압력용기 두께 계산식 정리 – ASME Sec.VIII 기준 이해

 

압력용기 두께 계산식 정리 – ASME Sec.VIII 기준 이해

이 글에서는 ASME Section VIII Division 1 기준에 따른 압력용기 두께 계산의 기본공식과 사용 변수, 부식 여유(Corrosion Allowance), 설계압력 개념을 설명합니다. 실무 설계 시 적용되는 최소 두께 계산 방식과 실사용 예시도 함께 다룹니다.

1. 기본 개념

• 설계압력 (Design Pressure): 운전 조건을 기준으로 정해지는 압력 + 마진 포함
• 설계온도 (Design Temperature): 기계적 성질 변화를 고려한 고온/저온 조건
• 부식 여유 (Corrosion Allowance): 내부식성 또는 운전 중 마모를 고려한 추가 두께

2. 셸 두께 계산 공식 (내압 기준)

t = (P * R) / (SE - 0.6P)

변수 설명:

• t: 최소 요구 두께 (mm)
• P: 설계 압력 (MPa)
• R: 내부 반지름 (mm)
• S: 허용 응력 (MPa) – ASME II-D 기준
• E: 용접 효율 (0.7~1.0)

※ 부식 여유(CA)는 계산 후 별도로 추가합니다: tfinal = t + CA

3. 헤드 두께 계산 공식 (2:1 타원형 기준)

t = (P * D) / (2SE - 0.2P)

변수 설명:

• D: 내부 직경
• 나머지 변수는 셸 계산과 동일

※ 반구형, 플랫형 헤드일 경우 공식이 달라지며, 가장 두께가 많이 요구되는 구조는 플랫형입니다.

4. 실무 적용 예시

예) 설계압력 10 bar, 내부 반지름 500 mm, 허용응력 138 MPa, E = 1.0, CA = 1 mm

t = (1.0 * 500) / (138 * 1 - 0.6 * 1) = 3.64 mm

최종 두께 = 3.64 + 1 = 4.64 mm

5. 설계 시 주의사항

• 용접 효율(E)은 RT, UT 검사 여부에 따라 달라지므로, 제작 계획에 따라 정확히 선택해야 합니다.
• 실제 적용 시 규격판 두께(Sheet Thickness Table) 중 가장 근접한 표준판을 선택합니다.
• ASME 인증 대상인 경우, AI(Authorized Inspector)의 승인이 필요합니다.

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