압력용기 경판(Head) 종류 완전 정리 – 2대1, 반구형, 콘형 비교 가이드

 

압력용기(Pressure Vessel)는 액체나 기체를 내압 상태에서 보관·이송하는 핵심 설비다.
이 압력용기의 양 끝단에는 ‘경판(Head)’ 또는 ‘End Cap’이 필수로 들어간다.
하지만 현장에서는 도면에 “2대1 경판”이라만 적혀 있어도
그게 정확히 어떤 형상이고, 왜 그걸 써야 하는지 명확히 이해하지 못하는 경우가 많다.

이번 포스트에서는 2대1 타원형, 반구형, 콘형, 플랫형 등 주요 Head 타입을
도면 해석부터 설계 기준, 응력 특성, 적용 조건까지 완벽하게 정리한다.

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Head의 역할과 기본 원리

역할	설명
내압 유지	탱크 내부 압력을 견디는 마감 구조
응력 분산	직선부와 달리, 곡면부를 통해 응력을 부드럽게 분산
내용물 흐름 조절	액상/기체 유로 형성의 관점에서도 영향
설계 코드 대응	ASME VIII, KGS 등 기준에 따라 형상별 요구사항 존재

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주요 경판 종류 비교

압력용기 경판 종류 (반구형/2:1/콘형/플랫형)

형상	설명	응력 특성	제작 난이도	적용 예
2:1 타원형 (Elliptical)	가장 많이 사용, D:H = 2:1 비율의 타원	우수 (균일)	보통	일반 압력용기, 탱크
반구형 (Hemispherical)	완전한 반구 형태	매우 우수 (최소 응력 집중)	높음	고압용기, 원자로
콘형 (Conical)	원뿔형, 하부 배출 유리	응력 집중 존재	중간	슬러지 탱크, 배출 탱크
플랫형 (Flat)	평판 덮개, 비압력 구조	매우 나쁨 (응력 집중 심함)	쉬움	비압력 구조물, 장비 캡

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형상별 응력 분포 & 특징 요약

압력용기 경판 종류 3D 모형 (반구형/2:1/콘형/플랫형)

형상	응력 집중도	장점	단점
반구형	가장 낮음	강도 최강, 설계 단순	제작 비용 ↑, 무게 ↑
2:1 타원형	낮음	응력 균일, 비용 효율적	설계 길이 차지 ↑
콘형	중간	배출 편리	응력 집중, 설계 복잡
플랫형	매우 높음	제작 용이	두께 요구 ↑, 구조 제한

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실제 선택 기준 (설계자 기준)

조건	추천 Head
일반 액체/기체 압력용기	2:1 타원형
고압·고온	반구형
슬러지, 이송라인 배출 탱크	콘형
비압력 외부 캡, 진동 덮개	플랫형 또는 볼트 고정 커버

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설계 시 고려사항

• ASME Sec. VIII Div. 1 기준: 설계 압력 기준으로 최소 두께 산출
• 두께 증대 시 경판 무게 급증 → 지지 프레임 설계도 함께 고려
• 콘형은 경사 각도 α(알파)에 따라 응력계수 변동 큼

 

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