ASME SECTION Ⅰ해설 _ 튜브와 파이프의 두께계산

ASME SECTION Ⅰ해설 _ 튜브와 파이프의 두께계산

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이제 우리는 설계(Design)로 들어가서 PG-27로 바로 넘어간다.

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넘어가지 전에 PG-21을 잠깐 살펴본다. PG-21의 제목은 Maximum Allowable Working Pressure이다. 굳이 번역하면 '최대허용 운전압력' 정도 되겠다. 보통은 영문 약자로 MAWP로 표기하며 꼭 그렇다고는 할 수 없지만 간단히 말하면 MAWP = Design Pressure(설계압력)로 이해하면 되겠다.

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그래도 되는 이유는 실제 업무에 있어서 재료의 두께가 주어지고 MWAP는 구하는 경우보다는 Design Pressure(설계압력)가 주어지고 그에 요구되는 재료의 두께를 구하는 일이 주된 업무이기 때문이다.

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PG-27 내압을 받는 원통형 용기 (Cylindrical Component under Internal Pressure)

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제목 그대로 내부 압력을 받는 원통형 용기이며 튜브와 파이프가 이에 해당된다.

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여기에는 중요한 공식 2개가 나오며 다음과 같다.

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공식에서 사용된 각 기호에 대한 설명은 PG-27.3에 나타나 있으며 아래와 같다.

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t는 minimum required thickness (요구되는 최소 두께)

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w는 weld joint strength reduction factor (용접 이음부 강도 감소 계수)

(Table PG-26에 보면 Longitudinal Seam Weld(길이 방향의 Seam)를 가진 Tube가 이에 해당하나 일반적으로 1로 간주하면 충분하다. 그 이유는 Seam을 가진 튜브의 경우는 Creep의 영향을 받는 높은 온도에서는 사용이 되지 않기 때문이다.)

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S는 maximum allowable stress value at the design temperature of the metal (금속의 설계온도에서 최대 허용응력 값)

(허용응력은 ASME Section II Part DTable A에 나타나 있다. 해당 재질의 설계온도에 해당되는 값을 찾는다. 예를 들어 설계온도가 316 C라면 300 C와 350C 사이의 값을 찾아서 보간법을 이용하여 허용응력 값을 계산하여 얻는다.)

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ASME에서 허용응력 찾는 방법은 다음 링크를 참조한다.

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e는 thickness factor for expanded tube ends (확관 튜브 끝단부에 대한 두께 계수)

(Section I에서 튜브의 끝단을 확관하여 사용하는 경우는 거의 없으므로 값을 0으로 간주한다.)

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P는 maximum allowable working pressure (MAWP, 최대허용 운전압력)

(MAWP = Design Pressure라고 생각할 것.

실제 계산시 적용압력은 설계압력(Design Pressure) + 수두압(Hydrostatic Head)으로 해야 한다.)

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D는 outside diameter (튜브나 파이프의 외경)

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R은 inside radius of cylinder (파이프의 내반경)

(Pipelinside radius=normal outside radius - normal wall thickness)

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E는 efficiency(길이방행 이음부의 효율)

(Seamless Pipe로 Opening이 없는 Bare Pipe의 경우 1로 간주한다.

Pipe에 구멍이 규칙적으로 배열되는 경우는 Ligament Efficiency(리거먼트 효율 - 나중에 설명)로 결정한다.)

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y는 temperature coefficient (온도계수)

(재질과 온도에 따라 다르며 PG-27.4.6을 참고하며 아래와 같다.)

C는 minimum allowance for threading and structural stability (나사가공 및 구조적 안정성을 위한 최소 허용 값)

(일반적으로는 0으로 간주하며 Treaded Pipe의 경우는 PG-27.4.3을 참고한다.)

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코드에는 설명이 없지만 계약서 등에 부식 여유를 고려하라고 되어 있으면 위에 공식에서 얻은 최소 두께에 부식 여유를 더하여 최종 두께를 결정한다.