1. CAESAR-II Load Case Combination Study

배관 응력해석은 주로 Weight Load에 대한 응력, Operation Mode의 열응력, Wind Load와 Seismic Load에 대한 응력 해석으로 나눌 수 있는데, 여기에서 다루고자 하는 주안점은 Seismic Load에 관한 것입니다.

지진(Earthquake)은 보통 예고 없이 발생함으로, Plant의 배관은 Operation 상태에서 Seismic Load를 더 받게 됩니다. 즉, Thermal Load에 더하여 Seismic Load를 받게됩니다. 따라서 배관 응력해석 Engineer는 이 Seismic Load를 구하기 위하여 일반적으로, 아래와 보인 바와 같이, Operation Load를 기준하여 순수한 Seismic Load를 구합니다.

LO+S = LOpe + LSeis . . . . . (1)
Net Seismic Load = LO+S - LOpe

그러나 이와 같은 Seismic Load를 구하는 이 방법에는 상당한 문제점이 있습니다. 만약 배관 System에 Snubber가 사용되었을 경우, Snubber의 구속을 Active 하면 배관의 Thermal Expansion Load를 구속하게 되고, Snubber를 Inactive 하면 Seismic Load를 잡을 수 없게 되므로, 결국 Snubber Support를 사용할 수가 없게 됩니다. 그래서 일반적인 편법으로서 스너버 서포트 지점의 Thermal Movement를 구한 다음, 스너버를 CNode로 구속하고, 이 구속 (CNode) 지점에 Displcement 탭을 활성화 하여 Thermal Movement 입력하는 방법을 사용합니다.

또다른 아래와 같은 방법으로 해결할 수 있습니다. 비록 지진이 Operation 상태에서 발생했을 지라도, 아래에 보인 바와 같이 Sustained Load를 기준하여 Seismic Load를 구하는 방법도 있습니다. Sus.Load를 기준한 Seismic Load를 Operation Load와 더하면 결과는 위에서 언급한 Ope-Base에서의 (위의 식 (1)에 의한) 모든 Load 값과 완전히 같은 값이 됩니다. 이렇게 Seismic Load를 Sus-Base로 구하면 Snubber를 Active 할 수 있습니다.

LS+S = LSus + LSeis
Net Seismic Load = LS+S - LSus

아래에 보인 Table은 Sustained Load를 기준하여 구한 값이 Operation Load를 기준하여 구한 값과 똑 같음을 구체적으로 보이기 위한 Load Cases 비교표입니다. 이 Table에서는 Seismic Load를 X축 성분과 Z축 성분을 SRSS로 더하지 않고 Window Load처럼 그대로 사용하는 것으로 되어 있는데, 이는 Sus-Base로 구한 각각의 Load 값이 Ope-Base로 구한 각각의 Load 값과 똑 같음을 보이기 위한, (실제로는 사용되지 않는) 가상 Load Cases입니다. 실제로는 IBC 또는 KBC에 따라 Net Seismic Loads의 X축 성분과 Z축 성분을 SRSS로 더하여 Support Load로 사용해야 합니다. 내가 실제로 사용한 Seismic Load Cases는 아래에서 구체적으로 다시 설명되어질 것입니다.

