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2022년 10월 23일 (일) 04:25 판
배관공사(配管工事, piping work , plumbing work)는 기체나 액체 따위를 다른 곳으로 보내기 위하여 관을 이어 배치하는 공사를 말한다.
목차
개요
배관은 건축설비 배관, 수송 배관, 플랜트 배관으로 나뉘며 사용되는 배관의 재질 설치방법 등에 차이가 있다. 플랜트 배관의 경우 배관공사가 가장 중요한 비중을 차지하며 시공도 복잡하고 위험한 유체를 취급하므로 주의가 필요하다.
배관설계 및 시공계획수립 시공 세정등 일련의 과정을 진행하며 배관공사를 진행하게 된다.
- 자재수령 및 보관
- -납입품과 납입서류 비교
- -수량 및 사양서 확인
- -외관검사 및 수치검사
- 원치수 실측
- -도면 기준 확인 및 기초 실측
- 가공
- -도면 및 실측치수에 따라 절단 및 베벨링 실시
- -소구경 배관은 벤딩 가공 실시
- fitup
- -가접fitup실시하여 전체적인 형태 구축
- -수평 직각등 수치에 대한 점검이 필요한 단계
- welding
- -WPS에 근거한 용접 실행
- -용접 가공 중 검사 실시
- 용접전압 전류상태확인
- 규정온도로 용접실시
- 열처리
- -용접간 발생한 열영향부에 대해 열처리 실시
- -종류
- 연소법
- 전기저항법
- 전기유도법
- 검사 및 시험
- -공압 누기 시험Pneumatic leak test
- -수압 누기 시험hydro leak test
- -비파괴 검사
- 파이프 클리닝
- -에어블로잉air blowout
- -스팀블로잉
- -수세척water flushing
- -오일플러싱oil flushing
- -화학처리chemicla cleaningpickling
배관공사 품질관리
- 용접
- -용접절차시방서WPS에 따라 용접을 수행한다.
- -용접사의 기량을 지속적으로 점검하고 시공시 필요한 용접방법에 대한 정보를 제공한다.
- -용접결과에 대해서는 전산화 하여 보관한다.
- 육안검사 보고
- -최초로 수행되는 검사단계로 육안으로 용접상태 오염상태 치수등을 확인한다.
- 비파괴검사
- -용접조인트부위는 설계시방에 따라 제작되었는지 점검한다.
- -RT UT PT MT 등을 통해서 측정 및 검사를 수행한다.
- 후열처리
- -배관 용접부 및 열영향부 용접외 부위에 대해 가해진 열로인한 금속의 피로 현상을 풀어주는 열처리를 실시한다.
- 스풀배급
- -공장에서 만들어진 spool은 기술표준과 설계시방에 따라 검사 후 eld로 이송하여 적용한다.
- 압력시험
- -플랜지 등으로 연결된 부위를 중심으로 시스템 내 압력 시험범위를 측정한다.
- 플랜지와 플랜지 단위를 package라 하며 상기시험을 pakage 별 압력시험이라 한다.
- walkdown검증
- -배관의 오염상태 설계도면과의 일치여부 주변환경상태등 결함상태를 점검한다.
배관공사 유의사항
- 자재관리
- -배관재 입고시 주의사항
- 작업공정별 입고 조치
- 규정된 배관재 입고 여부 확인
- 외면 손상여부 및 보호캡 유무확인
- - 배관재 보관 주의사항
- 재질별 분리 보관
- 발청 이물질 유입 방비 조치
- 공사관리
- -배관 및 밸브류 설치
- 열팽창을 고려한 배치구배
- 설치전 외관에 기공 크랙 여부 확인
- 가스켓 또는 오링 삽입시 주의
- -용접작업
- 안전 작업을 위한 클램프 발판 및 작업대 설치
- 예열 후열 열처리는 WPS에 근거하여 작업
- -고정작업
- 가이드 서포트등으로 파이프 및 밸브의 유동을 적절하게 관리할 것
- 시공 후 주의사항
- -시운전
- 목표한 성능의 여부를 측정하고 조율하며 맞출것
- 유동 및 유격여부확인
- -세척
- 기밀 시험 후 상태 확인
- 오일세정을 실시하고 온도와 압력 유속에 맞추어 시행
엔지니어링
엔지니어링 단계에서 수행하는 배관업무는 크게 아래와 같이 나눌 수 있다. 배관의 업무는 범위가 넓을 뿐만 아니라 종류도 다양해서 주요한 업무 위주로 간략히 설명한다.
