[공학나라] 기계 공학 기술정보

Flange의 규격

ANSI B16.5 Steel Pipe Flanges and Flanged Fittings

ANSI B16.47 Large-Diameter Steel Flanges(26”~60”)

API STD 605 Large-Diameter Carbon Steel Flanges(Class 150~300#)

MSS SP-44 Steel Pipe Line Flanges

MSS SP-65 High Pressure Chemical Industry and Thread Stubs For use with Lens Gaskets.

ISO 2084/2441 Pipe Line Flanges for General use

ISO 2229 Equipment for the Petroleum and Natural Gas Steel Pipe Flange Normal Sizes ½ to 24in (Base on ANSI B16.5)

출처

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

배관 두께 선정

설계온도 및 압력에서 최소 배관두께는 아래 공식에 의하여 계산된다. (ASTM/ASME B31.1 PARA 104. 1.2)

여기서, 

tn= 최소관의 두께(㎜)

P = 내부설계 압력(㎏/㎠. g)

D_0 = 관외경(㎜)

S = 설계온도에서 재질의 최대허용 응력(㎏/㎠) (ASME B31. 1 부록(A))

E = 접합효율 (1:seamless, 0.95:electric fusion weld, double butt, straight or spiral seam APL 5L, 0.85:ERW)

d = 허용 제작공차가 고려된 최대 내경(㎜)

A = 추가 두께(기계적 여유, 부식 여유등)

Y = 아래표에 의한 계수 (ASME B31. 1 TABLE 104.1.2(A))

1. 표에 명시된 중간값에 대해서는 보간법이 사용된다.

2. 주철 및 비철금속의 Y 값은 0.4

3. D0 / tm ＜ 6일 경우 482℃ 이하에서 Y = d / (d+D0)

관을 Bending 하여 사용하는 경우에는 굽힘으로 인해 얇아지는 두께를 보상한 후 ANSI/ASME B36.10 또는 제작사 규격으로부터 최소 관두께보다 두꺼운 두께를 선정한다. 이때 계산된 최소 배관두께 tm은 표준화된 배관 공칭두께의 제작공차를 고려한다.

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

배관 재료의 성질 및 해당 ASTM

1) 탄소강

(1) 탄소강의 분류 및 합금 원소에 따른 일반적 특성

강(Steel)은 0.01%~2%의 탄소와 적어도 0.25% 이상의 망간 원소를 함유한 합금철(Iron Base Alloy)이라 할 수 있다.

불순물(인, 황)의 양은 최소한으로 제한되고 기타 다른 원소가 첨가되면 합금강이 된다. 합금강의 Type, Grade 들은 첨가되는 원소와 그 양에 의해서 결정된다. 예를 들면 니켈, 크롬, 바나듐, 텅스텐, 니오붐(Nb)등의 원소가 5% 이하 첨가되면 저합금강이 되고 12% 이상 첨가되면, Stainless Steel이 된다.

합금원소가 계속 첨가되어 50% 이상되어 철(Fe)의 함량보다 많아 지면 강으로 분류되지 않는다.(비철금속이라 총칭함)

탄소강은 탄소, 망간, 황, 인, 실리콘 이외의 다른 합금 원소를 함유하지 않는 강이다. 탄소는 강의 강도에 중요한 영향을 미친다. 탄소는 0.15%에서 0.8%까지 변할 수 있지만 일반적으로 용접성 그리고 기타 여러 가지 이유 때문에 그 범위는 0.15%에서 0.3%로 제한된다. 망간의 함유량은 주로 0.25%에서 1.65%이다. (이보다 함유량이 많으면 합금강이라 한다.) 망간 역시 강의 강도를 결정하는데 필요한 영향을 미치고, 금속 내에서 황과 결합하여 열취성, 입간균열을 방지한다. 인과 황의 함량은 0.04%로 제한되는데 보다 나은 절삭성이 요구될 때는 예외 이다. 실리콘은 탈산제로서 이용되는데 그 함량은 0.1%에서 0.3% 범위까지 변한다. 구리는 일반적으로 적은 양이 존재하는데 대기 부식에 의한 저항력을 증대시키기 위해 첨가될 수도 있다.

