비파괴검사율 선정

용접에 의하여 연결된 배관 등의 비파괴검사에 대한 유체 종류 및 취급조건에 따른 비파괴검사율 선정 기준을 공유하고자 한다.

 

 

 

비파괴검사율 선정

"비파괴검사 (Non-destructive testing or examination, NDT or NDE)"라 함은 배관 등의 용접부 건전성을 확인하기 위하여 실시하는 방사선투과시험(RT), 초음파탐상시험(UT), 자분탐상시험(MT) 또는 침투탐상시험(PT) 등을 말한다.

 

 

유체 종류 또는 취급조건

● 배관에 대한 비파괴검사율을 선정하기 위해 배관에서 사용하는 유체의 종류 및 취급조건을 <표 1>과 같이 구분할 수 있다. 다만, 유체의 종류 및 취급조건을 사업장의 공정 특성에 따라 다르게 선정할 수 있다.

 

<표 1> 유체 종류 또는 취급조건

유체 종류 또는 조건	설명
저위험유체 (비인화성, 저독성, 저온 및 저압조건)	다음의 조건을 모두 만족하는 유체 ① 비인화성: 위험물안전관리법의 위험물 및 산업안전보건법의 인화성 가스(또는 인화성 액체)에 해당되지 않는 물질, 인화점 이상으로 취급되지 않는 물질 ② 저독성: 화학물질관리법의 유해화학물질, 산업안전보건기준에 관한 규칙 별표 1(위험물의 종류) 및 별표 12(관리대상 유해물질의 종류)에 해당되지 않는 물질 ③ 온도조건: 설계온도 범위 (-29∼176 ℃) ④ 압력조건: 설계압력이 1 MPa 미만
일반유체	저위험유체, 고위험유체, 고압유체, 고온유체 및 가혹 반복응력 조건의 유체를 제외한 유체
고위험유체 (독성물질)	다음의 어느 하나에 해당되는 유체 ① 산업안전보건기준에 관한 규칙 별표 1의 7호 (LD50, LC50)에 해당되는 물질 ② 고압가스안전관리법의 독성가스 ③ NFPA 704의 건강위험성 지수가 4인 경우     * 혼합물질은 혼합독성을 계산하여 적용 가능
고압유체	설계압력이 ASME B16.5 규격의 압력등급(Class)이 2500 lb를 초과하는 유체
가혹 반복하중 조건의 유체	ASME B31.3의 가혹 반복하중 조건(Severe cyclic condition)에 해당되는 유체
고온유체	설계온도가 400 ℃ 이상인 유체
용접 후 열처리(PWHT) 요구 배관	용접 후 열처리를 요구하는 배관

- 취급하는 유체의 급성독성농도에 대한 자세한 사항은 고용노동부고시인 “화학물질의 분류·표시 및 물질안전보건자료에 관한 기준”을 참조할 수 있다.

 

 

<가혹 반복하중 조건>

● 가혹 반복하중 조건(Severe cyclic condition)에 있는 배관은 다음과 같은 높은 응력 범위(High stress range)에서 빈번한 반복하중(Many cycles)을 받는 배관이므로 배관 용접부에 대한 높은 수준의 건전성이 요구된다.

 

(1)  빈번한 반복하중(Many cycles)은 응력범위계수(f)가 최대응력범위계수 (fm)보다 작은 경우로 고려될 수 있다. 응력범위계수 f는 다음 식에 의해 계산되며, <그림 1>은 응력범위계수(f)와 배관 시스템의 예상 서비스 수명 동안의 전체 변위 사이클의 등가 횟수(N)와의 관계를 보여준다.

 

f = 6.0 (N)^-0.2 ≤ fm

여기서, f : 응력범위계수(stress range factor)

fm : 최대응력범위계수

       - 최소인장강도가 517 MPa (75 ksi) 이하이고 금속온도가 371 ℃ (700 ℉) 이하인 철 재료인 경우: 1.2

       - 그 외의 경우: 1.0

N: 배관 시스템의 예상 서비스 수명 동안 전체 변위 사이클의 등가 횟수.

       - 설계자는 고온에서 작동하는 재료의 피로 수명이 줄어들 수 있음을 주의해야 한다.

<그림 1> 응력범위계수

 

(2) 높은 응력 범위(High stress range)는 일반적으로 계산된 응력 범위가 허용 응력 범위에 근접할 때로 간주될 수 있다.

 

(3) 가혹 반복하중 조건에 있는 배관의 예는 다음과 같다.

