압력용기 제작 공정에서 가장 중요한 검증 단계 중 하나는 바로 수압시험(Hydrostatic Test)입니다. 이 시험은 제작이 완료된 압력용기 내부에 정해진 압력 이상의 물을 주입하여, 구조적 건전성과 누설 여부를 확인하는 절차입니다. 특히 ASME BPVC Section VIII에서는 압력용기의 수압시험을 필수 검사로 규정하고 있으며, 시험 조건, 압력 설정 기준, 합격 판정 방법까지 상세하게 기술하고 있습니다. 본 글에서는 수압시험의 기술적 원리, 단계별 시험 절차, 코드 기준에 따른 합격 요건, 그리고 실무 현장에서 반드시 고려해야 할 유의사항까지 체계적으로 정리합니다.
수압시험의 목적과 기술적 원리
수압시험은 압력용기의 최종 제품 검사를 위한 가장 기본적인 시험입니다. 그 목적은 다음과 같습니다:
- 제작 중 발생한 결함 검출: 용접 불량, 기공, 균열 등 구조적 결함 여부 확인
- 내압 성능 검증: 설계 압력 이상을 견디는지 구조적 안정성 테스트
- 누설 여부 확인: 플랜지, 노즐, 용접부 등 접합부의 밀폐성 검토
기술적으로는 비압축성 유체인 물을 시험 압력까지 주입함으로써 용기 전체에 균일한 응력이 전달되며, 공기보다 압축성이 낮기 때문에 만일의 파열이 발생해도 에너지 방출이 적어 상대적으로 안전합니다. 이로 인해 Pneumatic Test(기압시험)에 비해 널리 사용됩니다.
ASME 기준 수압시험 압력 계산 및 조건
ASME BPVC Section VIII, Division 1에서는 수압시험에 사용되는 압력을 다음과 같이 규정하고 있습니다:
- 시험 압력 = 1.3 × MAWP × (SEt / SE)
여기서:
- MAWP: Maximum Allowable Working Pressure
- SEt: 시험 온도에서의 재료 허용 응력
- SE: 설계 온도에서의 재료 허용 응력
따라서, 시험 온도와 설계 온도가 다를 경우 재료의 응력값이 달라지므로 반드시 압력 보정을 적용해야 합니다. 또한 ASME는 수압시험 중 압력 유지 시간 최소 10분을 규정하고 있으며, 이 시간 동안 용기의 변형, 누설, 이상음 등이 없어야 시험에 합격한 것으로 간주됩니다.
다만, 설계 시점에 수압시험이 어려운 구조 또는 내부 도장 처리된 제품의 경우, 사전 승인을 조건으로 Pneumatic Test로 대체 가능하나 이 경우 안전 계수가 더 높아집니다.
수압시험 단계별 수행 절차
압력용기의 수압시험은 사전에 준비된 시험 절차서(Test Procedure)를 기준으로 진행되며, 아래와 같은 순서로 이루어집니다.
- 1단계: 시험 준비
- 시험 대상의 모든 개구부 폐쇄
- 시험용 압력 게이지 및 밸브 설치
- 시험 전 육안검사(VT)로 용접부 상태 확인
- 2단계: 충수 및 탈기
- 저속으로 물 주입, 내부 공기 제거(에어벤트 활용)
- 100% 수용 시까지 압력 상승 금지
- 3단계: 압력 상승
- 지정된 수압까지 점진적으로 압력 상승
- 압력 게이지 2개 이상 설치(±1.5% 정확도)
- 4단계: 유지 및 관찰
- 최소 10분 유지
- 누수 여부, 외관 변형, 용접 이탈 여부 확인
- 5단계: 감압 및 배수
- 천천히 압력 제거 후 내부 배수
- 재사용 시 건조 필요
시험 중 이상 발생 시, 해당 부위를 표시하고 시험 중단 후 원인 분석 및 보수 후 재시험을 실시합니다. 수압시험 결과는 반드시 시험 성적서(Hydrotest Report)로 정리되어야 하며, 고객 또는 인증기관의 입회가 요구되는 경우 사전 공지가 필요합니다.
실무에서 주의해야 할 수압시험 리스크
수압시험은 비교적 안전한 시험 방식이지만, 실무에서 다음과 같은 리스크가 자주 발생합니다:
- 부적절한 시험 압력 설정: SE값 계산 오류나 MAWP 미확인으로 인한 과다압력 부여
- 잔류공기 미제거: 내부 공기 잔존 시 압력 비대칭 발생
- 비정상적 용기 팽창: 재질 결함이나 과열로 인한 탄성 한계 초과
- 시험 중 장비 파손: 밸브, 게이지, 배관 연결부 누락 또는 부적절한 체결
이외에도 외부 기온이 낮은 환경에서 수압시험을 실시할 경우 용기 내부 동결로 인한 부식이나 균열이 발생할 수 있어, 겨울철에는 충분한 보온 조치를 취하거나 Pneumatic Test로 대체하는 사례도 있습니다.
또한, 내부 부식을 방지하기 위해 시험 후 잔류 수분을 제거하는 건조 과정도 매우 중요하며, 특히 스테인리스강이나 합금강의 경우 수분 잔존 시 국부부식 위험이 존재합니다.
결론: 압력용기 수압시험의 표준화와 안전 확보
압력용기의 수압시험은 단순한 물 주입 시험이 아닙니다. 구조적 안전성과 제품 신뢰성을 보장하는 핵심 절차이며, 설계 → 제작 → 검사 → 인도 전 마지막 단계의 필수 관문입니다. 특히 ASME BPVC 기준을 기반으로 한 정확한 시험 압력 산정, 압력 유지 시간, 시험 전후 처리 절차는 제품의 품질은 물론, 작업자 및 시설의 안전까지 직결되는 요소입니다.
실무에서는 시험 결과를 수치로만 평가하기보다는, 시험 중 나타나는 작은 이상 신호에도 즉각적으로 대응하는 감각이 필요합니다. 수압시험을 표준화된 절차서에 따라 체계적으로 수행하는 것이야말로, 압력용기 제작 품질관리의 완성이자 고객 신뢰를 얻는 가장 직접적인 방법입니다.