(2) 탄소강의 종류

강은 제조 과정에서 실리콘이나 알루미늄 같은 탈산제를 융융금속에 첨가하여 얼마만큼 탈산을 시켰느냐에 따라 다음과 같이 구분된다.

a) Killed Steel

Killed steel은 실리콘 또는 알루미늄에 의해 완전히 탈산된 강이며, 그 결과 금속입자는 잘고 깨끗해지면서 저온 인성(Toughness)이 증대된다. 탈산제는 응고과정에서 서로 반응하지 않도록 충분히 첨가하여야 한다.

b) Semi Killed Steel

알루미늄 또는 실리콘에 의해 부분적으로 탈산된 강이다. 화학 조성이 Killed Steel 만큼 균일하지는 않고, Killed Steel에 비해 입자가 조대하며 저온 충격치가 떨어진다.

c) Rimmed Steel

약간 탈산된 강이며, 화학조선이 불균일하다. 하지만 표면의 질이 좋기 때문에 표면 결함이 있어서는 안되는 곳에 사용된다.

(3) 강의 호칭

강은 여러 가지 방법으로 불리워 진다. 미국에서는 ASTM, ASEM, AISI, SAEACI 명명법이 공통적으로 사용한다. ASTM 명명법은 ASTM A335 P11과 같이 Spec. No.에 의해 특정 지어진다. 이 번호는 제품의 형태를 규정하는데, 이러한 경우 A335는 제품의 형태 및 재질(Pipe, 고온용)을 가리키고, “P”는 Pipe, 11은 합금유형을 의미한다. 다른 ASTM Code Symbol로는 T는 Tube, F는 Forging 등이 있다.

(4) 배관 재료의 종류(탄소강)

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배관 SUPPORT의 종류 및 주의점

배관에 적용되는 SUPPORT 종류는 다음의 TYPE으로 한다.

ANCHOR: 배관의 고정점으로 모든 방향의 움직임을 구속한다.

GUIDE: 배관의 축 직각 방향의 움직임을 구속한다.

DIRECTIONAL STOPPER: 어떤 일정방향의 움직임을 구속한다.

RESTING/RIGID HANGER: 배관의 자중을 SUPPORT 한다.

SPRING HANGER(VARIABLE TYPE/CONSTANT TYPE): 열팽창에 의해 수직방향의 이동량이 큰 배관을 Support 한다.

SUPPORT SPAN은 배관의 자중, 유체, 보온, 보냉재 등의 중량에 의한 최대 휨이 20 mm를 넘거나, 또한 배관길이 방향의 허용응력이 1/2을 넘지 않도록 결정한다.

배관 SUPPORT는 외력에 대하여 충분한 강도를 가질 것.

보온, 보냉 배관에 대하여는 배관 SHOE 또는 CRADLE을 부착한다.

보온, 보냉이 없는 배관 및 보온 되는 1½ 이하의 배관은 SUPPORT 부재에 직접 놓는 것이 좋다.

운전온도가 120℃ 이상의 배관을 CONCRETE 구조물 위에 직접 놓지 말 것.

소 구경 배관은 근처의 대구경 배관을 이용하여 SUPPORT 하여도 좋다.

대구경 얇은 배관은 직접 폭이 좁은 SUPPORT 부재에 놓기도 하고 배관 SHOE와 TRUNNION 을 얇은 배관에 취부하는 경우는 SUPPORT 지지 부분에 걸리는 국부응력을 감소하기 위해 보강판 등의 적절한 방법을 취할 것.

자주 취급하여 제거가 필요한 배관에 대해서는 ALIMENT가 용이한 SUPPORT를 설치한다.

COMPRESSOR 와 TURBINE의 NOZZLE에 접속되는 배관에 대해서는 ALIGNMENT가 용이한 SUPPORT를 설치한다.

SPRING HANGER는 RIGID HANGER에서는 허용되지 않는 수직방향의 움직임이 있는 경우에 사용된다.

배관 SUPPORT의 위치 및 TYPE은 배관도면에 기호로 표시된다.

도면 등에 표시가 없으면 SUPPORT 부재의 용접은 원칙적으로 6 mm의 FILLET 용접으로 한다.

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배관 구성품 - Fitting 류

엘보(Elbow)/밴드(Bend)/리턴(Return)/마이터(Miter) : 배관의 방향전환에 사용한다.