CAESAR-II Load Case Combination Table
Ope-Base Load Cases Sus-Base Load Cases
L1=WW+HP HYD Algebr L1=WW+HP HYD Algebr
L2=W+T1+P1 OPE Algebr Norm.Ope. L2=W+T1+P1 OPE Algebr Normal Ope.
L3=W+T2+P1 OPE Algebr L3=W+T2+P1 OPE Algebr
Wind Support Load L4=W+P1+WIN1 OCC Algebr Wind Load
L4=W+T1+P1+WIN1 OCC Algebr Wind
Load
L5=W+P1+WIN2 OCC Algebr
L5=W+T1+P1-WIN1 OCC Algebr L6=W+P1+U1 OCC Algebr Seismic Load
L6=W+T1+P1+WIN2 OCC Algebr L7=W+P1+U2 OCC Algebr
L7=W+T1+P1-WIN2 OCC Algebr L8=W+P1 SUS Algebr Sustained Load
Seismic Support Load L9=L4-L8 OCC Algebr +X Dir Net Wind Load
L8=W+T1+P1+U1 OCC Algebr Seismic Load L10=L5-L8 OCC Algebr +Z Dir
L9=W+T1+P1-U1 OCC Algebr L11=L6-L8 OCC Algebr +X Dir Net Seismc Load
L10=W+T1+P1+U2 OCC Algebr L12=L7-L8 OCC Algebr +Z Dir
L11=W+T1+P1-U2 OCC Algebr Wind Support Load
L12=W+P1 SUS Algebr Sus.Load L13=L2+L9 OCC Algebr +X Dir Ope.기준
Wind Load와
같은 값
Net Wind Load L14=L2-L9 OCC Algebr -X Dir
L13=L4-L2 OCC Algebr Net Wind Load L15=L2+L10 OCC Algebr +Z Dir
L14=L5-L2 OCC Algebr L16=L2-L10 OCC Algebr -Z Dir
L15=L6-L2 OCC Algebr Seismic Support Load
L16=L7-L2 OCC Algebr L17=L2+L11 OCC Algebr +X Dir Ope.기준
Seismic
Load와
같은 값
Net Seismic Load L18=L2-L11 OCC Algebr -X Dir
L17=L8-L2 OCC Algebr Net Seismic Load L19=L2+L12 OCC Algebr +Z Dir
L18=L9-L2 OCC Algebr L20=L2-L12 OCC Algebr -Z Dir
L19=L10-L2 OCC Algebr Thermal Load Stress
L20=L11-L2 OCC Algebr L21=L2-L8 EXP Algebr Thermal Stress
Thermal Load Stress L22=L3-L8 EXP Algebr
L21=L2-L12 EXP Algebr Thermal Stress Wind Load Stress
L22=L3-L12 EXP Algebr L23=L8+L9 OCC Scalar +X Dir Wind Load
Stress
(좌측과 같음)
Wind Load Stress L24=-L9(NoRept) OCC Algebr -X Dir
L25=L8+L24 Scalar
L23=L12+L13 OCC Scalar Wind
Load
Stress
L26=L8+L10 OCC Scalar +Z Dir
L24=L12+L14 OCC Scalar L27=-L10(NoRept) OCC Algebr -Z Dir
L25=L12+L15 OCC Scalar L28=L8+L27 Scalar
L26=L12+L16 OCC Scalar Seismic Load Stress
Seismic Load Stress L29=L8+L11 OCC Scalar +X Dir Seismc Load
Stress
(좌측과 같음)
L30=-L11(NoRept) OCC Algebr -X Dir
L27=L12+L17 OCC Scalar Seismic Load Stress L31=L8+L30 Scalar
L28=L12+L18 OCC Scalar L32=L8+L12 OCC Scalar +Z Dir
L29=L12+L19 OCC Scalar L33=-L12(NoRept) OCC Algebr -Z Dir
L30=L12+L120 OCC Scalar L34=L2+L33 Scalar


나는 젊은 시절, Plant의 배관에 가해지는 Seismic Load를 Operation Mode에서 구해야 맞는 것으로 생각했었습니다. 그러나 위에서 Study한 바와 같이 Seismic Load를 Sustained Load를 기준해서 구해도 Operation Load를 기준하여 구한 모든 값과 완전히 같음을 확인했습니다. 한편, IBC, UBC, ASCE 7 또는 KBC에서는 아래에 보인 바와 같이 Net Seismic Load를 1.3배 키우거나 X-축과 Z-축의 성분을 SRSS로 합성하도록 규정하고 있습니다. 이 규정에 따라, 내가 과거에 대림 엔지니어링 Stress Team의 자문을 받아 작성, 군산 복합 발전소 배관 응력해석에 사용했던 (Seismic과 관련한) Load Cases를 Iso Dwg과 더불어 아래에 설명해 두었습니다.

