압력용기 내압시험

 

압력시험(pressure test)은 압력계통(pressure systems)의 안전, 신뢰성 및 누출의 기밀성을 보장하기 위해 수행된다.

금번은 압력용기의 내압시험에 대해 법적 기준 등을 공유하고자 한다.

 

 

압력용기 내압시험

 

압력시험(Pressure Test) 개요, 공압시험 배관 도식도, ASME 시험압력(Test Pressure) 등 압력용기 등의 압력시험에 대해서는 기포스팅한 다음 링크 자료 참조 

https://sec-9070.tistory.com/42

압력용기 등의 압력시험

압력용기는 제작 후 국부적인 팽창, 늘어남 또는 누설 등이 없다는 것과 내압성능을 확인하여야 한다.  

 

 

내압시험의 압력

 

압력용기는 다음 각목의 구분에 따라 각기 각목에서 정한 압력으로 수압에 의한 내압시험(이하 "수압시험"이라 한다.)을 하고 이에 합격하여야 한다. 

⊙ 강제 또는 비철금속제의 압력용기는 최고 허용압력(또는 설계압력)의 1.5배의 압력에 다음의 온도보정을 한 압력

여기에서 Ρa: 온도보정된 내압시험압력 (kg/㎠){㎫}Ρ: 온도보정전의 내압시험압력 (kg/㎠){㎫}σn: 내압시험을 할 때의 온도에 있어서의 재료의 허용인장응력(kg/㎟){N/㎟}σa: 설계온도에 있어서의 재료의 허용인장응력(kg/㎟){N/㎟} 

 

⊙ 최고허용압력(또는 설계압력)이 1kg/㎠ (0.1㎫) 이하인 주철제 압력 용기는 2kg/㎠ (0.2㎫)의 압력 

 

⊙ 최고허용압력(또는 설계압력)이 1kg/㎠ (0.1㎫)를 초과하는 주철제 압력용기는 최고사용압력의 2배의 압력 

 

⊙ 법랑 또는 유리 라이닝한 압력용기는 최고허용압력(또는 설계압력) 

 

⊙ 특수한 형상 등으로 강도를 계산하기 어려운 부분은 다음 계산식에 의하여 계산한 검정수압 시험압력으로 한다. 

(1) 내압을 받는 압력용기의 부분에는 다음에 따라 계산한 검정수압 시험압력

Ρo : 검정수압 시험압력 (kg/㎠){㎫}Ρ : 최고사용압력 (kg/㎠){㎫}σ : 인장강도의 규격 최소치(kg/㎠){㎫}σa : 설계온도에 있어서 재료의 허용인장응력 (kg/㎟){N/㎟}σo : 시험온도에 있어서 재료의 허용인장응력 (kg/㎟){N/㎟} 

(2) 외압을 받는 압력용기의 부분에 대한 수압시험 압력은 예정하는 최고 허용압력(또는 설계압력)의 1.5배 이상의 검정수압 시험압력을 가한다. 또한 진공 또는 부분적으로 진공인 용기의 수압시험 압력은 대기압과 사용절대압력과의 차에 1.5배의 검정수압시험 압력을 용기 내부에 가하며, 수압시험이 곤란할 경우에는 기압시험에 의하여 대신할 수 있다. 

 

⊙ 다음에 해당되는 압력용기의 수압시험은 기압시험으로 대신할수 있다. 이 경우에 있어서 시험압력은 최고허용압력(또는 설계압력)의 1.25배의 압력에 가.목에 의한 온도보정을 한 압력으로 한다. 

(1) 물의 존재가 해당 압력용기의 사용상 허가되지 않은 경우 

(2) 수압시험 후 물기가 완전히 없어지지 않은 경우 

(3) 물을 가득 채우면 해당 압력용기 및 그 지지구조 등에 부적당한 변형 또는 응력이 발생할 위험이 있는 것으로서 그 대책이 실용적이지 않은 경우 

(4) 물을 구입하기가 현저하게 어려운 경우 

(5) 적절한 수질의 물을 구입하기가 곤란한 경우(오스테나이트계 스테인레스강인 경우의 염소이온 농도 등) 

 

 

내압시험의 방법 

⊙ 수압시험에 사용하는 물의 온도는 압력용기가 취성파괴를 일으킬 우려가 없는 온도로 해야 한다. 

 

⊙ 수압시험에 있어서 물을 충전한 다음 잔류공기를 제거하고 가압으로 승압시킨 다음 압력을 유지하면서 용접부분을 비롯한 각 연결부분을 점검해서 누설, 변형등 기타의 이상이 없을 때에 합격으로 해야 한다. 

 

⊙ 기압시험은 공기, 질소 등 위험성이 없는 기체를 사용해야 한다. 

 

⊙ 기압시험에 사용하는 기체의 온도는 압력용기가 취성파괴를 일으킬 염려가 없는 온도로 해야 한다. 

