[논문자료] 소형 압력 용기의 변형 및 파열 경향에 대한 연구

출처: 픽사베이

---

최근 언론에서 건전한 여가 활동으로 캠핑활동을 하는 것이 노출되었고 그에 따라 여가를 즐기는 방법으로 캠핑 문화가 급속도로 확산되고 있다 캠핑을 즐기는 사람들이 중요하게 생각하는 것이 취사 및 난방이며 이를 위해 보편적으로 부탄 연료가 사용된다[1]. 부탄은 비교적 큰 연소열을 가지고 있으며 낮은 증기압 및 높은 기화열로 인해 잠재적인 위험성이 낮기 때문에 쉽게 보급화 되었다 하지만 겨울철 또는 고산지대는 온도가 낮아 부탄의 높은 기화점 (-0.5 ℃ ) 은 연소기나 난방장치로 부탄의 공급을 저해하는 요소가 된다.

 

이러한 사용상의 불편은 사용자의 부주의 및 과실을 유발하게 되고 결국 인명피해 등 사고로까지 이어진다 이와 같은 인재의 원인을 미연에 방지하고자 부탄에 비해 낮은 기화점을 갖는 프로판 , (-42.1 ℃) 연료 보급의 필요성이 대두되었다. 하지만 상온에서 부탄의 증기압은 3.1bar 인 반면, 프로판의 증기압은 8.35 bar 로 약 2.5 배 가량 높다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201409139907525

본 연구에서는 하부 경판의 곡률반경 및 두께 변화 에 따른 프로판용 소형 압력용기의 변형 및 파열 양상을 관찰하였다. 이론적인 응력해석 결과와 실험결과를 비교하여 그 경향성을 확인하고자 하였으며, 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.

 

⑴ 하부 경판의 두께가 증가하면 내압이 0.25mm 증가하면, 내압이 0.8MPa 증가 하였을 때 항복점에 도달하며, 실험결과 2.5MPa의 내압성능이 향상되었다.

⑵ 하부 경판의 곡률반경이 62mm 감소하면, 내압이 1.7MPa 증가 하였을 때 항복점에 도달하며, 실험결과 1.5MPa의 내압성능이 향상되었다.

⑶ 두께가 얇을 경우 연신량에 의한 저항력이 감소하여, 이론값에 비해 큰 내압성능 변화를 보였으며, 이는 하부 경판의 두께가 얇은 용기는 초기 변형이 편심되어 용접부의 결함이 균일하게 일어나지 않기 때문이다.

⑷ 응력이 파괴 기준에 도달하지 않는 내압 조건에서 파열이 일어나는 것은 용접부에 결함이 발생하였기 때문이다.

 

결국 실린더 몸통과 하부 경판의 두께가 같은 경우 하부 경판의 변형이 편심되어 발생하고 내압성능을 크게 떨어트리는 주요한 원인이 된다. 또한 곡률반경을 줄이면, 변형에 대한 내압 성능은 향상되지만, 파열에 대한 저항력은 감소하므로 소형 압력용기의 내압설계에서 하부 경판의 두께가 중요 요소가 된다.

---

압력용기

압력용기는 부피 변화 없이 용기 내부와 외부에서 일정한 유체(액체 또는 기체)압을 받는 용기를 정의합니다. 다양한 용도와 사용목적, 쓰임이 존재하는 압력용기는 열교환기, 반응기 등 산업용으로 사용하는 대형용기에서부터 고온·고압을 견디는 반응기와 특수소재를 삽입하여 내부식성을 고려한 소형용기까지 종류만도 다양합니다.

 

반응용 & 특수 압력용기

당사에서 제작하는 반응용&특수 압력용기의 경우 실험실 및 연구소에서 많이 이용하는 압력용기입니다. 화학물질 연구 및 생산, 전기화학 분해, 독성물질 연구 및 제거 등의 목적으로 화학분야에서 사용되거나, 제약 연구 및 제조 등의 의약분야 또는 폐 유기용제, 농약, 페놀 등의 난분해성 액상 폐기물 등의 처리 등 환경분야까지 폭넓은 사용이 가능합니다.

CV Type 압력용기	CVB Type 압력용기	BV Type	PCV Type
- 캡 결합 압력용기 - 손쉬운 개폐 - 강한 내화학성	- 캡/볼트 결합형 압력용기 - 내부용기 삽입 가능 - 화학실험용 등으로 이용	- 볼트 체결방식 압력용기 - 가장 널리 사용되는 압력용기 - 별도 게이지, Port 설치	- 플러그 결합 압력용기 - 사용 압력, 온도가 높음 - 내화학성 재질로 높은 내구성
VC Type	PIV Type	SV Type	TV Type
- 내부 시편 반응 확인 가능 - 특수 유리 적용으로 높은 압력 에서도 사용 가능	- 최대 사용압력 6,000bar - 초고압 압력용기 - 2~100L 용량으로 제작가능	- 자동결합방식 압력용기 - 특수소재사용, 특수압력용기 - 350~600bar까지 사용가능	- 가장 작은 용량 제작 가능 - 2~81ml, 소량 및 정밀실험에 적합, 높은 사용온도와 압력

산업용 & 대형 압력용기

산업용&대형압력용기는 특수 목적에 맞게 주문 제작이 가능하며 발전소설비나 공장의 플랜트설비, 외압실험용 장비로 이용되며 기포제거장치, 해수담수시설, 촉매반응기, 증발기, 증류탑, 액체 및 기체 저장용기, 석유화학공장 또는 발전설비 내 압력용기 등에 적용됩니다.

SYP시리즈		- 고온·고압을 동시에 버틸 수 있도록 제작된 용기 - 주로 원자력발전소에서 증기발생기로 사용하는 설비
PVP 시리즈		- 압력이 걸린 압력용기에 시험하고자하는 시편을 넣어 압력을 견딜 수 있는지를 측정하는 장비로 압력이 가해지는 물속에서 사용하는 제품 또는 부품 등의 시험에 사용
BVP 시리즈		- 미생물 산업에서 미생물 반응조로 사용되는 대형 압력용기 - 미생물을 이용한 산업분야인 식품, 의약, 효소산업 등 다양하게 적용 가능 - 미생물 반응조 용도로 비교적 낮은 압력에서 사용하며 미생물 반응을 위해 일정 온도 이상으로 유지 가능
EVP 시리즈		- 발전소나 공장 등에서 열교환기 용도로 사용하는 모델로 화학공업이나 반응 등 온도와 관련된 공정에 폭넓게 사용 - 고온과 저온 두 유체 간 열을 주고 받게 하는 장치 - 냉각기, 가열기, 응축기, 증발기 등 다양한 용도로 사용

※열교환기의 경우, 고온·고압하에 운용되고, 항상 유체(증기)를 내장하고 있어 파열의 위험성이 있으므로 각 용도와 종별에 따라 법적 규제를 적용하여 안전하게 사용할 수 있어야 합니다.

---