배관두께 계산 및 검사 기술지침
2003. 12.
한 국 산 업 안 전 보 건 공 단
◦ 제․개정 경과
- 1997년 7월 기계안전분야 기준제정위원회 심의 - 1997년 8월 총괄기준제정위원회 심의
- 2003년 11월 기계안전분야 기준제정위원회 심의 - 2003년 12월 총괄기준제정위원회 심의
◦ 관련규격 및 자료
- ASME/ANSI B 31. 3(Process piping for chemical plants) - ASME SEC. Ⅷ, DIV. 1(Pressure vessels)
◦ 관련법규․규칙․고시 등
- 산업안전기준에 관한 규칙 별표 3(화학설비 및 그 부속설비의 종류)
◦ 코드적용 및 문의
이 코드에 대한 문의는 한국산업안전보건공단 중대산업사고예방실 (TEL 032-5100-682, FAX 032-512-8315)로 연락하여 주십시오.
공표일자 : 2003년 12월 31일
제 정 자 : 한국산업안전보건공단 이사장
배관두께 계산 및 검사 기술지침
1. 목 적
이 지침은 산업안전기준에 관한 규칙(이하 “안전규칙”이라 한다) 별표 3(화학설비 및 그 부속설비의 종류)에 규정하고 있는 화학설비의 부속설비인 배관의 두께 계산 방법 및 검사기준을 제시하는데 그 목적이 있다.
2. 적용범위
이 지침은 안전규칙 별표3의 화학설비 및 그 부속설비 중 배관계의 안전성을 확보 하기 위하여 배관두께 계산 및 검사시에 적용한다.
3. 용어의 정의
(1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.
(가) “직관부”라 함은 유체흐름방향이 바뀌지 않는 직선 배관을 말한다.
(나) “곡관부”라 함은 유체흐름방향이 바뀌는 곡선 배관을 말한다.
(다) “용가재”라 함은 용접에 있어 열원에 의해 용착이 되는 금속을 말한다.
(2) 기타 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 특별한 규정이 있는 경우를 제외하고 는 산업안전보건법, 동법시행령, 동법시행규칙, 안전규칙 및 관련고시에서 정하는 바에 의한다.
4. 배관두께 산출 절차
(1) 유체의 부식성, 설계온도 및 설계압력을 검토하여 배관의 재질을 결정한다.
(2) 설계유량 및 압력손실 등을 고려하여 배관의 크기를 결정한다.
(3) 배관의 크기, 재질의 허용응력 및 용접이음계수 등을 고려하여 5.1.1항 및 5.1.2 항에 따라 내압 및 외압에 의한 두께를 계산한다.
(4) 기계적 이음, 유체의 부식 및 마모를 고려한 추가두께를 합하여 5.1항에 따라 최 소요구두께를 산출한다.
(5) <별표 3>의 배관재질별 제작공차여유를 고려한 두께를 구한다.
(6) <별표 1>의 배관치수표를 참조하여 배관크기별 두께를 선택한다.
5. 배관두께 계산 방법
5.1 직관부 두께 계산
직관부에서 요구되는 최소요구두께는 다음 식에 의해 구해진다.
t m= t + c
여기서, t m : 배관의 최소요구두께, ㎜ t : 내압 및 외압에 의한 두께, ㎜
c : 추가두께, ㎜ (1) 배관의 최소요구두께 : tm
유체의 설계압력, 부식 및 마모 등을 고려한 최소요구두께를 말한다.
(2) 내압 및 외압에 의한 두께 : t
유체의 설계압력 및 외압에 의해 계산된 두께를 말하며 5.1.1항 및 5.1.2항에 따 라 계산한다.
(3) 추가두께 : c
기계적 이음을 하기 위하여 나사내기, 홈내기 및 유체의 부식 및 마모에 대한 추 가두께를 말하며 아래 사항을 고려하여야 한다.
