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압력용기 설계에서 Hydrostatic Test와 Pneumatic Test의 차이 및 적용 기준

KUKUGu 2025. 5. 19. 12:55

압력용기 설계와 제작에서 마지막 단계에 해당하는 시험 공정은 제품의 안전성과 신뢰성을 입증하는 필수 절차입니다. 그중 Hydrostatic Test(수압 시험)와 Pneumatic Test(기압 시험)는 설계 압력과 MAWP에 기반한 주요 시험 방식으로, ASME BPVC Section VIII에서 엄격하게 규정하고 있습니다. 두 시험 방식은 공정, 위험성, 적용 조건에서 분명한 차이가 있으며, 각각의 선택 기준과 적용 방식은 매우 중요합니다. 본 글에서는 두 시험 방식의 정의, 차이점, 코드 기준, 실무 적용 사례를 중심으로 체계적으로 분석합니다.

 

Hydrostatic Test의 정의와 적용 기준

Hydrostatic Test는 압력용기를 물 또는 비가연성 액체로 채워 내부에 높은 압력을 가해 누설 여부 및 구조적 이상을 확인하는 시험입니다. ASME Section VIII, Division 1에서는 MAWP의 1.3배 이상의 압력으로 시험을 수행할 것을 요구하고 있습니다. 예를 들어, MAWP가 10 bar인 경우 최소 시험 압력은 13 bar 이상이어야 하며, 이때 용기는 변형이나 파손 없이 견뎌야 합니다.

Hydrostatic Test는 다음과 같은 조건에서 주로 사용됩니다:

  • 시험 장소에 물을 사용할 수 있는 경우
  • 파손 시 폭발 위험을 최소화해야 하는 경우
  • 내부 부식이나 수분 잔류가 큰 문제가 되지 않는 경우

시험 방법은 용기를 완전히 물로 채우고, 탈기 과정을 거쳐 기포가 제거된 후 펌프를 이용해 정해진 압력까지 가압한 뒤 일정 시간 동안 유지합니다. 이때 육안으로 누설 여부를 확인하거나, 변형이 발생했는지 측정 장비를 통해 검사합니다. 수압 시험은 기체보다 액체가 압축성이 낮기 때문에 사고 위험이 낮고 안정적입니다.

 

Pneumatic Test의 정의와 주의사항

Pneumatic Test는 질소, 공기, 아르곤 등 비연소성 가스를 이용해 압력용기 내부에 높은 압력을 가하고 누설 및 강도를 확인하는 시험입니다. ASME BPVC 기준에서는 일반적으로 MAWP의 1.1배를 적용하며, 반드시 세심한 위험 분석(Risk Assessment)과 작업자 보호 조치가 동반되어야 합니다.

Pneumatic Test는 다음과 같은 경우에 사용됩니다:

  • 내부에 물이 들어가면 안 되는 장비
  • 청결한 내부 조건을 요구하는 위생 설비
  • 부식 우려로 인해 물 사용이 금지된 경우

기체는 액체보다 압축성이 높아 시험 중 파손이 발생할 경우 폭발적 에너지 방출을 유발할 수 있으며, 이는 시험자 및 시설에 큰 피해를 줄 수 있습니다. 따라서 테스트 전후로 안전 펜스 설치, 비가역 파손 해석, 적절한 가압 단계 관리 등이 필수적입니다. 많은 기업에서는 최소 인원만 접근하도록 제한하며, 가압은 단계별로 천천히 수행합니다.

 

두 시험 방식의 비교와 적용 조건

Hydrostatic Test와 Pneumatic Test는 목적은 같지만 방식과 위험도에서 큰 차이를 보입니다. 아래는 이 두 방식의 주요 차이를 정리한 표입니다.

항목 Hydrostatic Test Pneumatic Test
시험 매체 물 또는 비가연성 액체 질소, 공기 등 비연소성 가스
시험 압력 MAWP의 1.3배 이상 MAWP의 1.1배 이상
위험성 낮음 (액체는 압축 불가능) 높음 (기체는 압축 가능)
적용 조건 대부분의 일반 설비에 사용 청정, 부식 위험, 내부 건조 조건
안전조치 상대적으로 단순 위험 분석 및 격리 필수

설비 조건과 안전요소를 종합적으로 고려하여 적절한 시험 방식을 선택해야 하며, 반드시 코드 기준을 철저히 따르는 것이 중요합니다.

 

ASME BPVC 기준에서의 선택 지침과 실무 적용

ASME BPVC Section VIII, Division 1에서는 기본적으로 모든 압력용기에 대해 Hydrostatic Test를 권장하며, 특별한 사유가 있을 때만 Pneumatic Test를 허용합니다. Pneumatic Test를 실시할 경우, 설계자는 다음 사항을 반드시 충족해야 합니다:

  • 설비 손상 위험보다 수압 시험의 부작용이 더 클 경우
  • 내부 수분 제거가 기술적으로 불가능하거나 비용이 과도할 경우
  • 가압 시 사고 가능성을 최소화하는 설비 보완이 이루어진 경우

이러한 조건을 충족하지 않는 한, 수압 시험이 기본 원칙입니다. 특히 보험기관이나 제3자 검사 기관에서는 Hydrostatic Test를 선호하며, Pneumatic Test의 경우 별도 승인 절차가 필요합니다. 실무에서는 다음과 같은 방식으로 적용됩니다:

  • 일반적인 저장탱크: Hydrostatic Test 적용
  • 위생용기, 고청결 공정용 장비: Pneumatic Test 적용
  • 온도 민감한 소재(예: 유리섬유 라이닝): 조건부 Pneumatic Test

따라서 설계 단계부터 시험 방식까지 명확한 기준 설정이 요구되며, 그 기준은 코드뿐만 아니라 실제 공정 조건까지 포괄적으로 고려해야 합니다.

 

결론: 안전성과 조건을 고려한 시험 방식 선택

압력용기의 안전 확보는 단순한 설계나 계산으로 끝나지 않으며, 최종 단계인 시험 공정에서 그 실효성이 입증되어야 합니다. Hydrostatic Test와 Pneumatic Test는 각각의 장단점과 위험 요소를 지니고 있으며, 이를 올바르게 선택하고 수행하는 것이 설비 전체의 안전을 좌우합니다. 특히, ASME BPVC 규정을 철저히 이해하고 이를 기반으로 설계 문서와 시험 계획을 준비해야 합니다.

수압 시험은 일반적으로 안전성이 높고 적용 범위가 넓기 때문에 기본적인 선택입니다. 반면 기압 시험은 부식 방지나 청결 조건이 우선시되는 특수한 상황에만 신중히 적용되어야 합니다. 모든 시험은 설계압력과 MAWP를 기준으로 하되, 현장의 특성, 시험 장비의 여건, 인력의 안전 등을 종합적으로 판단해야 합니다.

향후에도 압력용기 관련 시험에 대해 보다 체계적이고 실용적인 접근이 가능하도록, 다양한 설비 사례와 함께 실무 적용 기준을 다루는 글을 이어가겠습니다.