배관의 사용압력 및 허용 응력

 

▣ 배관내 사용압력이 1.2 [MPa] 이상일 경우에는 압력 배관용 탄소강관이나 이와 동등 이상의 강도, 내식성 및 내열성을

    가진 것으로 하여야 한다.

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1. 실제 사용압력의 적용

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사용압력이란 펌프에서 발생하는 압력을 말한다. 배관 규격의 적정성 여부를 판단하려면 펌프의 정격 상태에서 토출압력인 설계압력을 적용하기 보다는 가장 불리한 조건인 펌프 토출측에서 측정한 최대압력을 기준으로 정해야 한다. 때문에 정격 압력 보다는 펌프에서 발생할 수 있는 최대압력인 체절압력으로 적용해야 한다.

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2. 배관의 내압기준

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배관용 탄소강관 (KS D 3507)의 내압시험기준은 "2.5 [MPa]의 수압시험을 실시하여 이에 견디며 누수가 없어야 한다"라고 규정하고 있다. 따라서 배관 자체의 내압 기준만으로는 1.2 [MPa] 이상일 경우 압력 배관을 사용하는 것은 과도한 기준이라 할 수 있다.

실제 소화설비 배관의 취약 부위는 배관 자체 보다는 플랜지나 각종 접합 부분이다. 국내의 경우 철강제 플랜지의 압력 (KS B 1501)에 의하면 호칭 압력 10 K 의 경우 최고 사용압력이 1.38 [MPa]로 되어 있기 때문에 이 부분을 고려해야 한다.

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3. 압력 배관의 적용

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펌프의 사용압력이 1.2 [MPa]일 경우 사용하는 압력 배관용 탄소강관 (SPPs)은 전기용접 (ERW) 또는 이음매 없는 관으로 제조한다. 압력 배관의 경우 외경은 일반 탄소 강관과 동일하고 관 두께가 다를 뿐 배관의 호칭지름 및 두께로 나타낸다. 관의 두께를 구하는 방법은 스케줄 번호를 이용하는 방법과 배관의 두께 계산식을 이용하는 방법이 있다.

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◈ Schedule 번호를 이용하는 방법

스케줄 번호에는 SCH 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 등이 있다.

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⊙ SI 단위 SCH 1번호​

여기서, P : 최고 사용압력 [MPa], S : 허용인장응력 [N/㎟]

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◈ 배관의 두께 계산식을 이용하는 방법

  ▣ 배관을 양끝에서 잡아 당길 때 가해지는 힘에 의해 변형이 될 경우 이는 배관 단면에 수직으로 작용하는 압력에 의한

        것으로 이를 인장 응력이라고 한다.

        이 경우 배관에 힘을 가해도 변형이 일어나지 않는 범위내에서 일정한 범위까지는 허용할 수 있는 응력을 허용 응력

        또는 인장 응력이라고 한다.

   ⊙ 최대 강도 : 배관에 힘을 가할 경우 재료가 견딜 수 있는 한계를 말한다. 최대 강도를 초과하게 되면 재료는 파괴된다.                              그러므로 안전을 위해서는 최대 강도에 비해 1/4 또는 1/10 정도의 압력만을 허용하며 이 때의 4 ~ 10을

                          안전율이라고 한다.

   ⊙ 최대 인장 강도 = 허용 인장 응력 × 안전율

   ⊙ 배관의 최소 두께 계산

       배관의 최소 요구 두께를 tm 이라고 하자.

       여기서 최소 요구 두께는 유체의 설계 압력, 부식 및 마모 등을 고려하여 두께를 결정해야 한다.​

  여기서,   P : 내부 설계 압력 [kPa]

                Do : 배관의 바깥지름 (외경) [㎜]

                 S : 배관 재질의 허용 응력 [kPa]

                 y : 배관 재질의 온도에 따른 보정 계수

                 E : 용접 이음 효율 계수

                 F : 주조 품질 계수

                 A : 추가 두께

                 d : 배관 내경

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<소방 유체>

  ◈ 배관의 허용 응력​

    여기서, σw : 허용응력 [MPa],          P : 배관압력 [MPa]

                  ℓ : 배관의 길이 [㎝],            t : 배관의 두께 [㎝]

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◈ 용기의 두께​

         여기서,   t : 용기의 두께 [㎜]

                       P : 내부 허용 최고 압력 [MPa]

                       D : 용기의 내경

                     σw : 용기의 허용압력 [MPa]

                       E : 용접 효율

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