ASME SECTION Ⅰ해설 _ 재질

ASME SECTION Ⅰ해설 _ 재질​

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많은 분들이 아시겠지만 ASME Section I과 Section VIII의 Division 1은 많은 부분에서 공통점이 있습니다. 그러므로 압력용기 파트에서 일을 하시는 분들에게도 본 해설은 도움이 될 것 같습니다.

재질(Material) 부분은 대략적인 설명으로 넘어갑니다.

나중에 다시 설명할 기회가 있겠지만 발전플랜트 보일러 자주 사용하는 재질에 대해 간략히 설명합니다.

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PG-6 Plate

Code에 명기된 Plate 재질의 사용 용도는 아래와 같다.

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SA-299, Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, Manganese-Silicon

SA-302, Pressure Vessel Plates, Alloy Steel, Manganese-Molybdenum and Manganese-Molybdenum-Nickel

SA-515, Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, for Intermediate- and Higher-Temperature Service

SA-516, Pressure Vessel Plate, Carbon Steel, for Moderate- and Lower-Temperature Service

SA-387, Pressure Vessel Plate, Alloy Steel, Chromium-Molybdenum

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SA-299-B. SA-302-C, SA-515-70, SA-516-70은 보일러 드럼(기수분리기) 재질로 많이 상용된다. 물성치는 SA-302-C가 가장 좋으나 성형(Forming)이 까다롭고 용접 특성이 좋지 않다.

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초임계압 보일러에 들어가는 Water Steam Separator(기수분리기)의 경우SA-302-C Forming하여 사용하거나 SA-335 P11, P22, P91 등 Seamless Pipe를 사용하기도 한다.

(최근에는 까다로운 성형을 피하기 위하여 SA-302-C 대신 SA-302C의 파이프 버전인 Code Case 2440을 사용하는 경향이 있다.)

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SA-387 Plate는 Alloy Steel Grade별로 11,12,22,91,92등으로 구분되며 압력용기의 Attachment(부착물)로 주로 사용된다.

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PG-9 Pipe and Tube

파이프와 튜브는 보일러 부품의 핵심을 이룬다.

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그럼 파이프와 튜브는 어떻게 다를까?

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모두 아는 얘기이겠지만 초보자를 위하여 설명하면, 파이프는 유체의 이송을 목적으로 하고, 튜브는 내부와 외부의 열교환을 목적으로 한다. 열교환은 주로 고온의 연소가스에 의해 튜브 외부에서 열을 가하여 튜브 내부 유체(물 또는 증기)의 온도를 상승시킴으로써 이루어진다.

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그럼 보일러 설계에서 자주 사용하는 재질은 Code을 인용하여 나열해 본다.

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SA-106, Seamless Carbon Steel Pipe for High-Temperature Service

SA-335, Seamless Ferritic Alloy Steel Pipe for High-Temperature Service

SA-178, Electric-Resistance-Welded Carbon Steel and Carbon-Manganese Steel Boiler and Superheater Tubes

SA-192, Seamless Carbon Steel Boiler Tubes for High Pressure Service

SA-210, Seamless Medium-Carbon Steel Boiler and Superheater Tubes

SA-213, Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-Steel Boiler, Superheater, and Heat Exchanger Tubes (ferritic only)

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주로 사용하는 파이프 재질은 탄소강의 경우 SA-106 Grade B, C, 합금강의 경우 SA-335 Grade P11, P12, P22, P91, P92이고, 튜브의 재질은 탄소강의 경우 SA-178 Grade A. C. SA-192, SA-210 Grade A-1, C. 합금강의 경우 SA-213 Grade T11, T12. T22, T91, T92, TP304H, TP321H, TP347HFG 등이다.

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ERW와 Seamless란 무엇인가?

코드에서 보면 ERW와 Seamless 란 용어가 빈번히 사용된다. ERW란 전기저항용접 (Electric Resistance Weld)으로 플레이트를 원형으로 말아서 제작된 튜브 또는 파이프로 제작 후 용접의 흔적 또는 이음(Seam)이 남아있다. Seamless란 말 그대로 튜브나 파이프에 이음(Seam)이 없이 제작된 형태를 말한다. 한글로는 익숙하지는 않지만 무계목 강관이란 용어를 쓰기도 한다.

(고객의 입장에서는 ERW보다 Seamless 제품을 선호한다. Seamless가 ERW보다 비싸기도 하고... 설계적 입장에서 볼 때 무엇을 사용하든지 상관없겠으나 운전 중 부식 등에 견디는 내구성을 생각해보면 아무래도 Seamless가 ERW보다 좋을 것 같다. 그러나 가격 차이가 있기때문에 견적 시 사양서를 정확히 검토해야 추후 발생할 수 있는 리스크를 줄일 수 있다. ERW로 견적했는데 사양서에 Seamless만 사용하라고 되어 있으면 곤란한 일이다.)

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ASTM 재질과 ASME 재질은 어떻게 다른가?

흔히들 하는 질문이고 조금만 검색하면 답변을 금방 찾을 수 있다.

ASTM 재질은 A로 시작하고 ASME 재질은 SA로 시작한다. 흔히 사용하는 106 Seamless Pipe의 경우 ASTM은 A-106으로 표기되고, ASME에서는 SA-106으로 표기된다. 간단히 말하면 결국 ASME 재질은 ASTM 재질을 빌려서 사용하고 있다는 뜻이다.

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ASTM에는 있는데 ASME에는 없는 재질도 많고, ASME에 없으면 이는 ASME Code를 적용하는 곳에서 사용을 못한다는 이야기다.그러므로 보일러 설계자는 반드시 ASME 재질을 선택해서 도면에 표기하고 일관성있게 사용하는 것이 혼선을 방지하고 불필요한 실수를 줄이는 방법이 되겠다.

(원칙적으로 설계에서는 ASME 코드 공사에서 ASTM 재질을 사용하는 것은 허용하지 않는다. 그러나 불가피한 경우 품질부서에서 절차를 거쳐서 사용이 가능할 수도 있다.)