① 하루에 한 번 이상 순환되는 회분식 화학 반응기와 관련된 배관

② 합리적인 진동 가능성이 있는 배관

③ 응력 범위가 높지 않은 주 배관에 연결된 작은 분기 연결부가 피로 파손 (Fatigue failure)에 취약할 수 있다는 경험이 있는 경우

④ 압력변환흡착(Pressure swing adsorption, PSA) 시스템의 연결 배관

 

(4) 아주 보수적인 접근 방식으로 다음과 같은 배관을 가혹 반복하중 조건에 있는 것으로 지정할 수 있다.

① 취급 유체가 독성, 인화성 또는 인체 조직에 손상을 주는 경우

② 배관 손상으로 인해 비용이 많이 드는 경우

③ 운전 중 또는 통상의 운전 정지 중에 배관의 검사가 곤란한 경우

 

 

비파괴검사율 선정기준

● 배관 용접부에 대한 비파괴검사율을 취급하는 유체의 종류 및 취급조건에 따라 <표 2>와 같이 적용할 수 있다. 다만, 사업장에서 공정 또는 물질 특성을 고려하여 이 기준을 다르게 적용할 수 있다.

 

<표 2> 배관 용접부의 비파괴검사율 적용 기준표

유체 또는 배관 종류	독성 기준	플랜지 압력 등급(lb) 또는 설계압력 등	NDE (RT%)					고려사항
			전체	사내배관		사외배관
			VT%	지상	지하	지상	지하
저위험유체 (비인화성, 저독성, 저온 및 저압조건)	-	150 (PN 20)	100	5	10	5	10	중요시스템용 물질 (반응 기용 냉각수 등)
			100	10	20	10	20	소방배관
			100	0	10	0	10	기타배관
일반유체	-	150 (PN 20)	100	5	20	5	20
		300 (PN 50)	100	10	20	10	20
		600 이상 (PN 110 이상)	100	20	100	20	100	압력 등급에 따라 조정 가능
고위험유체 (독성물질)	LD50 기준	0.1 MPa 미만 (대구경 배관)	100	5	20	10	20	배관 내부에서 용접 및 육안검사가 가능한 경우
			100	20	100	20	100	배관 내부에서 용접 및 육안검사가 곤란한 경우
		150 (PN 20)	100	20	100	20	100
		300 이상 (PN 50 이상)	100	100	100	100	100
	LC50 기준	0.1 MPa 미만 (대구경 배관)	100	5	20	10	20	배관 내부에서 용접 및 육안검사가 가능한 경우
			100	20	100	20	100	배관 내부에서 용접 및 육안검사가 곤란한 경우
		0.2 MPa 미만	100	20	100	20	100	설계압력 기준
		0.2 MPa 이상	100	100	100	100	100	설계압력 기준
고압유체	-		100	100	100	100	100
가혹 반복응력 조건의 유체	-	전체	100	100	100	100	100
용접 후 열처리(PWHT) 요구 배관	-	전체	100	100	100	100	100	후열처리 배관
고온배관 (설계온도 400 ℃ 초과)	-	전체	100	100	100	100	100	호주 기준, ANSI B31.1

- 개별 법령에서 배관의 조건에 따라 비파괴검사율을 요구하는 경우에는 개별 법령의 요구조건을 따라야 한다.

 

 

<추가 고려사항>

유체의 종류에 따라 비파괴검사율을 적용할 때 다음 사항을 고려할 것을 권장한다.

(1) <표 1>에서 저위험유체로 구분되는 경우에도 다음과 같은 경우에는 용접부의 건전성을 확보하기 위해 최소한의 비파괴검사율(예: 5%)을 적용할 것을 권장한다.

① 지하배관 (예: 소방배관)

② 화학공정의 유틸리티 배관(예: 냉각수 배관, 스팀 및 응축수 배관 등), 공정의 운전 중에 누출될 때 운전 중의 용접이 곤란한 배관

③ 암거(Culvert)와 같은 공간 등에 설치되는 배관 등

 

(2) 대구경 배관인 경우 배관 내부에서 용접 및 육안검사가 가능한 경우에는 비파괴검사율을 줄일 수 있다.

 

(3) 라이닝(Lining) 배관은 내부의 라이닝이 손상되면 용접부와 상관없이 라이닝이 손상된 지점에서 핀홀이 생겨 누출되기 때문에 라이닝 배관의 용접부에는 비파괴검사를 적용할 필요가 없다.

 

(4) 이중배관인 경우에는 비파괴검사율을 더 줄일 수 있다

 

Reference : KOSHA GUIDE D - 10 - 2023 화학설비 배관 등의 비파괴검사 및 열처리에 관한 기술지침