안녕하세요
오늘은 제조업에서
많이 쓰이는 배관에 대해서
알아보도록 하겠습니다.
우리 주변에서 볼 수 있는 배관들은
아파트 지하주차장에 있는 소화배관이나
폐수 처리장 밑에 흐르는 배관 정도로
볼 수 있지만, 산업 공장 내에서
특히 석유화학 회사에서는 공장 자체가
파이프로 이루어졌다고 봐도 될 정도입니다.
그만틈 석유화학산업은
배관 공부가 필수적으로
이루어져야 합니다!
먼저, 배관(pipe)가 무엇이고
어떠한 부품(구성요소)이 있는지
같이 확인해 봅시다
배관 역할은?
: 유체(기체,액체 등, 예를 들어 가스, 기름)를 이송하거나 압력을 전달함.
재질(Material)
종류 : Steel, Brass, Lead, Aluminum,
Monel, Alloy, Glass, Plastic, etc
※ 배관의 분류는 채택 Code 에
따라서 명명하는 법이 다릅니다.
그중에서도 석유화학에서 가장 많이
채택하는 Code 는 ASME/ASTM CODE
기준으로 배관을 말씀드리겠습니다
KS(Korea Standard), JIS(Janpan Industrial Standard),
ASME/ASTM(American Society of Mechanical Standard)
배관의 사이즈(SIZE) :
NPS(공칭경=호칭경) ----> ASME 기준
⇒ 일반적으로, 배관의 사이즈는 외경(Outside Diameter)을 기준으로 합니다.
⇒ 서로 다른 유체의 유량, 압력과 온도 등
변수에 대하여 적절히 대처하기 위해
배관 두께, 사이즈를 별도로 설정해야 합니다.
이에 미국기계학회(ASME)에서는
외경+두께를 함께 고려하여 파이프를
명명하기 위해서 'NPS' 라는 것을 만들게 됩니다.
NPS (Nominal Pipe Size)
(이름을 공식적으로 칭함 --> 공칭경=호칭경)
그러므로, NPS 숫자는
"외경(O.D)" 만을 의미하는 것이 아닙니다
즉, 외경+두께 복합
예를 들면 8" NPS , STD 두께가 있다고 치면,
외경은 8"x25.4mm = 203.2mm 로 계산되는데
실제 외경(O.D)은 219.1mm 로 더 큰 것을 알 수 있다.
우리가 결론적으로 알 수 있는 것은,
v 1/8”~12” → Nominal Size는 O.D와 다름.
v 14” 이상 → Normal Size 와 O. D은 동일.
앞서 말했던 것같이, Code 분류에 따라서도
배관 사이즈를 칭하는 호칭경이 다르므로
잘 구분해서 자재를 발주해야 합니다!!
(일본공업규격 JIS 기100A = ASME NPS4 동일)
Pipe Wall Thickness
배관 내 Service 유체에 따라 압력, 온도가 달라지므로
두께 변화를 주며 경제성/안정성을 판단합니다.
ASME/ASTM 기준으로 배관 두께는
스케줄 넘버(Schedule Number)로 표시합니다.
그럼, 스케줄 넘버(Schedule Number) 란 무엇일까요?
▶ 운전압력(Pressure) 을 배관의 최대허용응력(Stress)
로 나눈 값으로 SCH80, SCH40 등으로 나타낸다.
Sch. NO. = 운전압력(P)/최대허용응력(S) X 1000 (Kgf/cm2)
즉, 상대적으로 운전압력(P) 이 높고
배관의 최대허용응력(S)가
낮으면 SCH.NO 는 커진다.
∨ SCH40 < SCH80 < SCH160 순으로
배관두께는 두꺼워진다.
이에 따라 일반적으로 재질 Upgrade에 따라서
탄소강, 스테인리스 재질 배관에 대하여
최소 SCH NO. 적용을 다르게 하고 있습니다.
일반 C.S 와 SUS 를 비교하자면
아래와 같이 Min. Thickness of Pipe 기준으로 합니다.
▷그럼 여기서, 석유화학 현업에서
발생할 수 있는 선택사항에 대해서 알아보겠습니다!
FLOW 방향이 위와 같이 되어 있는 파이프에
INLET 1/2" 배관이 연결되어 내부 파이프 유체와
Mixing을 하는 In-line Mixer(재질:탄소강)가 있습니다.
이때, 1/2" inlet pipe에서 부식으로 인하여
pipe에 pinhole(부식 crack)이 발생하였습니다.
이에 1/2" Pipe만 신규 교체할 시,
부식 방지를 위해서는
1) SCH NO. 변경
2) 재질 변경
2가지 사항을 선택할 수 있습니다.
하지만,
기존 SCH40 에서 SCH160으로 변경할 경우,
Inlet Mixing pipe에서 들어오는
유체 유량이 줄어들기 때문에
Process 상 유체 성분 조성에
영향을 줄 수 있기 때문에
이 점을 인지하여 적용해야 합니다.
배관 두께를 표시하는 방법은
스케줄 넘버(SCH NO.)
외 한가지가 더 있습니다 (ASME 기준)
IPS(IRON PIPE SIZE) 철 규격으로
STD, XS, XXS 을 사용하여
배관 두께를 호칭합니다.
v Standard Weight(STD)
Extra Heavy(XS)
Double Extra Heavy(XXS)
스케줄 넘버가 있는데 굳이
이걸 왜 사용할까 했는데요...???
초기 산업시대에는 Iron 을 이용하여
배관을 만들었으며, 당시 배관 사용압력
및 온도가 지금처럼 다양하지 않았기 때문에
Weight Standard (STD) 만 있었다고 하네요
그러다가 XS, XXS 가 추가되며 발전하였고
이후에 스케줄 넘버가 도입되었다고 합니다.
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