Life Assessment Procedures and Codes for Pressure Vessels and Piping

일반적으로 압력용기는 설계, 제작 그리고 용접을 거친 뒤 사용하게 된다. 입력용기의 설계, 제작 및 용접은 반드시 관련 기관 혹은 산업체가 허용하는 코드에 따라 수행되어야 하며, 미국의 기계학회 보일러 및 압력용기 코드(ASME BPV; American Society of Mechanical Engineers Boiler and Pressure Vessel Code) 등 다양한 코드가 있다. 이러한 Construction코드들은 주로 압력용기의 설계와 용접 및 제작에 관련된 기술기준을 제공하며, 미국 ASME BPV 코드의 Sec XI과 같이 가동 중 압력용기의 검사와 관련된 기준을 때로는 제시하기도 한다. 하지만 가동 중인 압력용기의 적절한 관리(Maintenance)는 설계와 제작만큼 중요한 문제이고 최근 대두되는 설비수명연장과 효율적인 관리 측면에서 상당히 중요한 문제로 취급되고 있다. 따라서 가동 중 압력용기의 효율적인 관리를 위해 다양한 기술과 기법이 제시되었고 이를 토대로 최근 다양한 Post-construction코드가 제시되고 있다. 설비의 효율적인 관리와 설비 수명연장을 통해 비용을 절감하고 산업의 경쟁력을 극대화할 수 있는 Post-construction코드는 가동 중인 압력용기의 검사 및 진단, 결함 및 구조 건전성 평가, 운전 및 운영과 관련된 방대한 기술을 취급해야 하므로 다양한 형태의 코드로 제시된다. 주로 가동 중인 압력용기의 위험도를 기반으로 관리하는 기법을 제시하는 Risk-Based Inspection(RBI), Risk-Based Maintenance(RBM), Risk-Centered Maintenance(RCM)등이 있으며, 가동 중인 압력용기에 발견된 결함에 대해 결함이 발견될 시 구조 건전성 평가를 수행하여 계속 운전이 적절한 가를 판단하고 나아가서 잔여수명을 평가할 수 있는 사용적합성(Fitness-For-Service; FFS)코드가 제시되어 있다. 일반적으로 가동 중 압력용기에서 결함이 발생하면 설계코드의 개념에서는 해당요소를 일괄적으로 교체하거나 보수하여야 한다. 그러나 사용적합성 평가의 개념에서는 균열과 같은 결함이 구조물의 건전성에 미치는 영향을 파악하여 계속 사용 여부 또는 보수 및 교체를 판단할 있으며, 이를 동해 보수적으로 설계된 설비의 수명을 연장하고 효율적으로 설비를 관리할 수 있을 것이다. 따라서 사용적합성 평가의 가장 큰 특징은 결함을 반영하여 설비의 건전성 및 수명을 평가한다는 점이다. 압력용기의 설계 시에는 용기에 요구되는 성능과 관련된 해석과 더불어 사용 시 예상되는 파손기구들(failure mechanisms, 예 침/부식, 피로, 파괴)을 고려하여 역학적 구조해석을 통해 용기의 재료, 형상 및 두께 그리고 수명을 결정한다. 특별한 경우 설계 시 가상결함을 고려하여 건전성평가를 수행하는 경우도 있으나 기본적으로는 설계 시에는 결함을 반영하지 않는다. 결함평가를 수행해야 하는 사용적합성평가에서는 비선형 해석 및 파괴역학 등과 같은 기법을 사용하지만 기본적으로는 설계와 같은 개념을 가지나, 사용목적이 상이함에 따라 설계코드와 사용적합성코드는 적용 시 차별성이 존재한다. 본 고에서는 사용적합성평가를 위한 기존 코드들을 간략히 소개한 뒤 적용 시 설계코드와의 차별성과 관련된 몇 가지 사항을 정리하고자 한다.