이에 따라 한국가스안전공사에서는 전문적인 기술기준의 필요성을 인식, 현재까지 압력용기 검사실무지침 포함 총 23개의 ‘가스기술기준'을 제정했다. 특히 가스안전공사에서 제정한 가스기술기준은 선진국처럼 세부적인 기술내용에 관해서는 고시 하위개념으로 제정하는 등 업계 스스로가 준수할 수 있도록 하는 자율기준의 성격을 지니고 있다. 본지는 이러한 세부적인 기술지침인 가스기술기준에 대한 주요 내용 설명을 통해 가스관련 업계 종사자들의 이해 증진과, 현재 제정된 가스기술기준을 적극적으로 활용할 수 있도록 기술기준에 대한 세부 내용을 지속적으로 게재한다.
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용접용기의 제조 및 검사기준
개 요
이 기준은 압축, 액화가스용 재충전 용접용기의 재료, 설계, 시험 및 검사방법 등에 대하여 적용하는 것으로서 LPG용기는 물론 초저온용기도 포함한다. 다만, 용기내장형 난방기용 용기 및 아세틸렌용기는 제외한다.
이 기준은 법령 및 고시에 분산되어 있는 기술내용을 체계화시키고, 현행 법령에서 기술적으로 미비한 부분을 국제 규격 등을 참고하여 보충하였기 때문에 용기 제조 및 검사시 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
이 기준은 1999년 12월14일에 제정되었으며, 제정경위는 다음과 같다.
첫째, 고압가스안전관리법령 및 관련 고시와 KS 및 ISO 규격 내용을 참고하여 초안을 작성하였고, 용접용기의 제조공정 및 검사방법에 대한 현장 실태조사 등을 통하여 현장 적용성을 제고하였다. 둘째, 용접용기 제조업체 등의 실무자들로 구성된 실무위원회와 관련 전문기관, 학계 등의 전문가로 구성된 전문위원회를 통하여 기준(안)에 대한 충분한 검토를 거쳐 제정하였다.
세부내용
이 기준은 용어정의, 재료, 설계 및 제조, 시험 및 검사, 부식방지도장, 표시, 불합격용기의 파기방법 등 용접용기를 제조하는 과정순으로 목차를 구성하였으며, 이러한 구성은 ISO 4706(용접용기의 제조 및 검사기준)과도 유사한 것이다.
용어정의에는 ‘배치(batch)’와 ‘로트(lot)’에 대한 개념을 규정하였다. 용기에 대한 검사는 모든 용기에 대하여 검사를 하는 전수검사가 아니라, 일정 개수의 용기중에 일부를 채취하여 검사하는 샘플링(sampling)검사이다. 이러한 샘플링검사를 실시하기 위해서는 용기 및 용기 재료를 일정 개수 및 단위로 구분하는 것이 필요한데, 이때 사용되는 개념이 ‘배치(batch)’와 ‘로트(lot)’이다. 이러한 용어들은 유사하여 혼동되어 사용되는데, 이를 개선하기 위하여 용어정의에 이들 용어를 정의하였다. ‘배치(batch)’는 동일 호칭 지름, 두께, 설계조건과 동일한 재료로 제조하여 열처리 공정을 동시에 행한 용기들로 정의하였고, ‘로트(lot, 組)’는 동일 용기제조소에서 같은 생산단위로 제조된 용기로 정의하였는데, 배치는 로트에 비해 같은 배치식 열처리공정을 행하여 제조한 용기로 한정한 것으로 로트의 세분화된 개념이라 할 수 있을 것이다.
재료는 고법의 내용을 준용하였으며, 용기의 재료와 스커트 및 액화석유가스용기의 프로텍터의 재료는 다음과 같은 차이가 있다. 용기의 재료는 스테인리스강, 알루미늄합금, 탄소강 또는 이와 동등 이상의 기계적 성질 및 가공성 등을 갖는 것이며, 탄소강은 탄소, 인 및 황의 함유량이 각각 0.33％ 이하, 0.04％ 이하 및 0.05％ 이하이어야 한다. 다만, 내용적이 125ℓ미만인 액화석유가스용기를 강재로 제조하는 경우에는 KS D 3533(고압가스용기용 강판 및 강대)의 재료 또는 이와 동등 이상의 기계적 성질 및 가공성 등을 갖는 것을 사용한다. 그리고, 스커트 및 액화석유가스용기의 프로텍터의 재료는 KS D 3503(일반구조용 압연강재) SS 400의 규격에 적합한 것 또는 이와 동등 이상의 화학적 성분 및 기계적 성질을 가진 것이어야 한다.
