배관 재질별 특성 알아보기 (Piping Material)

배관은 어디에서나 볼 수 있습니다. 플랜트뿐 아니라, 주택, 건물 등에서도 항상 볼 수 있습니다. 모든 공학의 기본이라고 볼 수 있습니다. 강관, 스테인리스 배관, 합금강 등 많은 재질이 사용되는데, 각 배관별 재질의 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

배관재질

 

배관의 종류 

널리 알려진 배관의 대표적인 종류는 아래와 같습니다. 

1. Carbon Pipe
2. Alloy Pipe
3. Stainless Pipe
4. GRP
5. HDPE

 

배관 합금 재료 특성

합금 재료별 특성에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

 

Carbon (C)

• C함량이 증가함에 따라 강의 강도 증가
• 연성, 단조성, 용접성 및 가공성은 감소

Chromium(Cr)

• 내열성, 내식성, 내마모성 증가
• Cr 함량이 증가할수록 용접성 감소
• 1% 증가 시 80~100N/mm2 인장강소 증가

Manganese(Mn)

• 강의 강도, 경도, 점성을 증가
• 탈산 작용을 통해, 강의 유동성 증가
• 고온에서 결정의 성장을 제거시키므로, 조직을 치밀하게 함
• 1% 이상이면 주물의 수축이 생김

Molybdenum(Mo)

• 담금성과 크리프 저항성 증가
• 내공식성, 내부식성을 향상하는 합금 원소

Nickel(Ni)

• 강인성, 내식성 증가
• 철의 부식 방지를 위한 도금용 사용

 

Piping 재질

각 계통에 사용하는 배관 재질은 사용하는 유체의 종류에 따라 설계 압력, 설계 온도 등을 반영하여 작성하는 “배관 재질 등급표에 따르며, 재질 선정 시에 온도 및 특성에 대한 고려사항은 다음과 같습니다.

• 증기, 재열 증기, 급수, 응축수, 용수, 압축공기, 가스 및 연료유 공급 계통 설계 온도를 기준으로 하여 400C 이상의 배관은 고온에서 높은 Creep 강도가 요구되므로 합금강(Alloy Steel)을 사용하며, 400C 미만의 배관은 탄소강(Carbon Steel)을 사용. 
• 부식성 유체는 유체의 종류, 유량, 온도 및 압력 등의 조건에 따라 적절한 재료를 선정하여야 하고, 스테인레스강은 부식에 의한 영향을 받는 계통의 배관 재질에 주로 사용.
• 유체의 화학 성분 중 염소이온 등 부식에 심각한 영향을 주는 인자가 포함된 경우는 코팅 및 라이닝 처리된 배관 재질을 사용하거나 비철금속 재질을 사용.

 

1. Carbon Steel (탄소강)

• 0.15% ~ 0.35% 탄소와 0.25% 이상의 망간 원소 함유
• 탄소, 황, 망간, 인, 실리콘 이외의 다른 합금 원소를 함유하지 않음

2. Alloy Steel (합금강)

• 크롬과 몰리브덴 함유한 강
• 크롬은 강에 고온 강도와 Creep파열에 견디는 성질 부여
• 몰리브덴 강의 강도가 강해지며, 취성에 대한 저항력 증가

3. Stainless Steel (스테인리스강)

• 철에 크롬이 12% 이상 첨가된 합금강으로 일반강에 비해 매우 뛰어난 내식성을 가짐
• 크롬이 12% 이상 첨가되면 표면에 얇은 Cr2O3층 (10 ~ 30μm)이 형성되어 금속 내로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태 피막 형성
• 내식성, 가공성 등의 향상을 위해 Ni, Mo, N 등 합금원소 첨가

4. GRP (Glass fiber Reinforced Plastic)

• 내부식성과 내마모성이 뛰어난 불포화 폴리에스테르 수지를 기반으로 합니다. 모래를 사용하여 강성을 증가시키고, 내압 성능을 위해 유리장섬유로 강화시킨 제품
• 유체가 관 내면 및 외면에 흐를 때 강한 내부식성(폴리에스테르 수지층)을 가지고 있으므로, 내부식성을 향상 시키기 위한 추가적인 라이닝 및 코팅이 필요 없다.
• 비전도성(전기절연체) 재질이므로 Cathodic protection이 필요하지 않다.
• 자재비가 저렴하고 장기수명이 뛰어나며 녹 발생이 없기 때문에 유지관리가 용의하다.

5. HDPE  (High Density Polyethylene) 

• Steel Pipe의 약 1/7
• 해수에 강함, 내식성 우수
• 융착 공법등을 사용하여 시공이 편리
• 부등침하 등 지형변화에 대한 적응성 우수
• ~ DN2000 : Solid Wall type – 압력관 사용 가능
• DN 2000 초과 : Spiral type – 비압력관 사용 가능

 

이상으로 가장 많이 쓰이는 배관 재질과 그 특징에 대해 알아보았습니다. 종류는 많지만 용도에 맞게 잘 선정하면 오랫동안 사용가능한 설계를 할 수 있습니다.