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압력설비의 파손 모드와 응력―응력과 변형, 고려해야할 파손모드, 연성파단―

전문가 제언: ○ 압력설비 중에서 가장 많이 사용되는 것은 보일러이며, 보일러에는 가정 난방용을 비롯하여 공업용이 있다. 보일러의 일반적인 구조는 구부러진 원통으로 된 것이 많고, 이들 원통은 판재를 둥근형으로 소성 변형하여 이음부를 리벳이나 볼트에 의해 체결 또는 용접으로 이음을 하고 있으며, 유체주입구나 출입구는 플렌지형으로 용접구조로 되어 있어 이들 부분이 압력에 가장 취약점으로 노출되고 있다.

○ 일반적으로 원통을 구성하는 판재 두께의 산출은 원통의 반경에 작용하는 내압과 재료의 허용응력 비를 곱한 것으로 산출이 가능하지만, 플렌지 부분의 용접구조와 리벳부분은 상황이 다르다. 때문에 이들 부분의 재료 크기의 산출은 경험식의 응용과 많은 계산경험이 필요로 된다.

○ 우선 계산에 앞서 압력설비에 작용하는 응력과 스트레인의 종류, 열응력과 열 스트레인, 열로 인해 발생하는 응력발생 메커니즘, 피로파괴, 크립파단, 압력설비의 파손모드나 연성파단에 대한 예비지식을 반드시 갖추고 설계계산에 임해야 할 것이다.

○ 압력설비가 설계기준에 의하여 설계되었다 하더라도 설계계산만으로 완결되는 것이 아니다. 제작시공에 있어 반드시 지켜야할 수칙이 있다. 예를 들면 길이가 긴 원통인 경우 옆으로 누인 상태에서 용접하는 것이 아니라 용접변형 방지를 위해 길이방향을 수직으로 세운 상태에서 용접을 한다든지, 압력에 취약적으로 노출되는 플렌지 연결부분 등의 용접은 가능한 한 가열부위를 적게 하는 기교를 가지고 시공되어야 할 것이다.

○ 압력설비는 교량구조와 유사한 반복하중(열응력에 의한 반복)이 가해지기 때문에 이에 대한 피로파괴의 고려와, 열응력에 의한 크립파단(Creep Ruture)발생 메커니즘에 대하여는 무엇보다도 깊은 이해가 필수적이다. 이들 조건이 충분히 검증된 상태에서의 설계제작에 있어서도 위험요소는 어디엔가 내재하고 있으므로 세심한 제작 감독이 필요하다.

저자: Takuya SATO
자료유형: 학술정보