International Building Code(2003)의 Seismic Load 합성:
1620.3.2 Direction of seismic load
. . . 생략 . . .
One hundred percent of the forces for one direction plus 30 percent of the forces for the perpendicular direction. The combination requiring the maximum component strength shall be used. Alternatively, the effects of the two orthogonal directions are permitted to be combined on a square root of the sum of the squares (SRSS) basis. When the SRSS method of combining directional effects is used, each term computed shall be assigned the sign that will result in the most conservative result.
. . . 생략 . . .
1616.5.1(2). An example of the required seismic load cases is as follows:
Seismic Load
Case 1
100% East-West Seismic Force Effect +
30% North-South Seismic Force Effect
Seismic Load
Case 2
30% East-West Seismic Force Effect +
100% North-South Seismic Force Effect
Alternatively, a method called the "square root of the sum of the squares" can be used where the force effects in the two orthogonal directions are squared, added and then the square root of the sum is taken.

Uniform Building Code(1997)의 Seismic Load 합성:
SECTION 1633 - DETAILED SYSTEMS DESIGN REQUIREMENTS
1633.1 General. All structural framing systems shall comply with the requirements of Section 1629.
. . . 생략 . . .
The requirement that orthogonal effects be considered may be satisfied by designing such e1ements for 100 percent of the prescribed design seismic forces in one direction plus 30 percent of the prescribed design seismic forces in the perpendicular direction. The combination requiring the greater component strength shall be used for design. Alternatively, the effects of the two Orthogonal directions may be combined on a square root of the sum of the squares (SRSS) basis. When the SRSS method of combining directional effects is used, each term computed shall be assigned the sign that will result in the most conservative result.

참고사항:
미국연방건축물 내진코드인 UBC(Uniform Building Code)는 ICC에서 발행한 IBC에 포함되었고, 이 UBC는 더 이상 발행되지 않게 되었습니다. IBC는 2000에 초판, 2003년과 2006년에 개정판이 발행되었는데, 2003년판에서 규정한 위의 Seismic Load의 합성에 대한 부분은 2006년 개정판에서 다루지 않는 것으로 보아 그 내용에 변함이 없어 보입니다.

미 토목학회(ASCE 7-95)의 Seismic Load 합성:
12.5 DIRECTION OF LOADING
12.5.3 Seismic Design Category C. Loading applied to structures assigned to Seismic Design Category C shall, as a minimum, conform to the requirements of Section 12.5.2 for Seismic Design Category B and the requirements of this section. Structures that have horizontal structural irregularity Type 5 in Table 12.3-1 shall use one of the following procedures:

a. Orthogonal Combination Procedure. The structure shall be analyzed using the equivalent lateral force analysis procedure of Section 12.8, the modal response spectrum analysis procedure of Section 12.9, or the linear response history procedure of Section 16.1, as permitted under Section 12.6, with the loading applied independently in any two orthogonal directions and the most critical load effect due to direction of application of seismic forces on the structure is permitted to be assumed to be satisfied if components and their foundations are designed for the following combination of prescribed loads: 100 percent of the forces for one direction plus 30 percent of the forces for the perpendicular direction; the c ombination requiring the maximum component strength shall be used.

b. Simultaneous Application of Orthogonal Ground Motion. The structure shall be analyzed using the linear response history procedure of Section 16.1 or the nonlinear response history procedure of Section 16.2, as permitted by Section 12.6, with orthogonal pairs of ground motion acceleration histories applied simultaneously.
여기에서 Simultaneous Application이 의미하는 것은 X-축과 Z-축의 Seismic Load를 SRSS로 결합해야 함을 뜻합니다.