설계 및 제조에서 주요 쟁점 사항은 용접효율에 관련된 내용이었다. 용기의 두께계산에는 아래의 식에서 알 수 있듯이 용접효율(η)이 이용된다. 이 용접효율은 용접부가 모재와 동등의 기계적 성질을 갖는지에 따라 용기의 두께를 결정하는 요소이다. 용접부의 기계적 성질이 우수할수록 용접효율은 ‘1’에 가까워져 두께는 얇아지게 되고, 용접부의 기계적 성질이 모재에 비해 낮을수록 용접효율이 ‘1’보다 작아져 두께가 두꺼워 지게 된다. 이와 같이, 두께 결정에 중요한 요인이 되는 용접효율은 맞대기양면 용접이음매, 맞대기한면 용접이음매, 받침쇠를 사용한 맞대기한면 용접이음매 등 이음매의 종류에 따라 달라지는데, 고법 고시에는 맞대기양면 용접이음매와 동등 이상의 강도를 갖는 맞대기한면용접이음매에 대한 명확한 기준이 없어 KS B 6733(압력용기 기반규격)을 참조하여 다음과 같이 정의하였다.
첫째, 용입용접, 융합 인서트를 사용하는 방법, 그 밖의 것에 의해 충분한 용입을 얻어 뒤쪽이 매끈한 것으로서 융합 인서트가 남아 있지 않는 것이어야 한다.
둘째, 받침쇠를 사용하여 용접한 후 이것을 제거하고 고르게 다듬질한 것이어야 한다.
그리고, 위 동판 두께계산식의 재료의 허용응력(S) 값을 결정하는 방법에 있어서 KS 규격은 항복점과 인장강도를 이용하여 구한 허용응력값중 최소값을 적용하고 있는 반면, 고법은 항복점을 이용하여 구한 값 또는 인장강도를 이용하여 구한 값중 선택하여 허용응력값을 적용하도록 되어 있어 차이가 발생되므로 KS 규격의 준용여부가 논의되었으나, KS 규격의 내용을 적용할 경우 두께가 상당히 증가되어 업계의 부담이 증가되므로 현행 고법과 동일하게 적용하기로 하였다.
2쪽(two-piece) 용접용기의 원주용접부는 ‘조글 조인트(Joggle Joint)’ 방식으로 용접을 하는데, 국내에서는 통상 ‘조글 밴딩(Joggle Bending)’이라는 용어를 사용하고 있다. 그러나, 이 용어는 국제적으로 통용되는 용어가 아니고 범용적인 표현이 아니기 때문에 ‘조글 조인트(Joggle Joint)’로 수정하였다.
시험 및 검사에서 주로 논의가 되었던 것은 용접부에 대한 이면굽힘시험에 관한 것이었다. 용기의 검사중 이면굽힘시험은 두께 12㎜ 이하의 한면용접을 한 용접부에 대하여 실시하도록 규정하고 있어 두께가 12㎜ 이상이거나 양면용접을 하는 경우는 이 시험을 생략할 수 있다. 그런데, 2쪽 용접용기의 원주용접부에 주로 이용되는 조글 조인트(Joggle Joint)에 의한 용접부는 한면용접으로 간주해야 할 지, 양면용접으로 간주해야 할 지에 대한 명확한 구분이 없어 이면굽힘시험의 생략여부를 알 수 없었다. KS B 6733(압력용기 기반규격)은 ‘조글 조인트 용접’에 대하여 ‘받침쇠를 사용하는 맞대기 한쪽 용접 이음에서 받침쇠를 남기는 이음’으로 정의하고 있으며, 고법 고시는 ‘받침쇠를 사용하는 맞대기 한쪽 용접 이음에서 받침쇠를 남기는 이음’, 즉, KS에서 ‘조글 조인트 용접’으로 정의한 이음에 대하여 이면굽힘시험 생략가능을 규정하고 있으므로 고법 고시와 KS를 종합했을 때 조글 조인트에 의한 용접부에 대하여도 이면굽힘시험을 생략할 수 있는 것이므로 용기의 검사항목 표에 이를 규정하였다.
부식방지도장 및 표시는 고법의 내용과 ‘LPG 신규용기 검사절차서/한국가스안전공사’의 내용을 인용하였으며, 특히 LPG용기에 대하여 부식방지도장, 전처리상태 검사방법 및 도장상태 검사방법 등을 세부적으로 규정하였다.
부록에는 재료시험 및 용접부 시험에 이용되는 시험편의 모양 및 치수, ISO 규격을 인용한 내압시험에 이용되는 팽창측정시험장치의 예, 팽창측정시험에서 부피 전증가량 계산에 이용되는 물의 압축계수값, 스커트 및 프로텍터의 구조 및 검사방법, KS를 인용한 용기밸브 및 용기 넥의 나사 사양, 도장 전처리인 블라스트에 의한 표면조도 등급 및 LPG용기의 제조공정 예를 수록하여 많은 참고자료를 제공하려고 노력하였다.