(가) 기계적 이음에 대한 보상
기계적 이음을 하기 위해서 홈내기, 나사내기 등에서 깍여진 재료에 대한 보상 (나) 부식 또는 마모에 대한 보상
유체에 대한 부식 및 마모의 발생이 예상될 경우 배관의 예상 수명 기간동 안의 여유값을 보상
(다) 기계적 강도에 대한 보상
배관지지물 또는 기타 원인으로 인해 부과된 하중에 의한 배관의 손상, 파 괴, 과도한 처짐 또는 좌굴방지를 위해 기계적 강도를 유지하기 위한 보상 5.1.1 내압을 받는 직관부의 두께계산 방법
내압을 받는 직관부의 두께는 다음 식에 의해 구한다.
t = P․ D0 2(SE + PY )
여기서, P : 내부설계압력, kPa D 0 : 배관의 바깥지름, ㎜ S : 배관재질의 허용응력, kPa Y : 보정계수(<표 1> 참조) E : 용접이음계수(<표 2> 참조)
<표 1> 배관재질의 온도에 따른 보정계수
온도 재질
482℃이하 (900℉이하)
510℃
(950℉)
538℃
(1000℉)
566℃
(1050℉)
593℃
(1100℉)
621℃
(1150℉)
649℃
(1200℉)
677℃이상 (1250℉이상)
페라이트강 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
오스테나이트강 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7
니켈합금 및
다른재질 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.7
* 1) Y 값은 보간법에 의해 구하며 주철 및 비철금속 재료의 Y 값은 0.4이다.
2) D0
tm 값이 6보다 작은관에 대하여 482℃ 이하 온도에서 설계된 페라이트강 및 오스테나이트강의 Y값은 아래와 같이 구한다.
Y = Di
D i+ D 0 여기서 Di : 배관의 안지름, mm
<표 2> 이음이 있는 배관의 용접이음 계수
이 음 형 태 용접이음 계수
․ 전기 또는 가스 용융용접
- 용가재를 사용한 한쪽면 맞대기 용접
- 용가재를 사용하지 않는 한쪽면 맞대기 용접 - 용가재 사용유무에 관계없이 양쪽면 맞대기 용접 - 용가재 사용유무에 관계없이 한쪽면 또는 양쪽면 맞
대기 용접의 100% 방사선 투과시험 검사를 할 경우
․ 전기 저항 용접
0.8 0.85 0.90 1.00
0.85
5.1.2 외압을 받는 직관부의 두께계산 방법
외압을 받는 직관부의 두께는 다음의 절차에 따라 구한다.
(1) D 0/t ≥ 10일 경우
(가) t 의 값을 가정하고, L / D 0 및 D 0/t를 구한다.
여기서 L : 강화테 사이의 직관부 길이, mm
(나) (가)항에서 구한 L / D 0의 값을 <그림 1>의 세로축에서 찾는다. L / D0 의 값이 50보다 큰 경우에는 L / D 0 = 50의 값을 사용한다. L / D 0의 값이 0.05보다 작을 경우에는 L / D 0 = 0.05의 값을 사용한다.
(다) (가)항에서 구한 D 0/t의 값에 대한 선까지 수평으로 이동한다. D 0/t의 중간 값에 대해서는 보간법을 사용하고, 이 교점으로부터 아래 방향으로 수직이동 하여 계수 A 의 값을 구한다.
(라) (다)항에서 계산된 A 의 값을 <그림 2>의 해당 재료에 대한 도표의 가로축 에서 찾는다.
(마) (라)항에서 구한 교점으로부터 오른쪽으로 수평이동하여 계수 B 의 값을 구한다.
(바) 다음 공식을 이용하여 최대허용외압 P a의 값을 계산한다.
P a = 4B 3( D0/t)
(사) A 의 값이 해당 재료/온도 곡선의 왼쪽을 벗어나는 경우에는 다음 공식을 이용하여 P a의 값을 계산할 수 있다.
P a = 2AE 3( D0/t)
(아) (바)항 또는 (사)항에서 계산된 P a의 값과 P 를 비교한다. P a의 값이 P 보다 작으면 보다 큰 t 의 값을 선택하여 P a 의 값이 P 이상이 될 때까 지 두께계산을 반복한다.
(2) D 0/t < 10 일 경우
(가) (1)항에서와 같은 절차를 이용하여 B의 값을 구한다. D 0/t의 값이 4보다 작 은 경우에는 계수 A의 값을 다음식을 이용하여 계산할 수 있다.
A = 1.1 ( D0/t)2
(나) (가)항에서 얻은 B의 값을 가지고 다음 공식을 이용하여 P a
1의 값을 계산한 다.
P a 1= [ 2.167
( D 0/t) - 0.0833] B
(다) 다음 공식을 이용하여 Pa2의 값을 계산한다.
P a 2= 2S
( D 0) [ 1 - 1 D 0t) ]
여기서 S 는 해당 재료의 설계 온도에서의 최대 허용응력값의 1.5배, 또는 설 계온도에서의 재료의 항복강도의 0.9배 중에서 작은 값이다.
