테크노넷 - 저온압력용기(LNG)용접용 PQ& WPS관련 문의

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안우원 2020-03-18 00:42:44

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안녕하십니까

9% 니켈강으로 알려져있고 극저용용 탱크(LNG)제작에 주로 사용되는 KS SLA 325, ASTM A662 자재에 대한 PQ& WPS(GMAW)작성을 준비중에 있는데 이에대한 문의입니다. 고수님들의 많은 조언부탁드립니다

1. LNG 운반용 Tank제작시 적용되는 Code는 ASME를 적용해야하는지 아니면 다른 CODE를 적용해야 하는지?

2. 철판은 POSCO에서 생산되는데 용접봉은 어떤것을 사용하면 좋은지, 구입처는, 국내생산이 되고있는지?

3. GMAW외 더좋은 용접법이 있는지여부?

4. 충격시험 적용온도는?

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관리자[senior] 2020-03-18 09:01

적용 Code는 발주처가 어디냐에 따라 다릅니다. 당연히 미국이나 해외라고 하면 ASME를 기준으로 하거나 EN Code를 따라가면 될 것이고, 국내라면 고압가스법규를 따라 진행하면 됩니다. 그리고 질문이 단지 WPS에 국한된 내용이라면 일반적으로 그냥 ASME에 준해서 작성해도 무방합니다. 용접봉은 Inconel을 사용하는데, 최근엔 625 대신에 825를 적용하는 노력도 시도되고 있습니다. 현장에서는 GT와 GM을 병행하여 사용하고 있으며, Impact Test는 설계온도에서 진행하면 됩니다. 죄송한 말씀이지만, 질문하신 분이 그냥 일반적인 개념을 얻고자 하는 것인지 아니면 실제로 제작에 관련된 질문을 하시는 것인지 구분이 좀 어렵네요. 생산에 관련된 내용이라면 발주처의 설계 기준을 먼저 확인하시고 실무 적용과정에 어려움을 추가로 질의해 주시면 좀더 깊이 있는 도움을 얻을 수 있을 것으로 기대합니다.

홍만화 2020-03-18 10:02

https://cyber.kgs.or.kr/codesrc/kgscode_pdf/2016/AC115_1611231.pdf 위의 자료를 받으시면, 가스안전공사의 '액화천연가스용 저장탱크 제조의 시설·기술·검사 기준'에 대한 Code입니다. 여기에 보면, 용접을 KS B 6751을 참조하는데, 그것은 ASME B&PVC Sec. IX을 의미합니다. API 620이 저온 탱크 제작 코드입니다. 일단 이 두 자료를 보시고, 이해하셔야 질문하신 관련내용이 그곳에 있음을 아실 것으로 생각됩니다. 또한 적용코드는 발주처가 지정을 합니다. 다만 그 코드의 적용년도에 대해서 제작자가 의견을 줄 수 있습니다. 발주처에게 어떤 코드를 적용하는지 문의하시길!

이주영[KKANGPAE] 2020-03-19 12:08

홍만화 박사님https://cyber.kgs.or.kr/codesrc/kgscode_pdf/2016/AC115_1611231.pdf 읽어 내려 가다가 3.7.1항에 언급된 변형율 공식이 ASME 공식하고 차이가 나는데 혹시 그차이가 재질특성 때문인지요 아니면 가스안전공사 는 달리 적용하는 것인지요?

홍만화[mhhong] 2020-03-19 13:37

일단 3.7.1항은 API STD 620-2013, Annex Q, Q.5.3.1의 내용과 같습니다. ASME 무엇하고 다루다는 것인지요? 거기의 KS B 6750은 ASME Sec. VIII을 번역한 것입니다. 2009 Add.까지. 근데 API에는 ASTM A480을 참조하네요. General Requirements for Flat-Rolled Stainless and Heat-Resisting Steel Plate, Sheet, and Strip ASME B31.1-2018, Power Piping 129.3.4.1에도 있습니다만, 여기는 오스테나이트 스테인리스강에 대한 요건입니다. 거기에는 식은 유사하고, 앞의 정수부분만 다른데요! ASME Sec. VIII Div.1 Table UG-79-1의 식도 B31.1과 같습니다. 거기도 모든 탄소강에 대한 식으로, 말씀하신대로 API 620과 AC115는 니켈강에만 적용하는 것에 대한 차이만 보이네요.

이주영[KKANGPAE] 2020-03-19 18:23

저가 code에 대한 지식이 짧아 질문을 구체적으로 하지 못한거 같습니다. ASME UG79-1(2015년판)에 forming strains구하는 공식에서는 shell의 경우 (50*t/Rf) 이고 head의 경우는 (75*t/Rf)인데 가스안전공사 기준은 (65*t/Rf)이여서 이 상수 차이가 혹시 재질에 기인한것인지 아니면 다른 이유가 있는 건지 궁금하여 댓글을 남겼습니다.

홍만화 2020-03-19 18:38

가스안전공사는 API 620에 있는 요건을 적용한 것이고, 거기는 니켈강에 대한 내용입니다. ASME Sec. VIII, 은 모든 강에 대해, B31.1은 오스테나이트 스테인리스강에 대한 요건이구요. 내용적으로는 재질이외에 차이가 없어 보입니다. 핸드북 등을 통해 확인할 수는 있겠으나, 위원이 아닌 이상 어렵지 않을까 생각됩니다.

