[공학나라] 기계 공학 기술정보

배관 구성품 - 스트레이너 (Strainers)

이송 액체 또는 가스로부터 타공망 또는 와이어 매쉬와 같은 스트레이닝 엘리먼로 이물질을 제거하여 펌프, Control Valve, Steam Trap, Meter 등과 같은 기기를 보호하기 위해 사용된다.

(1) Strainer 종류

a) Duplex Basket Strainers : Basket이 두 개가 있어 청소를 위해 Shut down 할 필요 없도록 레버를 통해 교대로 전환할 수 있는 구조로 되어있다.

b) Temporary Strainers : 초기 Pump 기동 시 이물질로 인한 Pump 보호를 위해 입구 측에 임시로 설치하여 이물질을 제거하고 정상 운전 시에는 제거하는 Strainer로 Cone Type과 Basket Type이 있다.

c) Screen/Screening Elements : Strainer 본체 내부에 타공망 (Peforated) 또는 와이어 매쉬(Wire Mesh) 구조로 설치되어 이물질을 거르는 역할을 한다. 일반적으로 40 mesh를 적용하나 Pump 입구 측에 설치되는 Strainer는 시운전 시에 Pump 입구측에 설치되는 Strainer는 시운전 시에 Pump 공급자가 추천하는 mesh size(보통 60 mesh)가 Permanent용 Screen과 사양이 다를때에는 시운전용 Screen으로 교체하여야 한다.

(2) Strainer와 Filter의 구분

육안으로 입자 (Particle) 를 식별할 수 있느냐에 따라 구분된다. 70 microns 정도를 육안식별 가능 기준으로 삼으며, 보통 200 mesh (약 74 microns) 보다 거칠어 입자의 육안식별이 가능하면 Strainer라 하고 200 mesh 보다 미세하면 filter라고 정의한다.

출처

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

철과 강의 분류 기준

순철 (pure iron) : 탄소 0.01 % 이하

강 (steel) : 탄소 2 % 이하

주철 (cast iron) : 탄소 2 % 이상

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

회전 강성 (rotational stiffness)

k = M / theta

k 

회전 강성

단위 

SI 단위계 : N m / rad 

SAE 단위계 : Inch lbf / degree

M 

모멘트

theta 

회전각도

회전 강성과 유사한 개념으로 전단 강성 (전단력/전단 변형) 과 비틀림 강성 (비틀림 모멘트/비틀림 변형) 이 있음

가스 텅스텐 아크 용접 (GTAW : Gas Tungsten Arc Welding)

1) 원리와 특징

토치에 물려 있는 텅스텐 전극을 이용하여 발생한 아크 열로 양쪽 모재를 용융시켜 접합하기도하고 또한 용가재를 공급하여 양쪽 모재와 함께 용융시켜 접합하는 방법이다. 용접시 불활성 보호가스(Ar, He, 등) 가 모재, 용접부, 텅스텐봉의 산화를 방지하기 위해서 사용하여 TIG (Tungsten Inert Gas) 용접이라고 부르기도한다.

용가재를 사용하는 경우 아크의 전방에서 공급하여 아크 열로 녹여서 용융부에 이행되도록 하는데 이 때 용가재의 송급 위치가 아크의 중심에 놓이게 한다. 용가재가 아크 중심이 아닌 위쪽에 치우치면 텅스텐봉과 접촉할 확률이 높다. 반대로 아래 쪽에 치우치면 용융지에 고체 상태의 용가재가 접촉하므로 스패터 등이 발생하여 아크의 안전성을 저해할 수 있다.

GTAW은 모든 용접자세에 적용이 가능하고 아크가 안정되고 용접 품질이 우수하여 산화나 질화가 등에 민감한 재질의 용접, SMAW 가 적용이 곤란한 부위의 용접, 박판튜브 용접, 배관 맞대기 용접시 1층 용접에 많이적용된다. 한편 다른 용접방법 보다 용접속도가 느리므로 생산성이 낮다.

