Stiffener의 개념과 역할: Vessel 구조 보강의 핵심 요소

Stiffener의 개념과 역할: Vessel 구조 보강의 핵심 요소

 

 

 

 

 

■ 개요

1. 정의

 

1) Stiffener는 구조물의 강도를 보강하기 위해 부착하는 보강재로, Vessel이나 배관이 내부 또는 외부의 압력에 의해

  변형되는 것을 방지하는 역할을 함

 

2) 특히, 두께만으로 압력을 견디기 어려운 경우 적용되며, Shell이 외부 압력으로 인해 찌그러지는 현상을

  방지하기 위해 사용됨

 

 

 

2. 역할

 

1) Vessel 내부 압력(Internal Pressure)과 외부 압력(External Pressure)에 대한 구조적 안정성을 확보

 

2) 설비의 변형을 방지하여 장기적인 내구성과 안전성을 향상

 

3) 특정 구조에서 과도한 두께 증가 없이 경제적으로 보강 효과를 제공

 

 

 

 

 

■ Stiffener의 필요성

1. 내부 압력(Internal Pressure)에 대한 보강

 

1) Vessel이 높은 내부 압력을 받으면, Shell의 두께가 증가해야 하지만, 두께 증가만으로 모든 압력을 견디는 것은

  비효율적일 수 있음

 

2) 구조적 효율성을 고려하여 Stiffener를 적절히 적용하면, 최소한의 두께 증가로도 Vessel의 내압 성능을 향상할 수 있음

 

 

 

2. 외부 압력(External Pressure)에 대한 보강

 

1) Vacuum 상태 또는 외부 압력이 가해지는 경우, Vessel의 Shell이 안쪽으로 찌그러지는 현상(붕괴 현상)이

  발생할 수 있음

 

2) 이 경우 Stiffener를 외부에 부착하여 압력으로 인한 Shell 변형을 방지하는 것이 효과적임

 

 

 

3. 경제적 설계

 

1) 두께 증가만으로 강도를 확보하는 경우, 재료비와 제작 비용이 과도하게 증가할 수 있음

 

2) Stiffener를 활용하면 재료 사용을 최적화하면서도 구조적 안전성을 유지할 수 있음

 

 

 

4. 설비의 안정성 확보

 

1) Vessel 및 배관의 구조적 강도를 증가시켜 장기적인 안정성을 확보하며, 압력 변동에 따른 피로 파괴 가능성을 감소시킴

 

 

 

 

 

■ Stiffener의 유형

1. Ring Type Stiffener

 

1) Vessel 외부에 원형(Ring) 형태로 용접하여 Shell이 외압으로 인해 찌그러지는 것을 방지하는 구조

 

2) 일반적으로 일정 간격을 두고 설치하여 Shell의 구조적 강성을 확보

 

 

 

2. Longitudinal Stiffener

 

1) Vessel 또는 배관의 길이 방향으로 부착하여 길이 방향의 휨과 변형을 방지하는 보강재

 

2) 내부 및 외부 압력에 의한 전체적인 구조 변형을 방지하는 역할

 

 

 

3. Radial Stiffener

 

1) Vessel의 특정 부위에 방사형(Radial)으로 배치하여 구조적 지지력을 강화하는 방식

 

2) 대형 Vessel 또는 특수한 설비에서 적용될 수 있음

 

 

 

4. Combination Stiffener

 

1) 여러 가지 Stiffener 방식을 결합하여 압력 조건 및 설계 요구사항에 맞게 적용하는 방식

 

2) 예를 들어, Ring Type과 Longitudinal Stiffener를 함께 적용하여 내부 및 외부 압력을 동시에 보강할 수 있음

 

 

 

 

 

■ Stiffener 설계 시 고려 요소

1. 압력 조건

 

1) Vessel이 받는 내부 및 외부 압력의 크기와 특성을 분석하여 적절한 Stiffener 설계를 수행해야 함

 

 

 

2. Stiffener 간격

 

1) Stiffener를 너무 멀리 배치하면 보강 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 너무 가까우면 비용 증가와 작업성이

  저하될 수 있음

 

2) 설계 기준에 따라 적절한 간격을 유지하는 것이 중요

 

 

 

3. 용접 방식

 

1) Stiffener는 용접을 통해 Vessel에 부착되므로, 용접부의 강도 및 품질이 중요한 요소가 됨

 

2) 용접 방식 및 재료 선택을 신중히 고려하여 용접부에서 발생할 수 있는 응력 집중을 최소화해야 함

 

 

 

4. 재료 선택

 

1) Vessel과 동일한 재질을 사용하는 것이 일반적이지만, 구조적 요구사항과 제작 비용을 고려하여 적절한 보강재를

  선택해야 함

 

 

 

5. 열응력 및 피로 강도

 

1) Stiffener 부착으로 인해 발생할 수 있는 열응력 및 반복 하중에 의한 피로 파괴 가능성을 평가해야 함

 

 

 

 

 

■ Stiffener 적용 사례

1. 고압 Vessel
내부 압력이 높은 Vessel에서 Shell의 두께 증가만으로 구조적 안정성을 확보하기 어려운 경우, Stiffener를 적용하여 보강

 

 

 

2. 진공 Vessel 및 외부 압력이 가해지는 구조
외부 압력이 작용하는 Vessel에서 Shell이 찌그러지는 현상을 방지하기 위해 Ring Type Stiffener를 적용

 

 

 

3. 대형 저장탱크 및 열교환기
대형 설비에서는 장기적인 구조적 안전성을 확보하기 위해 Longitudinal 및 Radial Stiffener를 함께 적용

 

 

 

4. 화학 공정 및 플랜트 설비
극한 환경에서 사용되는 Vessel 및 배관에서 Stiffener를 적용하여 내구성을 향상