(라) (나)항에서 계산된 P a
1의 값 또는 (다)항에서 계산된 P a
2의 값 중에서 더 작은 값을 최대허용외압 P a로 사용하여야 한다. P a 와 비교해서 P a가
P 보다 작으면 보다 큰 t의 값을 선택하여 P a의 값이 P 이상이 될 때까 지 설계절차를 반복한다.
5.2 곡관부 두께 계산
(1) 곡관부의 관의 굽힘이 완료된 어느 부위에서도 관의 최소두께는 5.1항에서 구한 직관부의 최소두께보다 작아서는 안된다.
(2) 곡관을 만들때 곡관외곽부의 얇아짐에 대해 보상을 위해 아래표에 나타난 여유 값을 적용한다.
<표 2> 굽힘 반지름에 따른 곡관부 최소 두께
굽힘 반지름 최소 두께
배관지름의 6배 이상 배관지름의 5배 배관지름의 4배 배관지름의 3배
tm의 1.06배 tm의 1.08배 tm의 1.14배 tm의 1.25배
* 단, 배관지름은 호칭지름을 사용하며, tm은 5.1항에서 구한 값을 적용한다.
6. 배관두께 검사
6.1 검사 준비 절차
(1) 도면준비
(가) 검사해야 할 배관을 공정배관계장도로부터 선정한다.
(나) 검사해야 할 배관의 3차원 도면을 준비한다.
(다) 검사해야 될 배관도면은 공정별 유종별로 분류하여 준비한다.
(라) 3차원 도면상에 엘보우, 티 등을 위주로 검사번호를 부여한다.
(마) 유체흐름 방향으로 일련번호를 부여한다.
(2) 검사위치 선정
(가) 임의로 선정하되 한 부위에 집중되지 않도록 한다.
(나) 현장 확인후 검사할 곳을 선정한다.
(다) 검사시 취약부위가 발견되면 인근부위를 집중검사한다.
(라) 검사위치가 선정되면 검사지점은 배관단면상의 시계방향으로 90°, 180°, 270°, 360°지점 4곳에 대하여 실시한다.
(3) 두께검사
- 초음파 탐상측정을 실시한다.
6.2 판정
(1) 잔여수명 예측
아래와 같은 방법에 의해 부식율을 계산하고 예측 잔여수명을 결정한다.
부식율(㎜/year) : 사용두께 - 측정두께 사용연수
또는, 금번측정두께 - 전번측정두께 검사기간
예측 잔여수명(년) : 측정두께 - 최소요구두께 부식율
(2) 두께측정 판정
- 예측 잔여수명에 대한 배관의 검사주기, 교체 및 보수가 필요한 배관을 선정한다.
<표 4> 예측 잔여수명별 검사주기
예측 잔여 수명 검사주기
5년 이상 2년
2～5년 1년
1년 ～ 2년 6개월
1년 미만 즉시교체
- 특별히 부식상태가 심해지는 경우에는 위의 검사주기와 관계 없이 검사주기를 단축하여 실시한다.
6.3 기록 및 보관
(1) 검사 및 판정결과는 <별표 2>, 배관두께 검사 기록지에 기록․유지한다.
(2) 배관검사결과의 필름은 공정별로 분류하여 다음 검사 시점까지 보관한다.
<그림 1> 외압을 받는 배관의 L / D 0 및 A값 도표
<그림 1> 외압을 받는 배관의 L / D 0 및 A값 도표
최소항복강도가 24,000psi ～ 30,000psi인 탄소강 또는 저합금강
최소항복강도가 30,000psi 이상인 탄소강 또는 저합금강
<그림 2> 외압을 받는 배관의 A에 대한 B값의 도표
<별표 3>
배관재질별 제작공차 여유
배관재질사양 구 분 두께 허용차
KSD 3562,
압력배관용 탄소강관
열간 가공, 이음매 없는 강관
4㎜ 미만 + 0.6㎜
- 0.5㎜
4㎜ 이상 + 15%
- 12.5%
냉간가공, 이음매 없는 강관 및 전기저항용접 강관
3㎜ 미만 ± 0.3㎜
3㎜ 이상 ± 10%
KSD 3564,
고압배관용 탄소강관 KSD 3570,
고온배관용 탄소강관 KSD 3573,
배관용 합금강 강관 KSD 3576,
배관용 스테인리스 강관
열간가공, 이음매 없는 강관 4㎜ 미만 ± 0.5㎜
4㎜ 이상 ± 12.5%
냉간가공 이음매 없는 강관 및 전기저항 용접강관
2㎜ 미만 ± 0.2㎜
2㎜ 이상 ± 10%