Korea Building Code(2005)의 Seismic Load 합성:
0306.8.4 지진하중의 방향
. . . 생략 . . .
0306.8.4.1의 규정을 만족하여야 하며, 특히 <표 0306.4.4>에 규정된 평면비정형 유형 5에 해당하는 구조물의 설계부재력은 다음의 두 가지 방법 중 한 가지 방법을 이용하여 결정한다.

(1) 한 방향 지진하중 100%와 직각방향 하중의 30%에 대한 하중 효과의 절대값을 합하여 구하되, 두 조합 중 큰 값을 택한다.
(2) 직교하는 두 방향 하중 효과의 100%를 제곱합제곱근(SRSS) 방법으로 조합한다.


1.1 군산 복합싸이클 발전소 Seismic Load

CAESAR-II Load Case Combination

위에 보인 Iso Dwg은, 내가 과거 두원플랜트 엔지니어링에 근무할 때 응력 해석을 수행했던 것으로, 군산 Combined Cycle Power Plant(700MW)의 Steam Turbine에 연결되는 HP Steam Line을 보인 것입니다. Operation 온도는 564℃로 아주 높은 편이고, Steam Turbine으로 가는 Steam 량을 제어하기 위한 2개의 Valve 중량은 각각 19ton에 달하며, 여기에 Seismic Gravity Factor는 0.314로 아주 높은 편입니다. 이러한 악조건에서 Piping System에 Snubber Support를 사용하지 않고 배관 응력이 허용응력 이하가 되도록 하고, 또 Nozzle Load 값이 Allowable Load 값 이하로 되도록 하는 것은 거의 불가능합니다.

따라서 Iso Dwg에 보인 바와 같이 Snubber Support를 사용해야만 했었습니다. 이와 같이 Snubber를 사용할 경우에는 Net Seismic Load를 좌측 Load Case Combination Table에 보인 바와 같이 Seismic Load를 Sustained Load를 기준하여 구해야 합니다. 다음 지진에 대한 Support Load를 얻기 위해서는 Net Seismic Load의 X축 성분과 Z축 성분을 SRSS로 합해야 합니다.

Project: 군산 복합싸이클 발전소 yGinEngrs 2007.12.27
Load Cases R e m a r k s
L1=W HGR - Spring Support
Load를 구하는 수식
L2=W+D1+T1+P1 HGR -
L3=WW+HP+H HYD Algebr Load
L4=W+P1+H SUS Algebr Sustained Load
L5=W+D1+T1+P1+H OPE Algebr Steam Turbine의 운전 모드는 상당히 다양하다.
L6=W+D2+T2+P1+H OPE Algebr
L7=W+D3+T3+P1+H OPE Algebr
L8=W+D4+T4+P1+H OPE Algebr
L9=W+D5+T5+P1+H OPE Algebr
L10=W+D6+T6+P1+H OPE Algebr
L11=W+P1+H+U1 OCC Algebr Sustained Load
L12=W+P1+H+U2 OCC Algebr
L13=L11-L4 OCC Algebr Net Seismic Load
L14=L12-L4 OCC Algebr
L15=L13+L14 OCC SRSS X축과 Z축 Load를
합성한다.
L16=L5+L15 OCC Algebr 운전 Mode의
Seismic Load
L17=L5-L15 OCC Algebr
L18=L5-L4 EXP Algebr Thermal Load Stress
L19=L4+L15 OCC Scalar Seismic Load Stress

SRSS로 합(Sum)한 Net Seismic Load를 주 Operation Mode의 Load와 합하면 운전 상태에서 발생한 (지진의) Seismic Support Load가 됩니다. 또한 이 Seismic Load는 -X과 -Z축의 방향으로도 발생할 수 있음으로 Ope.Load(L5)에 Net Seismic Load(L15)를 빼주는 것(L17=L5-L15)도 잊지 않아야 합니다.

