유지하는 데 필수적입니다.

엔지니어링 과정, 직무 설명에서 이 용어를 접하거나 단순히 화학 공장 주변의 장비나 뒷마당 그릴을 살펴볼 때 압력 용기를 만드는 요소와 설계 및 유지 관리가 왜 그렇게 중요한지 인식하면 광범위한 산업 및 일상 장비를 이해하기 위한 견고한 기반을 얻을 수 있습니다.