압력용기 종류 및 기본 설계

 

넓은 의미의 압력용기란 압력을 가진 유체(액체 또는 기체)를 수용하는 모든 용기로서 보일러도 포함한다. 좁은 의미의 압력용기라 함은 석유화학공업에서 액체 또는 기체를 저장, 반응, 분리등의 목적으로 만들어진 용기로서 압력에 견딜 수 있도록 설계, 제작된 용기를 말한다. 

 

 

압력용기 종류 및 기본 설계

 

압력용기 종류

석유화학공장은 하나의 단위플랜트에 수십, 수백개의 압력용기와 수백, 수천 km의 배관으로 이루어져 있다.

1. 보통 형상에 따른 분류

 - 호올드(Holder), 드럼(Drum), 칼럼(Column), 타워(Tower), 구형탱크(Spherical tank) 등

2. 용도에 따른 분류

 - Distillation Tower, Reactor, Accumulator , Separator, Holder, Storage Tank, Heat Exchange 등   

3. 상세 분류

- Storage Tank : 장치의 전후에 공급되거나 생산되는 원료, 중간제품, 제품 혹은 부대설비 등의 가스상태 또는 액체를 저장하는 대형용기이다. 원료유를 저조 와 구형용기 등이 있다.      

- Holder : 가스 호올더(gas hoder)라고 부르고 있다. 도시가스, 천연가스, 불활성가스 등의 가스 상태로 저장하는 대용량 저장탱크이며 대개는 상압 용기이지만 최근에는 저압 혹은 중압용기로서 사용하고 있다.

- Reactor : 기내에서 화학반응을 행하는 용기를 총칭한다. 반응효율을 잘하기 위하여 전열과 교반 등의 방법으로 여러 가지가 고안되고 있다. 반응기는 Column 또는 Tower 형식으로 제작된 것과 형상에 따라 Batch type, Tubular type, Jacket type 등이 있다.

- Column or Tower : 액체 혼합물에서 각 성분의 증기압의 차를 이용하여 고비점 성분과 저비점 성분을 분리하는 증류탑, 충전물이 내장된 충전탑, 트레이(Tray)를 갖춘 트레이 타워(Tray tower)등이 있다.증류탑(distillation tower)은 또 증류 방식에 따라 상압증류탑(Atmospheric tower), 감압증류탑(Vacuum tower), Stripper, Stabilizer, Adsorption tower, Absorption tower 등이 있다.

- Heat Exchange : 열교환 방식에 따라 냉각기, 가열기, 응축기 , 증발기 등이 있고형태에 따라 다관형 , Double pipe, Block type, Plate type, Spiral type 등이 있다. 

 

압력용기 설계(Design)

 

화학공정 안전과 설계에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/580

화학공정 안전과 설계

 

압력용기의 제작 설계를 위해서는 기본적으로 적용 규격과 Local 법령이 필요하고 Specification, 설계를 위한 참고 문헌 등이 필요하다.  그리고 상세한 설계 자료로는 아래사항이 확인되어야 한다.    

1. 압력부를 위한 설계 자료        

- 용기 기본 형상 및 치수        

- 설계압력 및 온도, 재료, 부식여유, 방사선 시험정도        

- Liquid Density, Liquid Level, Wind 및 Seismic Load, 기타 하중   

 

2. 비압력부를 위한 설계 자료        

- 부재 형상 및 치수        

- 각종 하중조건 및 재료의 선택        

- 제작성, 안전성, 경제성등 검토    

 

3. 설계압력 및 설계온도

- 설정압력용기는 운전중에 발생할 수 있는 가장 엄한 조건에서의 온도 압력을 기준으로 설계한다.

- 보통 연속하여 장기간 운전하는 용기에는 정상운전할 때의 압력, 온도가 설계기준으로 되나, 그 압력 및 온도에서 어떤 다소의 변동이 있는 것은 설계시 반영할 필요는 없다. 이 때문에 용기의 설계압력 및 설계온도는 프로세스에서 요구되는 최고의 운전압력 및 온도의 변동을 고려한 약간의 여유를 보고 결정한다.

- 대개의 경우 정상운전압력의 5 % 증가한 압력을 최고운전압력이라고 하고, 최고운전압력의 10 %를 가산한 압력과 최고 운전압력에 1.8 ㎏f/㎠를 가한 압력 중 큰 수치를 그 용기의 설계압력으로 한다. 설계압력은 용기의 최상부의 압력으로 나타내며, 높은 탑류등 액체가 충만한 경우에는 강도계산에서는 설계압력에 정수두를 가산한 압력을 적용하여야 한다. 또한 , 설계온도는 설계압력을 기준으로 최고의 운전온도에 10 ∼20 ℃를 가한 온도로 하는 것이 많다. 그러나 0 ∼ 10 ℃를 가산한 온도로 하는 경우도 있다.