Seismic Load에 대한 Stress 값은, 우측에 보인 바와 같이, SRSS로 합한 Net Seismic Load(L15)를 Sustained Load(L4)와 Scalar로 합(Sum)해야 합니다. Load Case를 Summation 할 때 Default로 Algebraic이 공급됨으로 주의해야 합니다. 나도 당시 이를 Algebraic으로 합하는 실수를 범했었습니다. -끝- 2010. 08.15. 양기와



2. Two-Guide One-Stop Support의 활용

고온의 배관이 Pipe Rack을 통과할 경우, 좌측 그림에 보인 바와 같이, 열팽창 량이 흡수되도록 배관 Route를 Loop 모양으로 만들고, Two-Guide One-Stop 또는 One-Guide 3-Way Directional Stop Support를 사용한다. 이와 같이 배관 Loop의 전후를 Two-Guide One-Stop으로 구속하면 배관의 Loop에서 열팽창으로 인하여 발생한 Forces와 Moments는 모두 차단된다. 좀 더 엄밀히 말하면, Two-Guide One-Stop를 두면 (위 그림에서 Mz에 해당하는) 배관의 진행방향에 대한 (Torsional) Moment를 제외한 모든 방향의 Forces와 Moments가 차단된다. 차단되지 않고 Two-Guide One-Stop을 통과한 Torsional Moment는 배관이 진행방향을 바꾸는 (꺾이는) 부위에서 소멸된다.

따라서 Two-Guide One-Stop은 배관의 설계구역이 다른 (Battery Limit) 경계지점의 Support로 사용되기도 하고, 또 Stress Iso Dwg이 10장 이상으로 많은 배관 Routine을 Analysis 할 경우, 소 규모의 (Problem) Run-Package로 분리하기 위해서 종종 사용된다. Node No가 1000을 넘길 정도로 그 규모가 큰 배관 System은 적절한 위치에 Two-Guide One-Stop을 두어 소형으로 분리하고 응력해석을 수행하는 것이 좋다.





3. Air Fin Cooler의 Tube Header Modeling

Air-Cooled Heat Exchanger는 케미컬 플랜트에서 아주 많이 사용된다. 이 Exchanger의 Allowable Nozzle Loads는 API STD 661에 규정되어 있는데, 그 값이 매우 작아 이를 만족하는 것이 쉽지 않다. 아래의 글은 중급 이하 모든 Stress Engineer에게 도움을 주고자, 내 후배이기도 하고 또 친구이기도 한 (20년 전, 대림엔지니어링 Stress Engineer로서 나에게 Stress 이론을 주지시키기도 했던) 김x덕씨의 자문을 받아 작성한 것이다.

Air Fin Cooler는 대체로 아래에 보인 바와 같은 형상을 하고 있는데, 보통 위쪽 Nozzle로 냉각할 유체(Water)가 입력되고 아래쪽으로 냉각된 유체가 빠져 나가도록 되어 있다. 따라서 Tube Header의 온도는 유입/유출 유체온도의 중간 값을 취한다. 이러한 Air Fin Cooler는 보통 (3,4) 서너 개가 Pipe Rack 맨 위에 설치되고, 이들 Air Fin Cooler의 각 Nozzle은 배관으로 모두 Header에 연결된다.

고전적인 방법으로는 각 Air Fin Cooler의 중점(170)을 (ANC) Fixed Pt로 설정하고 Modeling한다. 이 경우, Air Fin Cooler가 3개 이상으로 많고, 또 각 Nozzle과 Header를 연결하는 배관에 유연성(Flexibility)이 부족하면, 맨 우측 Air Fin Cooler의 우측 Nozzle과 맨 좌측의 Air Fin Cooler의 좌측 Nozzle에는 상당한 Load가 걸리게 되어 API-661에 규정한 Nozzle Load를 맞추는 것이 힘들어 진다.

한편, API STD 661에는 아래에 보인 바와 같이 Tube Bundle(Bay)이 이동(Movement)할 수 있도록 되어야 하는 것이 명시되어 있다.

7.1 Tube bundle design
. . . 생략 . . .
7.1.1.2 The vendor shall make provision for lateral movement of exchanger tube bundles of at least 6mm(1/4inch) in both directions or at least 12mm(1/2inch) in only one direction, unless the purchaser and the vendor agree on a greater movement.

