배관응력 해석 중 열응력 해석 필요성에 대한 판단 기준 (M-105-2012)

  배관 응력해석의 주목적은 배관의 내압, 열팽창, 자중, 바람, 지진 등의 하중에 대한 배관계의 안전성을 검토하는 것 입니다. 이 중, “1차 응력”이라 함은 유체 내부압력, 배관 자체의 무게 등의 내력 및 바람, 눈 등의 외력에 의하여 발생되는 응력을 의미하며, “2차 응력”이라 함은 배관계 내부에 흐르는 유체의 온도에 의한 열팽창 응력을 말합니다.

 

  간략하게 정리된 배관응력 해석 흐름도는 다음과 같습니다.

 

  배관 응력 해석시, 1차 응력은 다음 식을 만족해야하며,

 

  지진 등 임시 하중을 고려할 경우는 다음 식을 만족해야 합니다.

 

  그리고 열팽창에 의한 2차 응력은 다음식을 만족해야합니다.

  단, 2차 응력에 해당되는 열응력에 대한 해석은 다음 조건에 해당될 경우, 검토되어야 합니다.

(1) 배관호칭경이 100 ㎜ 이상으로서 설계온도가 120 ℃이상인 배관은 열응력 해석을 수행한다.
(2) 배관호칭경이 100 ㎜ 미만인 경우에는 설계 온도가 250 ℃이상일 경우에 열응력 해석을 수행한다.
(3) 아래 배관에 대하여는 별도의 열응력 해석을 수행한다.
  (가) 펌프의 인입?토출배관으로서 온도가 100 ℃이상 혹은 -20 ℃이하인 배관 호칭경이 50 mm 이상의 배관
  (나) 발열 반응기의 인입?토출배관
(4) 간편한 검증방법
  배관 배치상 다음 조건을 만족하면 열응력 해석을 하지 않아도 된다.

  그런데 해당 가이드(M-105-2012)는 ASME B31.3을 참조했다고 되어 있는데요. 아래 보는바와 같이 실제 ASME에 명시된 식은 가이드에 기재된 위 식과 다소 차이가 있어 보입니다. 계산의 편의를 위해 변형된 식이 반영된 것인지는 잘 모르겠지만 참고로 알아두면 좋을 것 같습니다.