 

⊙ 기압시험은 시험압력의 50%까지 서서히 승압시키고 이상이 없는 것을 확인한 이후에는 내압시험 압력의 10%씩 서서히 승압시키고, 그때 마다 안전한 위치로부터 이상 유무를 감시하면서 내압시험 압력에 도달할 때까지 승압시킨다. 

 

⊙ 압력유지 시간은 내압시험 압력까지 상승시킨 후 압력이 안정된 후에 최저 10분간 유지하고, 그 후에 부분적으로 팽창, 연신 등의 이상유무를 확인하여야 하며, 이 경우 이상 유무 확인은 안전한 방법에 따른다. 

 

⊙ 내압시험 중에 이상 징후가 확인된 경우는 즉시 강압시키고 이상을 수정한 후에 시험을 다시하여야 한다. 

 

⊙ 내압시험 종료 후 수압시험인 경우에 배수는 부압이 발생하지 않도록 하여야 하며 기압시험인 경우의 강압은 현저하게 음이 발행하지 않도록 서서히 하여야 한다. 또한 시험기체를 대기에 방출한 경우에는 밸브, 배관 등에 과냉각이 발생하지 않는 강압속도로 제어하여야 한다. 

 

⊙ 압력계는 최대눈금이 내압시험 압력의 1.5배 이상 3배 이하의 것을 2개 사용해야 한다. 

 

⊙ 내압시험 후 내압부의 주요부분에 보수용접을 한 경우에는 내압시험을 재실시하여야 한다. 

 

⊙ 2개 이상의 방으로 구성된 복합용기의 내압시험은 다음과 같이 실시한다. 

(1) 각 방이 독립적으로 운전되는 경우에는 각각 별도의 압력용기로 취급하며 한쪽 방에 내압시험을 할 때에는 다른 쪽 방은 대기압상태로 비워둔다. 

(2) 복합용기의 각 방이 운전개시, 운전 중 및 정지기간 중에 생길 수 있는 최대차압으로 설계된 공통부재가 있는 경우와 그 차압이 인접한 방의 높은 쪽의 압력보다 작은 경우 그 공통부재는 설계차압을 설계압력으로 하고 제1호의 규정에 의한 내압시험압력으로 시험한다. 

 

 

기압시험의 위험성 

⊙ 내압시험은 원칙적으로 수압(물)으로 실시되며, 구조상 불가피한 경우에 한해 제한적으로 기체(공기∙질소)를 사용한 기압시험을 실시한다. 그 이유는 바로 압축가스가 가진 위험성 때문이다. 동일한 압력 및 부피의 물에 비해 압축가스로 저장된 에너지는 200배나 더 커서 문제시 치명적인 설비손상 및 대형사고로 이어질 수 있다.

 

⊙ 특히, 시험계획 및 안전작업절차에 따라 작업이 수행되지 않거나, 용접, 플랜지 접합이 불량한 경우 또는 배관 자재 또는 설비 부속품의 결함이 있는 경우 다음과 같은 사고가 발생할 수 있습니다.

- 사 례1 : 에틸렌 제조시설(NCC) 급냉공정에 설치된 열교환기의 클리닝 작업 후 기압시험(시험유체:공기) 중 폭발로 인한 열교환기 덮개이탈로 인명사고 발생 [’22.2, 전남 여수산단, 4명 사망/4명 부상]

 

- 사 례2 : 배관의 기압시험(시험유체:공기) 과정에서 탱크와 배관을 격리용 블라인드 없이 밸브만으로 차단 후 시험 중 과압으로 폭발 발생 [’06.1, 브라질]

 

- 사 례3 : LNG터미널에서 배관(36”,600m)의 기압시험 (시험유체:공기) 과정에서 플랜지 바디 용접부 파열 (Rupture)로 대형 폭발사고 발생 [’09.2, 중국 상하이, 1명 사망/15명 부상]

 

 

 

사고 예방을 위한 중점안전관리 포인트

⊙ 내압시험은 물로 실시하는 것을 원칙으로 한다. (공기풍선과 물풍선이 터질때 위험성 비교)

 

⊙ 불가피하게 실시하는 기압시험은 반드시 안전작업절차에 따라 실시한다.

- Point 1. 질소, 불활성가스, 공기(Oil-Free시)를 사용하여 시험압력 준수(1.1ⅹD.P)

- Point 2. 압축가스의 잠재 에너지 계산 및 안전거리 준수(최소 20m 이상)

  *기압시험 안전거리 계산: ASME-PCC-2-2018 Mandatory Appendix 501-Ⅲ참조

- Point 3. 안전밸브, 압력조절밸브 등 내압시험용 매니폴더, 압력계(2개 이상, 검교정완료) 설치

- Point 4. 작업장 주변은 경계띠를 설치하고 최소 인력 이외에는 출입통제

 

⊙ 압력은 단계별로 승압 및 홀딩 후, 설계압력 이하로 감압 후 육안 및 누출검사를 실시한다.

 

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