이 규정에 따라 Air Fin Cooler가 얼마간 이동할 수 있도록 Air Fin Cooler의 Tube Header를 Modeling 하면 맨 우측과 맨 좌측의 Nozzle에 큰 Load가 걸리는 것을 피할 수 있다. 아래는 API-661의 규정, 양쪽 6mm (한쪽12mm) Movement을 고려하여 Tube Header를 Modeling 한 예를 보인 것이다.



위 그림에 보인 바와 같이, Tube Header의 중점(170)을 CNode ANC로 잡고, CNode 점(171)을 위 그림에 보인 바와 같이 Displacements로 구속한다. 보통 Nozzle의 구속 수단으로 사용되는 Displacements의 구속에서는 빈칸으로 두면 구속되지 않는 상태로 설정된다. 이 기능을 이용하여 Z-축 방향은 자유로운 상태로 설정하고 다음, 맨 우측 Nozzle과 맨 좌측 Nozzle에 연결되는 (Rigid) Header의 Node Pt를 각각 +Z축 방향과 -Z 방향에 대하여 6mm(또는 12mm) Gap을 주고 구속한다.

Air Fin Cooler에 유입되는 작업유체의 온도는 그렇게 높지는 않으나 다수의 Air Fin Cooler가 하나의 Header에 연결되고, Air Fin Cooler의 (위 그림에서 Z-축에 해당하는) 총 길이가 20m를 넘으면, Nozzle이 연결되는 Header의 열팽창 량이 (한쪽으로) 12mm 이상으로 될 수도 있다. 이러한 경우에는 맨 끝 쪽에 위치한 Air Fin Cooler가 12mm를 이상으로 이동하지 못하도록, 아래에 보인 바와 같이, Gap을 12mm로 주고, Z-축을 구속해 주어야 한다. 그리고 응력해석 결과, 6mm 이상의 Movement가 발생한 경우에는 Iso Dwg에 이 Gap을 표시하고, Air Fin Cooler가 (양쪽으로 6mm가 아닌) 한쪽으로만 12mm를 이동할 수 있게 설치(시공)되도록 적절한 수단을 취해야 한다.

아래의 그림은 Air Fin Cooler 관련 배관의 응력해석에 대하여 보다 쉽게 설명하기 위하여, 냉각해야할 유체가 하나의 Piping Header로부터 3개의 Air Fin Cooler에 유입되도록 의도적으로 구성한, Iso Dwg과 응력해석을 설명하기 위한 Dwgs이다. Air Fin Cooler 배관 System은 아래에 보인 바와 같이 각각 다른 3가지 해석 방법이 사용될 수 있다.

Case-1:
이는 Air Fin Cooler의 Tube Header의 중점을 각각 Z-축에 대하여 구속한 경우이다.

맨 좌측 Nozzle에 대하여 배관 Header는 중점으로부터의 거리 LPH에 의하여 열팽창을 하고, Air Fin Cooler의 Header는 거리 LTH에 의거 열팽창을 한다. 그러므로 배관의 Header가 Tube Header보다 더 많은 열팽창을 하게 된다. 이 경우에는 맨 우측과 맨 좌측 Nozzle에는 열팽창에 의하여 매우 큰 Nozzle Load가 가해진다.

Case-2:
이는 3개의 Air Fin Cooler의 Header를 어떤 Thrust Block으로 모두 연결하고 중앙 Air Fin Cooler의 중점을 Z-축에 대하여 구속한 경우이다.

맨 좌측 Nozzle에 대한 배관 Header의 열팽창 거리(LPH)와 Air Fin Cooler의 열팽창 거리(LTH)는 같다. 그러나 배관 Header의 온도에 비하여 Tube Header의 온도는 좀 낮다. 따라서 열팽창 량은 다르다. 그러므로 이 열팽창 량의 차이에 의하여 맨 좌측과 맨 우측 Nozzle에는, Case-1에 비하여 작기는 하지만, 상당한 크기의 Nozzle Load가 가해진다.