전원은 정전류를 사용하므로 아크 전압이 아크 길이의 변화에 따라 선형적으로 변화하고 모든 전류 영역에서아크는 항시 안정되며 아크 길이가 변화해도 용접전류가 일정하게 유지되어 용접의 용융량이 일정하게 된다.용융량은 극성에 따라 영향을 받고 정극성(DCSP)를 사용하면 용접봉 보다 모재에 열이 많이 발생하므로 모재의 용융량을 중가시킨다, 역극성(DCRP)은 그 반대이고 박판용접이나 알루미늄 등의 용접에 적용된다. 교류전원을 사용하면 아크의 소멸과 생성이 반복되므로 아크가 불안정하여 항상 아크 발생기를 작동시켜야 한다.

텅스텐봉은 재질이 순수 텅스텐봉을 사용하거나, 정극성 전원을 사용 시 1~2% 산화토륨을 첨가한 텅스텐봉을 사용한다. 역극성이 정극성 보다 텅스텐봉에 열이 많이 발생하기 때문에 동일한 용접전류에서 역극성에사용되는 텅스텐봉의 직경이 정극성의 것보다 커야 한다.

정극성의 경우 텅스텐봉의 끝을 연마하여 원뿔 형태로 사용하며 원뿔의 각도가 작으면 용입이 커진다. 전원의 극성, 사용 용접전류, 텅스텐봉의 재질에 따라 적합한 봉의 직경은 아래 표와 같다.

2) GTAW 용접장비 및 구성

(1) 용접전원

GTAW 용접기(DCEN, DCEP, AC)와 용접토치 및 연결용 케이블, 보호가스 공급병 및 유량게이지 등으로 구성된다. 교류 용접기, DC 정극성 용접기, DC 역극성 용접기가 있고 DC 용접기는 교류를 변압기 및 정류기를 통해서 나온 DC를 사용하는 재래식, 쓰리스타, 변압기, 정류기를 통해서 나온 DC를 사용하는 쓰리스타 방식, 정류기, 인버터/피드백제어기, 변압기, 정류기를 나온 DC를 사용하는 인버터 방식이 있는데 인버터 방식은 용접기 무게를 급격하게 감소화 가능하고 출력 전류을 정밀하게 제어 가능하므로 인버터 용접기를 많이 사용한다.

펄스형태 전류는 용융지의 요동이 증가하며 응고과정에서 결정이 성장하는 것을 방해하여 금속조직이 미세화되어 용접부의 기계적 성질도 향상된다.

(2) 토치 및 용가재 공급장치

GTAW 토치는 앞부분에 전극(텅스텐봉), 세라믹 컵, 냉각수 자케트, 컬릿, 캡과 뒷부분에 토치 손잡이 그리고 토치에 연결되는 전력케이블, 냉각수 튜브, 보호가스호스로 구성된다.

(3) 기타 주변 및 보조 장치

자동화나 생산성을 향상 시키기 위해 서 부수적으로 사용되는 아크길이를 일정하게 제어하는 AVC (Automatic Voltage Control)와 용접토치에 전자석을 부착하여 자기장을 발생시켜 아크가 휘어지도록 하는 오실레이터를 사용할 수 있다.

3) 용접변수와 영향

(1) 극성과 전극(텐스텐봉)

극성(DCEN, DCEP)에 따라 테스텐봉에 발생한 열량이 변화하고 용융지에 영향을 준다. 또한 극성 및 사용전류에 따라 적합한 텅스텐봉의 직경을 사용해야 한다.

(2) 용접 전류, 전압, 속도

용접 전류, 전압 및 속도는 용접조건 선정에 있어 매우 중요한 변수로 용융량, 열영향부의 크기 및 냉각속도 등에 영향을 미친다. 용접 입열량은 용접전류, 전압에 비례하고 속도에 반비례한다. 아크 전압은 아크 길이와 비례관계 있고 아크 길이가 길면 아크열이 분산되므로 용입 적고 용접 비드 폭

이 증가한다. 펄스 전류를 사용할 경우 전류 평균값이 동일한 값의 직류전류와 비교 시 용입이 증가하고 입열량과 열변형이 감소하므로 박판 용접 및 배관의 위보기 자세 용접에 유용하다.

