설계조건(설계온도·설계압력) 선정 기준과 MAWP 차이

1. 설계조건은 ‘입력값’이 아닌 ‘엔지니어 판단 결과’

플랜트 및 압력용기 설계에서 설계온도(Design Temperature)와 설계압력(Design Pressure)은 단순한 입력값이 아닙니다.

이는 다양한 운전 시나리오와 위험요소를 종합하여 도출되는 엔지니어링 판단 결과입니다.

 

실무에서는 종종 제작 이후 개념인 MAWP(Maximum Allowable Working Pressure)와 혼동되지만, 핵심은 다음과 같습니다.

 

👉 설계조건(온도·압력)이 먼저이며, MAWP는 그 결과로 따라옵니다.

 

 

2. 설계압력(Design Pressure) 선정 기준

2.1 기본 개념

설계압력은 설비가 견뎌야 하는 최대 압력 조건을 정의한 값입니다. 중요한 점은 “정상 운전압력”이 아니라는 것입니다.

 

👉 반드시 비정상 상황(Overpressure Scenario)까지 포함해야 합니다.

 

2.2 법령 및 코드 기준

국내 및 국제 기준은 다음과 같습니다.

• 고용노동부
• 한국가스안전공사 (KGS Code)
• ASME Section VIII

공통 요구사항:

• 설계압력은 예상 가능한 최대 압력 이상으로 설정
• 과압 발생 시 보호수단(PSV 등)과 연계

 

2.3 실무 선정 절차

(1) 정상 운전조건 정의

• Normal Operating Pressure 확인
• Control Range 확인

(2) Overpressure Scenario 도출

필수 검토 항목:

• Blocked Outlet
• Control Valve Failure
• Heat Input 증가 (Fire Case 포함)
• Thermal Expansion

👉 가장 높은 압력을 발생시키는 Case를 선정

(3) 설계압력 결정

설계압력 결정은 다음의 2가지 방식으로 산정될 수 있습니다:

• Design Pressure = Max. Operating Pressure (M.O.P) + 1.8 bar
• 혹은 Design Pressure = M.O.P * 1.1

상기 식 중 가장 큰 값을 적용하여 설계압력에 반영합니다.

 

 

3. 설계온도(Design Temperature) 선정 기준

3.1 기본 개념

설계온도는 설비가 구조적으로 안전하게 견딜 수 있는 온도 범위입니다.

 

👉 최고온도뿐 아니라 최저온도까지 포함해야 합니다.

 

3.2 법적 및 기술 기준

• 한국산업안전보건공단
• KGS Code
• ASME Section II

 

3.3 실무 선정 기준

(1) 최고 온도 기준

• Max Operating Temperature
• Reaction Heat / External Heating

👉 일반적으로 +30℃ 여유 적용

(2) Worst Case 온도

• Runaway Reaction
• Fire Exposure
• Steam Tracing 이상

(3) 저온 조건

• 압력강하(Joule-Thomson Effect)
• Cryogenic 서비스

👉 저온 취성(Brittle Fracture) 방지 목적

 

 

4. MAWP란 무엇인가?

MAWP(Maximum Allowable Working Pressure)는

설비가 실제 제작 완료된 이후, 해당 온도에서 구조적으로 허용되는 최대 압력입니다.

 

👉 즉,

• 설계자가 정하는 값 ❌
• 제작 결과로 “결정되는 값” ⭕

 

4.1 MAWP가 결정되는 요소

• 재질 (Material Allowable Stress)
• 두께 (Thickness)
• 부식 여유 (Corrosion Allowance)
• 제작 공차

👉 일반적으로 "강도계산"으로 불리기도 합니다.

👉 동일한 설계압력이라도 제작 결과에 따라 MAWP는 달라질 수 있습니다.

 

 

5. 설계압력 vs MAWP 차이

구분	설계 압력 (Design Pressure)	MAWP
정의	설계 시 기준 조건	제작 후 허용 압력
결정 시점	설계 단계	제작 완료 후
성격	입력값	결과값
기준	Scenario 기반	Code 계산 기반

 

5.1 엔지니어 판단 기준 (중요 포인트)

✔ 기본 원칙

👉 MAWP ≥ Design Pressure는 반드시 만족해야 합니다

✔ 실무에서의 판단 흐름

1. 설계조건(온도·압력) 선정
2. 재질 및 두께 결정
3. 계산 수행
4. MAWP 산출
5. Design Pressure와 비교

✔ 문제가 되는 케이스

• MAWP < Design Pressure
  👉 설계 실패 (두께 증가 또는 재설계 필요)

✔ 여유 설계 전략

• MAWP를 Design Pressure보다 여유 있게 확보
  👉 향후 운전 변경 대응 가능

 

 

6. 관공서(KGS / KOSHA / 고용노동부) 검토 관점

국내 기관들은 다음을 중점적으로 확인합니다.

6.1 설계조건의 타당성

• 왜 이 압력인가?
• 왜 이 온도인가?

👉 Scenario 기반 설명 요구

 

6.2 MAWP 검증

• Code 계산 적합성
• 재질 및 두께 적정성

 

6.3 전체 일관성

• 설계압력 ↔ PSV ↔ MAWP
  👉 서로 불일치 시 보완 요구

 

 

7. 실무 핵심 요약

설계 시 반드시 기억해야 할 4가지입니다.

1. 설계압력은 Worst Case 기준으로 선정
2. 설계온도는 고온 + 저온 모두 고려
3. MAWP는 설계 결과로 도출되는 값
4. MAWP ≥ Design Pressure는 절대 조건

 

 

8. 결론

설계조건(설계온도·설계압력)은 단순한 입력값이 아니라 플랜트 안전성을 결정하는 핵심 설계 판단 요소입니다.

 

특히 MAWP와의 관계를 명확히 이해하는 것이 중요합니다.

• 설계조건 → “우리가 설정하는 기준”
• MAWP → “설비가 실제로 버틸 수 있는 한계”

따라서 실무에서는 단순 경험이 아닌, 고용노동부, 한국가스안전공사, 한국산업안전보건공단 기준에 기반한 시나리오 중심 설계가 필수입니다.