Case-3:
이는 API STD 661 Lateral Movement(6mm/12mm)의 규정에 따라 각각의 Air Fin Cooler가 Z-축에 대하여 움직일 수 있게 구속하지 않는 경우이다.
이 경우에는 배관 Header의 열팽창 거리(LPH)와 Air Fin Cooler의 열팽창 거리(LTH)는 Case-1의 경우와 같다. 그러나 맨 우측의 Air Fin Cooler(001A)는 우측으로 맨 좌측의 Air Fin Cooler(001C)는 좌측으로 이동하게 됨으로, 사실상 Nozzle Load는 열팽창 량의 차, 즉, 같은 열팽창 거리 LTH에 대하여 배관 Header의 온도와 Tube Header의 온도와의 차에 의하여 결정되는 열팽창 량의 차이에 따라 주어진다. 따라서 이 경우에 Nozzle에 가해지는 Nozzle Load는 제일 작은 값이 된다.

이와 같이 Air Fin Cooler의 Tube Header를 Modeling하면 Air Fin Cooler의 Nozzle Load를 API STD 661에 규정한 Allowable 값 이하로 맞추는 데 큰 어려움이 없을 것입니다. 2010.09.05. 양기와



4. Allowable Stress Range

우리가 Sustained Stress라고 하는 것은 B31.1과 B31.3에서 Longitudinal Stresses로 불린다. 즉, Pressure Stress(=Hoop Stress), Weight Stress 등, 항시적으로 가해지는 Stress를 말하는 것으로 기호는 SL로 나타낸다. 이 Stress(SL)는 운전모드에서 Mat'l Allowable Stress 값(Sh)을 초과해서는 안 된다.

한편, Thermal Stress는 아래의 공식으로 주어진다.

SE = (Sb2 + 4St2)1/2
여기에서
Sb = Resultant Bending Stress
St = Resultant Torsional Stress

이 Thermal Stress는 아래의 수식 1a 또는 1b에 의한 값(SA)을 초과해서는 안 되도록 규정하고 있다.

SA = f(1.25Sc + 0.25Sh)   . . . 1a

이 식(1a)은 SL이 Sh와 같은 경우, 즉, Sustained Load의 Stress 값이 Allowable 값을 100% 다 사용한 경우에 적용되어야 할 극한 상태에서의 Allowable Stress 값을 보이고 있다. 그러나 보통 Sustained Stress 값(SL)은 코드에서 주어진 Allowable Stress 값(Sh)의 60% 이하가 되도록 하는 것이 응력해석의 Practice이다. 그러므로 현실적으로 Thermal Stress의 Allowable 값은 아래에 보인 수식 '1b'의 값이 적용된다.

B31.1과 B31.3에서는 주어진 Allowable 값(Sh)과 Sustained Load에 의한 Stress 값(SL)과의 차를 위 수식 '1a'에 의한 값(SA)에 더하도록 규정하고 있다. 따라서 현실적인 Allowable Stress Range는

SA = f(1.25Sc + 0.25Sh) + f(Sh - SL)
   = f(1.25Sc + 1.25Sh) - fSL
   = f[1.25(Sc + Sh) - SL]   . . . 1b

이와 같이 된다. 이는 Sustained Load 값이 작아지면 Thermal Allowable Load 값이 더 커짐을 뜻한다. 그러나 어떤 회사에서는 Thermal Allowable Load 값으로, Sustained Load에 따라 가변적으로 변하는 수식 '1b'를 사용하지 않고, 항상 일정하게 주어지는 수식 '1a'를 고집하는 경우도 있다.

Libral Stress Allowable [for this job] [v]

CAESAR-II에서 Thermal Allowable Load 값으로 위의 식 '1b'를 사용하고 싶으면 위에 보인 옵션 항목을 체크헤 주어야 한다. 위의 옵션 항목은 CAESAR-II Input Menu 'Environment' > 'Special Excution Parameters'에서 (Seismic) Uniform Load를 G's Factor로 설정하는 옵션 Line의 바로 위에 위치한다.



