화학설비 압력시험 기준

화학설비 및 부속설비의 압력시험은 원칙적으로 수압시험을 실시하여야 하고, 금번에는 압력시험 기준에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

화학설비 압력시험 기준

“압력시험 (Pressure test)”이라 함은 압력용기, 가스실린더, 배관, 보일러 등이 사용 중의 압력에 충분히 견딜 수 있는지 여부를 알기 위한 목적으로 실시하는 시험을 말하며 시험유체에 따라 액체를 사용하는 수압시험 (Hydrostatic test)과 기체를 사용하는 기압시험 (Pneumatic test)로 구분한다.

“기밀시험 (Leak test)”이라 함은 누출의 존재라든가 누출부분 또는 누출량을 검출하기 위한 목적으로 실시하는 시험을 말한다.

 

 

기압시험 허용 Case

압력시험은 수압시험으로 실시하는 것을 원칙으로 한다. 다만, 아래의 경우는 기압시험을 할 수 있다.

● 물을 구하기가 현저하게 어려운 경우

● 수압시험 후 물을 완전히 제거할 수 없는 경우

● 용기 또는 배관에 가득 채운 물의 무게로 인해 용기, 배관 또는 그 지지구조에 과다한 응력이 발생할 경우

● 용기 또는 배관에 가득 채운 물로 인해 용기 및 배관 라이닝에 손상이 발생 할 경우

● 수압시험을 실시할 경우 재질상 문제가 발생하거나 완전히 제거되지 않은 물로 인해 공정운전에 지장을 초래하는 경우

 

 

압력시험 유체

● 수압시험에 사용되는 유체는 아래사항을 만족하여야 한다.

- 수돗물, 정제수, 소방용수, 보일러수 등 독성이 없는 액체를 사용하여야 한다.

- 오스테나이트계 스테인리스강 재질의 용기 및 배관인 경우 염소이온 농도가 50ppm 미만인 물을 사용하여야 한다.

- 수압시험 유체로 해수(Sea water)를 사용하여서는 아니 된다.

- 동파방지를 위해 글리콜수용액을 사용하는 경우 사용 후 처리방안을 마련하여야 한다.

● 기압시험에는 공기, 질소, 헬륨, 아르곤 등 독성 및 인화성이 없는 불활성 기체를 사용하여야 한다.

 

 

압력시험 압력

1. 수압시험

화학설비 및 부속설비는 다음의 구분에 따른 압력으로 수압시험을 실시하여야 한다.

● 압력용기

(1) 강제 또는 비철금속제 압력용기는 최고허용압력(또는 설계압력)에 1.3 을 곱한 후 온도 보정을 한 압력

여기에서

Pa : 온도보정 후 수압시험압력 (㎫)

Ρ : 최고허용압력(또는 설계압력) (㎫)

σn : 수압시험 온도에서 재료의 허용인장응력 (㎫)

σa : 설계온도에서 재료의 허용인장응력 (㎫)

(2) 최고허용압력(또는 설계압력)이 200 ㎪ 이상인 주철제 압력용기는 최고허용압력의 2배 압력

(3) 최고허용압력(또는 설계압력)이 200 ㎪ 미만인 주철제 압력용기는 최고허용압력의 2.5배 압력. 단, 시험압력이 400 ㎪을 초과하여서는 아니 된다.

(4) 유리 라이닝된 압력용기는 최고허용압력(또는 설계압력)

(5) 열교환기 등의 복합용기는 다음 중 하나의 방법으로 수압시험을 하여야 한다.

① 복합용기의 공통부재가 각 압력실의 최대허용압력 중 높은 값보다 더 큰 차압으로 설계되는 경우, 상기와 같이 설계차압에 온도 보정을 한 압력으로 수압시험을 실시하여야 한다.

예) 동체측 설계압력이 0.5 ㎫이고 튜브측 설계압력이 완전 진공(Full vacuum)인 열교환기의 시험압력은 0.6 ㎫에 온도 보정을 한 압력이어야 함.