(3) 보호가스

보호가스(Shielding gas)는 불활성 가스인 알곤(Ar), 헬륨(He), 알곤과 헬륨 혼합가스를 사용한다. 용융부를 층분히 보호할 수 있도록 노즐의 크기와 가스량을 선정해야 하며 가스량은 약 5~10 l/Min 범위에서 선정한다.

또한 보호가스의 순도가 중요하고 보호가스에 습기나 공기가 유입을 방지하여 산화나 기공이 발생되지않도록 해 한다. 알곤과 헬륨가스의 특성은 다음과 같다.

2 1/4 Cr 이상 합금강, 스테인레스강, 알루미늄 및 그 합금강의 맞대기 용접부시이면 산화를 방지하기 위해서 이면에도 보호가스를 공급하여 산화를 방지해야 한다. 이 때 이 보호가스를 백 퍼징가스(Back Purging Gas)라고 한다.

(4) 용가재

박판이 경우 용가재 없이 모재를 용융하여 접합 가능하지만 후판의 용접에서는 용가재를 사용하는데 용가재는 모재 유사한 성분의 재료가 사용되어야 하고 모재와 용가재 규격에 표시되어 있는 최소 강도를 고려해야 한다. 용가재의 직경은 0.5~5mm에서 선정하고 모재와 용가재의 송급각도는 약 10~20°를 유지한다. 용접전류와 전압에 따라 용가재 송급속도가 결정되고 용착량은 약 40~100g/Min이다.

(5) 홈 형상

모재가 1~2mm 박판인 경우 홈(groove) 과 간극(root gap) 없이 용접하고 모재 두께가 2mm 초과 할때는 간극과 홈을 고려해야 한다. 간극(root gap)을 줄 경우 아크가 간극을 통해서 이면에 도달함으로 용입이 증가한다.

모재 두께가 두꺼울 경우 맞대기 홈을 U, V, J 등으로 만들어야 한다. 홈의 단면적은 가능한 작도록 설계해야 입열량, 열변형, 열영향부를 줄일 수 있고 용접에 소요되는 시간과 용가재 량을 감소시켜 생산성을 높일 수 있다.

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

배관 보온재

보온의 목적

a) 열 손실 방지(Hot Insulation) : 보온(Hot Insulation)은 열손실이 발생해도 문제없는 곳 이외에는 운전온도가 60℃ 이상의 기기나 배관에 적용한다.

b) 운전원 보호(Personnel Protection) : 운 전원들의 부주의로 접촉이 발생할 수 있는 위치에 있으며 운전온도가 60℃ 이상인 기기와 배관에 적용된다.

① 지면이나 바닥에서 2m 이내의 높이.

② Platform 이나 통행로의 가장자리로부터 600 mm 이내의 거리

c) 결로 방지 보온 (Anti-Sweat Insulation) : 배관 내부에 흐르는 유체의 온도가 대기온도 이하로 운전되고 배관 표면에 응결이 예상되는 배관에는 결로 현상을 방지하는 보온을 해야 한다.

d) 동결방지(Anti-Freezing Protection) : 운전온도가 5℃ 이하이고 동파방지를 필요로 하는 외부 배관에 동결방지를 위해 보온을 해야 한다. 동파에 대비한 보온은 연속운전이 되지 않는 배관 중 Shut-Down 또는 공장시에 동파의 위험이 있을 때 적용한다.

e) Heat Tracing Insulation: Oil과 같이 유체의 점도 유지 및 옥외 배관의 동결 방지를 위해 Electric/Stram Tracing을 한다.

f) 소음방지(Acoustical Insulation) : 배관 및 기기로부터 발생되는 소음을 줄이기 위해서 적용한다.

g) 다음과 같은 배관 부품과 다른 방법으로 명시하지 않는 한 보온하지 않는다.

① 운전온도가 60℃ 이하인 배관

② Name Plate, Sight Glass, Level Gauge 등과 같이 눈으로 보는 부품

③ Safety Valves 토출배관

④ 지하매설 배관

⑤ 압축공기 배관

보온재의 재질

· 사용온도에 견디어야 한다.

· 습도에 의해 변형이 되어서는 안 된다.

· 기기와 배관 표면을 부식 시켜서는 안 된다.