5. 와이진엔지니어스의 Utility Program Download            

아래의 S/W들은 Setup.exe로 설치하지 않고 Download하여 바로 사용할 수 있도록 제작된 것들입니다. 사용하다 혹 버그가 발견되면 메일 주세요. 바로 고치겠습니다. 압축(zip) 파일로 되어 있으니 Download 후 압축을 풀어 사용하세요. 다운한 파일이 실행되지 않으면, 마우스 커져(손모양)를 올려놓고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 후 이어서 나타나는 팝업 메뉴에서 "다른 이름으로 대상 저장(A)..."을 선택하여 Download 하십시오.

1. Global Forces/Moments를 Local 좌표 Forces/Moments로 변환하는 LoadsTrans.exe

LoadsTrans.exe Download

2. API-610 Pump Nozzle Load를 Allowable Load와 비교 체크하는 API-610_NozzChk.exe

API-610_NozzChk.exe Download

3. 정해진 각도으로 제작되어야 할 Trim Elbow의 기울어진 각을 계산하는 ElbAngCalc.exe
    (이는 배관 응력해석과는 관련이 없는 배관 디자인에 관한 S/W입니다)

ElbAngCalc.exe Download



4. Line의 유연성을 체크하는 엑셀 파일 PipingFlexChk.xls
디자이너가 Vessel, Heat Exchanger, Pump 등의 노즐에 연결되는 Line을 Layout을 할 때 Line의 Flexibility를 적절하게 주기 위하여 좀 고심하게 됩니다. Line의 Flexibility가 작으면 응력해석에서 지적을 받아 결국 Line을 다시 디자인 하게 됩니다. 아래 엑셀 파일은 누구라도 배관의 유연성을 쉽게 체크해 볼 수 있도록 하기 위하여 만들어진 것입니다.

Excel File에서는 Visual BASIC이 지원됩니다. 위의 배관 유연성 체크 S/W는 엑셀 Visual BASIC으로 만들었습니다. Visual BASIC을 사용하면 엑셀의 함수를 사용하는 것보다 훨씬 더 편리하게 여러분들의 작업을 신속하게 처리할 수 있습니다. 여분들이 Excel BASIC을 배우는 데 도움이 되도록 암호를 걸지 않고 열어두었습니다. 이 프로그램으로 여러분들의 Excel BASIC의 실력이 향상되기를 바랍니다.

다운한 후 실행하면 일부 셀에 '#####'이 표시될 수도 있습니다. 이는 사용하는 엑셀에 매크로가 실행되지 않도록 설정되어 있기 때문입니다. 보안센터에서 '매크로 설정' 탭을 선택한 후, 맨아래에 있는 '모든 매크로 포함(위험성...' 항목을 선택 하고 이어서, 바로 아래에 있는 '[v] VBA 프로젝트...'에 체크하여 이를 활성화 해야합니다. 다음에 엑셀을 완전히 닫고 다시 열면 모든 마크로 프로그램이 정상적으로 실행됩니다.


PipingFlexChk.xls Download


5. Flange의 Leakage 상태를 Analysis하는 Excel File FlgLeakageAnal.xls
이 Flange의 Leakage Analysis 엑셀 파일은 CARSAR-II Ver.4.5 이하의 것을 사용할 때 유용합니다. 지금은 보통 Ver.5.2 이상의 S/W를 사용하므로 입력 시트에서 'Flange Checks' 옵션 항목을 체크하여 이를 활성화 하면 자동으로 Flange의 Leakage 상태가 체크됩니다.

FlgLeakageAnal.xls Download

위의 프로그램들은 모두 사용방법이 간단하여 별도의 메뉴얼이 제공되지 않았습니다.
유용하게 잘 사용하시길... 2013.12.12 양기와