정리하면, 이 기준은 용접용기에 관련된 기술기준을 망라한 것으로서 용기 제조자 및 이를 검사하는 검사원에 이르기까지 용접용기에 관련된 모든 기술자가 이용할 수 있도록 제정한 기술지침서로서 제품의 품질향상을 통한 업계 및 사용자의 안전 확보를 도모할 것으로 기대된다.
아세틸렌용기의 제조 및 검사기준
개 요
이 기준은 아세틸렌용기 관련 법령 및 고시에 규정된 내용을 기초로 하였고, KS 규격을 참고하여 작성하였으며, 아세틸렌용기에 대한 재료, 설계, 시험 및 검사와 다공질물 성능시험 등에 대하여 적용한다.
용기관련 법령은 크게 용접용기와 이음매없는 용기로 구분하여 재료, 설계, 시험 등에 관해 규정되어 있고, 아세틸렌용기의 경우 제조방법은 용접용기의 규정을 인용하도록 되어 있다. 그러나 아세틸렌용기는 용기내에 다공질물을 충전하여야 하는 특수성이 있어 시험방법 등이 상이하기 때문에 이 기준에서는 별도로 분류하여 기준을 제정하였다. 특히 아세틸렌용기에 관한 고시는 1979년에 처음 제정되어 1985년 1차 개정된 이래 현재까지 개정이 되지 않았다. 또한 국내 법령에서 인용하고 있는 KS의 경우에도 개정된 내용이 법령에 반영되지 않은 상태이다. 일본의 경우 같은 내용의 성령보완기준이 1966년 제정되어 현재까지 수차 개정되었다. 이번에 제정된 ‘아세틸렌용기의 제조 및 검사기준(KGS C004)’에서는 ISO, 일본성령보완기준 및 JIS 등 외국기준과 개정된 KS 등을 참고하여 내용을 반영하였으며, 법령 및 고시에 분산되어 있는 세부기술사항을 체계화하여 현장에서 쉽게 이해할 수 있도록 제정하였다.
세부 내용
아세틸렌은 불안정하고 반응성이 풍부하여 공업적 유용성이 큰 반면 폭발 위험성도 극히 크다. 아세틸렌은 분해 폭발성을 가지고 있으며, 순 아세틸렌가스는 상온, 상압에서도 강한 에너지를 주면 분해폭발을 일으키고 고압이 되면 더욱 쉽게 폭발한다.
따라서 아세틸렌을 용기에 저장할 때에는 용기내에 다공질물을 고루 채운 후, 아세톤 등의 용제를 침윤시키고, 이 용제에 아세틸렌을 용해시켜 저장하는 방법이 취해지고 있다. 액체상태의 아세틸렌은 기체상태보다 안정하며, 직접 용액속에 발화에너지를 주어도 분해되지 않는다. 아세틸렌은 아세톤 및 디메틸포름아미드(DMF)에 잘 용해되기 때문에 법령에서는 용제로서 아세톤 또는 DMF를 사용하도록 하고 있다.
법령에서는 아세톤의 품질은 KS M 1665(아세톤)에 의한 종류 1호로 규정하고 있으나 DMF의 품질은 명확히 규정되어 있지 않아 이 기준에서는 일본성령보완기준을 참고하여 KS M 8320(N,N-디메틸포름아미드)과 동등 이상의 품질을 갖추도록 규정하였다.
이 기준에서 용기의 재료, 설계, 시험 및 검사방법 등은 ‘용접용기의 제조 및 검사기준(KGS C003-1999)’과 유사하나 다음과 같은 차이점이 있다.
- 용접용기 기준에 규정된 도장방법은 주로 LPG용기에 해당되므로 아세틸렌용기의 도장은 KS내용으로 대체하였다.
- 검사항목중 충격시험, 용접부 측면굽힘시험 및 용착금속 인장시험은 용기의 두께가 12mm 이상일 경우에 적용되므로 아세틸렌용기에는 해당되지 않으므로 제외하였다.
- 용기 재료중 망간강, 크롬·몰리브덴강 및 스테인리스강 등은 아세틸렌용기에 사용되지 않으므로 제외하였다.
- 용기 몸통부 및 경판부의 파괴에 대한 안전율 계산방법은 다음과 같이 KS B 6250(용접강제 용해아세틸렌 용기)을 참고하였으며, 용접용기에서는 P가 최고충전압력으로서 18.6kgf/㎠이나 아세틸렌용기에서 P(설계압력)는 25kgf/㎠의 압력으로 계산한다.
용기 몸통부 및 경판부의 파괴에 대한 안전율은 다음 식을 사용하여 계산한 경우 모두 3.5 이상이어야 한다.
<다음호에 계속>