· 작업이 용이하여야 한다.

a) 칼슘 실리케이트(Calcium Silicate) : KS L 9101, ASTM C 533

Calcium Silicate의 재질은 석회(Lime), 실리카(Silica), 보강 섬유재로 되어있고 유기질 접착재를사용하지 않으므로 내화성이 있고 비교적 높은 온도인 650℃까지 사용할 수 있으며 반원 및 블록형으로 제작이 가능하므로 배관이나 여러 가지 모양의 기기에 현장에서 쉽게 절단하여 사용할 수 있는특징이 있다.

b) 퍼라이트(Perlite) : KS F 4714, ASTM C 610

Perlite 보온재는 팽창 Perlite, 보강섬유, 무기질 접착재로 되어있어 비교적 높은 온도인 650℃까지사용될 수 있고 가압 성형법을 사용하므로 반원 및 블록형은 물론 Round 형의 제품도 제작 가능하며 발수성, 내부식성, 경량성이 강하여 배관이나 여러 가지 모양의 계통 부품에 현장에서 쉽게 절단하여 사용할 수 있는 특징이 있다.

c) 광물 섬유(Mineral Wool) : KS F 4701, ASTM C 612

광물섬유 보온재의 재질은 암석(Rock), 스택(Stack)의 섬유질이 유기질 접착제로 결합되어 있어 유기질 접착제의 성능이 저하되지 않는 600℃이하의 온도에서 사용한다.

d) 유리면 보온재 (Cellular Glass Thermal Insulation) : KS: 9101, ASTM C 522

Cellular Glass 보온은 결로 방지용으로 사용한다.

e) 유리면(Glass Wool) : KS L 9102, ASTM C 553

건물(천정,벽)등의 보온용으로 사용하며 최고 사용 온도는 350℃ 이하의 온도에서 사용한다.

f) 세라믹 섬유(Ceramic Fiber/Cerakwool) : KS L 9104, ASTM

g) 기타 자재

① 외장재(Jacketing Material): 외장재는 보온 효율, 사용연수를 결정하는 중요한 재료이므로, 공사에 사용하는 외장재 선정시 다음 사항을 고려해야 한다. 주로 사용하는 외장재는 아래와 같다.

㉮ Stainless steel sheet Type A 3003 or 3005 kraft p apercoated sealed with polyethylene: ASTM A 167

㉯ Galvanized steel Sheet ASTM A 653 0.3 모든 배관

㉰ 매스틱

㉱ 플라스틱

㉲ 마무리 시멘트 도포제 공사에 사용하는 외장재 선정시 다음 사항을 고려해야 한다.

· 내후성, 내구성, 내부식성, 내마모성

· 화학적 강도(내산성, 내알카리성, 내용제성)

· 보온재의 모양, 시공장소의 적합성

· 태양열 등의 외부로부터의 열적요소

· 시공성

② 묶음재(Fastening Material): 보온재 및 외장재를 고정시키기 위하여 사용한다. 주로 사용하는 묶음재는 아래와 같다.

㉮ Steel Wires(Galvanized, Stainless Steel):N PS 12 이하의 배관 보온(Hot Insulation)에 사용한다.

㉯ Steel Band(Galvanized, Stainless Steel):0 .4*13W: NPS 20 이상, 외경이 450mm에서 900mm까지 0.5*19W: 외경 900mm 초과의 원통형 기기

③ 충전재: 보온시 발생되는 빈 공간을 충전하기 위하여 사용되며, 충전재는 주보온재와 동질의 재료를 사용한다.

④ 방수재: 외장을 관통한 금속기구 등의 주변, 외장판이 합쳐지는 부분 및 외 장재의 안쪽에 사용한다.

⑤ Joint filling material: 보온재의 연결부위에 사용한다.

⑥ 마감 시멘트(Cement): 보온 후 표면의 마지막 마감을 부드럽게 하는데 사용

⑦ 보온 시멘트(Insulating cement): 표면의 열전달을 막는데 사용

⑧ 보조 보온재(Glass tape with aluminum foil): NPS 1/2 이하의 계장배관에 사용한다.

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/