원통형 용기 두께 설계

도입

원통형 용기 두께 설계는 내압 용기의 파괴를 막는 기본 계산이다.

설계압력, 안지름, 허용응력, 용접효율, 부식여유를 한 식에 묶어 다룬다.

두께가 부족하면 파열 사고로 이어지므로 실무에서 가장 먼저 확인하는 항목이다.

응력의 원리

내압을 받는 원통형 벽에는 원주방향과 축방향 응력이 생긴다.

원주방향(후프) 응력은 축방향 응력의 약 2배이므로 두께 계산은 원주방향 응력을 기준으로 한다.

두께가 안지름의 1/10 이하이면 응력을 평균 분포로 보는 얇은 원통으로 가정한다.

설계식

두께 식은 설계압력, 안지름, 허용응력, 용접효율로 정하고 부식여유를 더한다.

분모의 1.2P는 두께 방향 응력을 보정하는 항이다.

계산 결과는 최소두께이고, 규격 두께는 이보다 크게 택한다.

계산 예제

예제는 안지름 1500mm, 설계압력 0.7MPa, 용접효율 0.85, 부식여유 3mm인 동체다.

분자는 0.7 곱하기 1500으로 1050이고, 분모의 1.2P는 0.84다.

허용응력 S는 재료와 설계온도에 맞춰 표에서 읽어 대입하고, 부식여유 3mm를 더한다.

정답은 설계압력이다. 운전압력은 운전 조건 검토에 쓴다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 설계압력과 운전압력을 혼동하는 것이다.

두 번째는 설계온도 대신 운전온도로 허용응력을 찾는 것이다.

세 번째는 용접효율을 모재부 계산에까지 곱하는 것이다. 부식여유를 식에서 빠뜨리면 감점이 된다.

정리

정리하면 두께 계산의 기본 입력은 설계압력, 안지름, 허용응력, 용접효율, 부식여유다.

허용응력은 재료와 설계온도로 찾고, 부식여유는 계산두께에 더한다.

사용 중에는 실제측정두께와 요구두께를 비교해 잔존수명을 평가한다.