엘보(Elbow): 배관의 방향을 0°~ 90° 전환할 때 사용되며, 반경이 호칭경(NPS)의 1.5배인 장 반경(Long Radius/L.R) Elbow와 반경이 호칭경의 1배인 단반경(Short Radius/S.R)Elbow가 있다.

벤드(Bend): 주로 Main & Reheat Steam System 배관과 같이 압력손실(Pressure Drop)이 중요한곳에 적용하며, 일반적으로 5D Bend(Min. 3D)가 사용된다. 밴드(Bend)제작을 위해 Pipe 원 소재를 구매할 때는 Bending 시 두께의 줄어듦을 고려하여 합리적으로 결정하여야 한다.(Bend의 반경별 권장 최소두께 선정 방법은 ASME B31.1 Code Table 102.4.5참조)

리턴(Return): 배관의 방향을 180° 전환할 때 사용된다.

마이터(Miter/Mitered Elbow): 주로 압력 저항이 중요하지 않는 저온, 저압의 대구경 배관의 방향전환에 사용된다.(Miter Elbow의 사용 제약사항은 ASMEB31.1 104.3.3 참조)

레듀셔 (Reducer) : 구경이 서로 다른 파이프와 연결을 할 때 사용한다.

레듀셔(Reducer)의 종류: Concentric과 Eccentric이 있으며 일반적으로 특별히 요구된 곳을 제외하고는 Concentric Type을 사용한다.

Swage 또는 Swahe Nipple: 대구경 배관과 소구경 나사 체결 또는 Socket 용접 배관을 서로 연결하는데 사용한다.

Flange : 배관을 연결할 때 사용한다. Flange는 Flange가 달린 기기 Nozzle과 Valve, Strainer,Instrument 등 In-Line 배관요소의 배관연결에 적용되나 예외로서 다음의 경우에는 플랜지(Flange)를 공급하여야 한다.

배관의 빈번한 해체가 요구 되는 곳.

용접할 수 없는 플라스틱, 비금속, 주철 또는 Lining 배관 또는 Flange 없이는 연결이 안되는 곳.

Flange의 종류: Welding Neck Flange, Slip-on Flange, Reducing Flange, ExpanderFlange, Lap Joint Flange가 있다.

① Welding Neck Flange: 급격한 온도, 전달력, 순간적인 충격과 진동 응력이 작용하는 장소에적당하다.

② Slip-on Flange

㉮ 구경의 변화를 초래할 수 있다.

㉯ 충격과 진동에 대한 저항력이 약하다.

㉰ Welding Neck Flange 보다 가격은 싸다.

㉱ 설치비용은 비싸다.

㉲ Welding Neck Flange 보다 설치가 용이하다.

③ Redycing Flange: 배관 구경을 변경할 때 사용하나 펌프와 연결할 때는 급작스런 과도현상에의해 예기치 않은 난류가 발생할 소지가 있으면 사용하지 않는다.

④ Expander Flange: Welding Neck flange와 동일하게 적용하여 사용한다.

⑤ Lap Joint Flange

Tee : Tee는 주관에서 90°각도의 지선을 연결하는데 사용된다. 직선 Tee는 주관과 같은 크기의 지선을 만드는데 사용하고, Reducing Tee는 주관보다 지관의 크기를 더 작게 만들 때 사용한다.

Olet : 조관과 지관의 구경 차이가(2배 이상) 커 Tee 등으로 분기할 수 없는 곳에 사용한다.

a) Weldolet은 직선파이프에서 90°로 같은 크기 또는 Reducing되는 지선을 만들 때 사용한다.

b) Elbolet: Elbow 상에 소구경 지선을 만드는데 사용한다.

c) Latrolet: 직선 배관에서 45°의 소구경 지선을 만드는데 사용한다.

d) Sweepolet: 주관에서 90° 지선을 만들 때 사용한다. 기름과 가스용 배관에 사용하도록 개발되었고 유동성이 좋고 응력을 적절하게 분포 시킬 수 있다.

e) Straight Cross: 공간이 제한되는 곳에서 Tee 대신으로 사용한다.

f) Lateral: 유동성을 고려해야 되는 곳에 사용한다.

g) Cap: 배관을 끝맺음 할 때 사용한다.

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