② 복합용기의 각 압력실이 시운전, 운전 및 정지 중에 발생할 수 있는 최대차압으로 설계된 공통부재가 있고 압력실 간 차압이 각 압력실 중 높은 압력 미만일 경우, 상기와 같이 설계차압의 1.3배에 온도 보정을 한 압력으로 수압시험을 실시하여야 한다.

예) 동체측 설계압력이 0.5㎫이고 튜브측 설계압력이 1.0 ㎫인 열교환기의 시험압력은 0.65 ㎫{=1.3×(1.0-0.5)}에 온도 보정을 한 압력이어야 함.

(6) 완전진공(Full vacuum)또는 부분 진공의 용도만으로 설계된 압력용기는 최소 설계 내부 절대압력과 표준대기압과의 차에 1.3배 이상의 압력으로 수압시험을 실시하여야 하며, 수압시험이 곤란할 경우에는 기압시험을 실시한다.

 

 

● 배관

(1) 설계압력의 1.5배 이하

(2) 설계온도가 시험온도보다 높은 경우, 내부 설계압력(게이지압력)에 1.5를 곱한 후 온도 보정을 한 압력

여기에서

Pa : 온도보정 후 수압시험압력 (㎫)

Pd : 내부 설계압력 (㎫)

σn : 수압시험 온도에서 재료의 허용인장응력 (㎫)

σa : 설계온도에서 재료의 허용인장응력 (㎫)

단, 설계 및 시험온도에 따른 허용인장응력비는 6.5를 초과하여서는 아니 된다.

(2) 외압을 받는 배관은 내압과 외압의 차에 1.5배의 압력으로 수압시험을 실시하여야 한다. 단, 산정된 시험압력은 105 ㎪ 이상이어야 한다.

(3) 자켓이 부착된 배관은 내․외부 설계압력 중 큰 압력으로 수압시험을 실시하여야 한다.

 

 

2. 기압시험

화학설비 및 부속설비는 다음의 구분에 따른 압력으로 기압시험을 실시하여야 한다.

● 압력용기는 최고허용압력(또는 설계압력)에 1.1 을 곱한 후 온도보정을 한 압력을 적용한다.

여기에서

Pa : 온도보정 후 수압시험압력 (㎫)

Ρ : 최고허용압력(또는 설계압력) (㎫)

σn : 기압시험 온도에서 재료의 허용인장응력 (㎫)

σa : 설계온도에서 재료의 허용인장응력 (㎫)

● 배관은 설계압력의 1.1배 압력을 적용한다.

 

3. 임의의 중간 시험압력

다음의 경우 1항 및 2항에 따른 시험압력 이하의 중간 시험압력을 적용할 수 있다.

● 1항 및 2항에 따른 시험압력이 시험온도에서 재료의 항복강도를 초과하는 응력을 발생할 경우

● 용기 및 배관에 육안으로 구별할 수 있을 정도의 영구적인 변형이 발생할 경우

 

 

압력시험온도

● 시험온도는 취성파괴의 위험을 고려하여야 하며 최소 4 ℃이상 유지하여야 하고 최저설계금속온도보다 17 ℃이상 높게 유지하는 것이 바람직하다.

 

“최소설계금속온도 (Minimum design metal temperature, MDMT)”라 함은 압력용기 설계온도의 하나로써 취급유체와 용기 운전온도범위에 따라 사용자 또는 설계자에 의해 결정되며, 일반적으로 저온취성 및 샤르피 충격시험 요구조건에 따라 허용되는 금속 재질상의 최저온도 이상 최저운전온도 이하의 값을 가진다.

 

● 용기 또는 배관 내부의 시험유체 온도와 내압시험온도가 동일하게 된 후 내압시험 압력을 가하여야 한다.

● 시험온도는 15 ℃이상 48 ℃이하로 유지하여야 하며 시험온도가 48 ℃를 초과할 경우 내압시험을 한시적으로 지연하는 것이 바람직하다.

 

Reference : KOSHA GUIDE D - 54 - 2022 화학설비의 압력시험에 관한 기술지침