홍만화 2020-03-19 20:06

두식이 다른 것은 코드를 적용하는데 의미가 없습니다. API 620을 적용하면, 그 식을 쓰면 되고, ASME를 적용하면, 그 식을 쓰면 됩니다. 그래서 코드가 있는 것입니다. 그것이 왜 그렇게 되었는지는 학문적인 부분이 가깝습니다. 왜 그런지는 찾으면 알겠지만, 위원들이 연구를 통해 구한 것입니다. 적용하는 코드에 맞춰서 쓰시길 바랍니다.

안우원[woowahn] 2020-03-19 23:45

아직 T/Spec.은 확인하지 못했습니다. 저온탱크쪽은 처음이라서... 일단 안내대로 code부터 확인해 보겠습니다. 안내 감사합니다

이주영[KKANGPAE] 2020-03-20 13:12

어리석은 질문에 좋은 답변을 해 주셔서 감사합니다.

홍만화 2020-03-20 14:13

아뇨! 어리석으신게 아닙니다. 우리는 그런 식에 어떻게 나왔는지 알 수 없습니다. 그것을 알려면, 위원회에 들어가던지, 매년 관련 논문을 봐야 합니다. 그렇지 않으면 많은 시간 고민을 해서 찾아야 하는데, 쉽지 않습니다. 코드는 왜?에 대해 답이 거의 없으므로, 무리는 사방팔방 찾아다녀야 합니다. 거져 얻은 문서가 내 발목을 찍는 경우라 할 수 있습니다. 누군가 잘 정리되면, 자료실에 올리는 것으로!

은정철[tomeun] 2020-03-23 06:41

위의 좋은 Q-A에 조금만 더 추가해 보고자 합니다. 우선 Code는 위에서 언급한대로 API 620이 가장 보편적으로 적용되고 있습니다. 따라서 cold forming에 대한 SR 요구사항도 5%Ni Steel 나 9%Ni Steel이 Pressure Vessel에 사용된다면 ASME BPVC가 적용되겠지만 이 경우는API 620, Q.5.3.1를 적용하여야겠지요. Storage tanks에서는 뚜렷하게 double curvature를 요구하는 components가 없기에 Annex Q는single 과 double curvature의 중간정도로 적용하고 있고, 그리고 Cryogenic service (brittle failure environment of 9Ni srteel)를 위해 설정된 요구이므로 SR에 있어서는 일반적인 Pressure Vessel (5%)보다 더 엄격한 요구 (3%)가 적용되고 있는 것으로 알고 있습니다. 9%Ni LNG Storage Tanks를 위한 용접 Process는 GT, GM, SA, SM이 주로 사용되고 있으며 용접 Filler는 ERNiCrMo-3 for GT, GM, and SA 와 ENiCrMo-6 (preferable) or ENiCrMo-3 for SM 이 가장 보편적으로 적용되고 있습니다. 그리고 9Ni LNG Storage Tanks의 CVN Impact Test는 주로 다음과 같이 적용되고 있습니다. Weld metal CVN- impact values : per API 620, Q.2.3. Lateral expansion opposite the notch : 0.015 in. minimum. CVN Impact test absorbed energy values : per API 620 Appendix U, Table U-3. PQR’s and production test plate reports : to show the lateral expansion and absorbed energy values.

정이인 2020-03-30 16:21

아마 위분들이 대부분 대답을 해주셨는데요, 질문하는 분의 의도는 '운반용 LNG탱크'라고 하셨으니API620의 대형 저장탱크가 아니라, 최근에 수요가 급증하는 ISO 타입 탱크, 즉 압력용기 형태를 의미 하는 듯합니다. 그럴 경우는 소재가 9% Ni, 용접봉은 인코넬 계열 등등 API 620에서 규정하는 일반적인 내용을 따르면 되고, 그외 대부분의 제작에 관한 시방,용접 규정은 ASME Sec8,9을 따릅니다. 결국 서비스 유체가 LNG인 압력용기의 하나일뿐이기 때문입니다.

은정철[tomeun] 2020-04-01 06:00

정이인님이 좋은 지적을 해 주셨네요. 좀더 넓게 본다면 잘 아시다시피 LNG Tanks는 아래와 여러 Types이 있으며 그 적용 Codes/standard는 선택된 Type에 따라 달라질 겁니다. 1. 지상 설치 저장용: (1) low pressure large size storage tank-typically under API 620 for ≤ 15 psig, (2) medium/high pressure small size pressure vessel-typically under ASME BPVC, for > 15 psig) 2. 운반용 (truck/rail cargo or ship carrier tanks): (1) membrane or prismatic type tanks under International carriage of liquefied gases in bulk ship construction and equipment rules - e.g., IGC code), (2) Moss or cylindrical-ISO type tanks (under stress/FEA analysis-model tests and/or pressure vessel codes - e.g., ASME BPVC) 그런데 9%Ni steels은 기지조직이 거의 tempered martensite구조를 가지는데 특히 Heavy wall의 용접시 toughness의 degradation이 예상되는데 이에 대비하여 DQT, QLT, or Phosphorus control 등으로 Fracture Toughness를 다소 향상시킬 수 있어서 지상 large size 고정용에는 가장 널리 사용되고 있는 반면에 운반용에서의 적용에는 Fatigue analysis (주로 medium-high frequency)도 함께 고려할 경우가 많고 ASS에 바해 가격 경쟁력도 많이 없어 잘 사용되지 않고 있습니다. 그럼에도 불구하고 9%Ni steel을 사용할 경우의 용접은 앞에서 설명한 내용과 같습니다.

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