아마도 수압 시험은 왜 1.5배 인지에 대해서도 같은 의문을 가져야 할 것으로 이해합니다.

ASME는 초기에 보일러 들이 자주 터지면서 이에 대한 원인 분석과 대안을 강구하는 과정에서 설계와 시공의 기준을 제시하기 위해 작성되었고, 그 이후 여러 발전과 변화를 거치면서 지금의 상태로 발전했다고 알려져 있습니다.

실제로 수압시험과 기압 시험의 기준에 대해서는 약간의 변화들이 있었으며, 그 내용을 차용해서 사용하는 많은 Local Standard들도 이에 따라서 적용 기준을 달리하고 있습니다.

시험 압력의 결정은 관점에서 실험과 경험치에 따른 기준 제시라고 이해하시는 게 좋겠습니다.

- 강재의 두께를 결정하게 되는 Allowable Strength 값은 대략 인장의 1/3, 항복강도의 2/3, 그리고 10만 시간의 Creep 강도를 기준으로 제시됩니다. 

- 그리고 우리가 설계 강도를 언급하는 것은 결국 해당 온도에서의 Allowable Strength를 기준으로 하게 됩니다.

- 그러니, 해당 설계 압력에 1.33배를 더하게 되면 거의 항복강도에 준한 수준까지 다가가는 것이지요.

- 이걸 넘어서 압력을 가하게 되면 해당 기기는 영구 변형이 발생할 수 있으며, 이는 설계 기준과 맞지 않는 내용이 됩니다.

- 수압이건 기압이건 그 실험의 목적은 파괴시험입니다. 누설까지는 아니더라도 심각한 국부 변형이 있는지를 확인해서, 설계 단계의 적절성과 이에 따른 완성품의 품질을 확인하는 것이지요.

- 수압(비압축성매질)에 의한 파괴시험에 비해 기압(압축성매질)에 의한 파괴 시험은 더 위험성이 크기 때문에 가해지는 압력의 한도를 상대적으로 낮게 정하게 된 것입니다.

- 인터넷에 찾아 보면 수압이나 기압 시험 과정에서 파괴가 일어난 Bad Case에 대한 자료들도 많이 볼 수 있습니다.

압력 장치류의 압력시험치로 관리되는 DP (MAWP) 의 1.1배, 1.2 배, 1.25 배, 1.33배, 1.5배 등은 탄성설계 (Elastic Design) 범위 내에서 모두 경험치에서 나온 안전선입니다.   ASME Section VIII-1 (1999) 의 경우 Allowable Stress 의 이전 안전률 4.0 (TS/4.0) 에서 3.5 (TS/3.5) 로 변경하면서 수압시험치도 함께 이전 1.5 times에서 1.3 times 로 수정 적용하게 되었습니다.   이는 재질 (각기 다른 YS & TS를 가진) 과는 상관없는 일반적인 규정입니다.

특히, 압축성인 기체 압력시험은 저장에너지가 엄청 높아 파괴시 큰 피해를 초래하므로 계산된 에너지 값에 따라 Safe Exclusion Distance를 확보하여야 하고 PV를 50000 psig.ft3 이내로 관리하는 등 사전 그 Procedure가 완벽히 준비되어야 합니다.  보다 구체적인 방법은 아래를 참고하시기 바랍니다.

References

1) ABSA AB-522 Standard Pneumatic Test Procedure Requirements, Edition 2

2) ASME PCC-2 Repair of Pressure Equipment and Piping

3) ASME Sec. I/V/VIII, B31.3/31.1/31.8

4) API RP1110/ RP1111/ RP14E

5) V. Edwards et al., Methods for Evaluating and Reducing the Risks of Pneumatic Pressure Testing of Vessels and Piping, Precautions in Pneumatic Pressure Testing, 2010

6) V. Edwards et al., Evaluating and Reducing the Risks of Pneumatic Pressure Testing, Chemical Engineering, Feb. 2011

7) https://www.springer.com/gp/book/9783030364298 , Clause 5.5

관리자 박사님, 은정철 박사님 명쾌한 답변 감사합니다.

외우고만 있던 내용을 다시 알게 되었습니다. 감사합니다

오랫만에 들어와서 보다가 의견을 남겨봅니다.

안전 측면에서 이야기를 해볼까 합니다.

제작자 입장에서 범위가 주어졌을 때, 최소한의 규정치를 넘어서면 됩니다. 그게 경제적이죠.

근데 Max.값도 있는 경우, 어디까지 가능하냐 따지면 그것을 규정한 이들은 어떻게 든지 만들어야죠.

저는 지금까지 공압시험을 경험한 경우가 없습니다. 국내는 대부분 수압시험을 하죠.

근데 해외 중동의 경우, 수압시험할 물을 가지고 올때가 있다고 합니다.

그래서 모 프로젝트에서 공압시험을 하다가 국내 기술자가 사망한 사건이 있었습니다.

설계압력의 1.1배의 공압으로도 충분히 검사가 가능하고, 매우 위험한 조건인 것입니다.

1.33배까지 제작자가 올릴 이유가 전혀 없는 것이죠.

또한 이런 수치를 알려면, Code Committee에 매번 참석을 해야 합니다. 거기서 근거 자료가 나옵니다.

제가 두번 참석을 했는데, 회의 때마다 엄청난 양의 자료가 위원들의 자리 옆에 쌓입니다.

그걸 가지고 토론하고, 거수 투표로 내용을 추가, 삭제 , 수정을 합니다. 그후 그 많은 자료들은 폐기되죠.

제가 그걸 가지고 들어온 적이 있습니다. 운반비용만 10만원정도 들었죠. 한번 그랬던 적이 있습니다.

그들은 그런 회의를 일년에 4번 합니다. 지금은 줄었을 것으로 생각됩니다.

우리는 그냥 이미 결정되어 반영된 코드만을 받아보죠.그러니 그들이 어떻게 결정을 했는지 모릅니다.

그래서 위원중에 관련 책을 쓰는 경우가 있어서 그책을 사서 찾아보면,

Process Piping : The Complete Guide to ASME B31.3, 3rd ed., Charles Becht IV, 2009

'14.3  PNEUMATIC TEST
A pneumatic test is considered to potentially entail a signifi cant hazard due to the amount of stored energy in the compressed gas. A rupture could result in an explosive release of this energy. For example, an explosion of 60 m (200 ft) of NPS 36 line containing air at 3500 kPa (500 psi) can create a blast wave roughly equivalent to 35 kg (80b) of TNT. The hazard is proportional to both the volume and the pressure.
Because of this concern, the pneumatic test pressure is specifi ed to be at 1.1 times the design pressure. Further, specifi c precautions are required. These include provision of an adequate pressure relief device to prevent pressurizing the line to too high a pressure. An intermediate hold at the lesser of one-half of the test pressure or 170 kPa (25 psi) with a visual inspection of all joints is required prior to bringing the pressure gradually up to the full test pressure.'

위에 매우 위험하고, 위에 어떤 경우 TNT 35 kg에 해당한다고 합니다. 그래서 설계압력의 1.1배만 언급하고 있습니다. 이 내용을 보면, 1.1배 이상으로 올릴 생각이 없습니다. 마지막에 시험압력에 1/2로 중간 유지하라는 말도 하네요. 

코드의 Background를 물을 때마다 그들의 엄청난 수고를 이야기하고 싶어서 글을 씁니다. 그래서 코드가 비쌉니다. B31.3의 가격이 35만원정도 했으니요.

ASME Code Committe에 참여해야만 알 수 있는 Know-how가 많습니다.