Calculation(or Analysis)
배관은 무엇보다 유체의 흐름을 안정적으로 유지하는 것이 가장 중요하다. 따라서 배관을 어떻게 배열(Routing) 하는지가 배관 업무의 생명이라 할 수 있다. 배관에는 내부에 흐르는 유체의 압력 온도 속도 등으로 인해 진동 열팽창 등의 응력(Stress)이 생기게 된다. 또한 외부적으로 바람(Wind), 지진 등에 의해서도 Stress가 발생한다. 이 Stress가 커지거나 특정 부분에 집중되는 경우 배관 차제의 균열이 생기거나 연결된 장비나 기기에 영향을 줄 수 있으며 배관의 변형으로 인해 이음새Flange to Flange)에 누수(Leak)가 생기는 등 위험하게 될 수도 있다.
또한 배관은 일직선으로만 설치되는 것이 아니라 장비의 위치 높낮이 등에 따라 다양한 곡선이 어우러진 3차원으로 설치된다. 유체가 흐르다가 곡선을 만나거나 배관의 사이즈가 달라지는 부분에서는 자연히 속도 변화가 생기게 된다. 이러면 배관 특정 부분에 응력(Stress)이 집중되는 현상이 발생하는데 이렇게 되면 배관이 움직이거나 균열을 일으키는 등 위험하게 될 수도 있다. 따라서 이 Stress를 없애거나 적절히 분산시키는 것이 중요한데 이렇게 배관에 걸리는 Stress를 계산하고 그에 따른 적절한 대응 방안을 마련하는 즉 배관의 안전성을 검토하는 것을 Stress Analysis라고 한다. 또한 적정한 간격으로 지지대(Support)를 설치하여 배관에 작용하는 하중을 안전하게 구조물로 전달하여 배관을 안전하게 유지하는 계산도 매우 중요하다.
Plot Plan
배관에서 작성하는 가장 기본적이고 중요한 도면이라면 단연 Plot Plan이다. 플랜트 전체 혹은 Unit 별로 각종 기기와 구조물의 위치를 한눈에 알아볼 수 있도록 표시하는 도면으로서 배관에서 작성하지만 기계는 물론 전계장을 포함하여 대부분의 공종에서 이 도면을 활용하여 자신들의 도면을 작성하는 매우 중요한 도면이다.
General Arrangement Drawing(GAD) or Equipment Location Plan(ELP)
역시 배관에서 작성하는 가장 기본적이며 중요한 도면 중의 하나이다. Plot Plan이 각종 기기의 위치를 한눈에 볼 수 있도록 표시한 도면이라면 이 도면은 각 기기의 위치를 좌표를 기준으로 정확한 치수로 명기한 것이라 이해하면 무리가 없다. 예전에는 GAD를 먼저 작성한 후 GAD에 따라서 ELP를 작성하였으나 3D Modeling이 도입된 후에는 이 작업이 3D에서 동시에 이루어지면서 자연스럽게 의미가 축소되어 GAD 혹은 ELP 하나의 도면으로 작성되는 경우가 많다. 3D Modeling이 업무의 흐름까지 바꾸게 된 것이다
Isometric Drawing(ISO)
배관은 제작이나 현장 여건에 따라 다양한 길이로 나누어 제작한 후 조립하는 방식으로 설치한다. 가능한 한 길게 제작하면 설치하는 시간이 적게 들어 좋을 수 있지만 제작이나 이동에 어려움이 많기 때문에 오히려 비효율적일 수도 있다. 이러한 점을 고려하여 제작 여건에 맞추어 최적의 길이 단위로 제작하는데 이 단위 길이 의 배관을 Spool이라고 하며 제작된 Spool을 현장 여건에 맞추어 두세 개를 조립한 후 현장에 설치하는 것이 일반적이다.
이렇게 제작이나 설치 단위의 길이에 맞추어 작성한 배관 도면을 ISO라고 하는데 배관이 일직선 형태만 있는것이 아니라 3차원 형태의 배관도 많기 때문에 배관의 형상에 따라 3차원으로 작성한다.
이 ISO 도면에는 Pipe와 Pipe의 용접 정보를 포함하여 연결부의 Fitting, Flange와 Bolt, Nut 등의 조립 정보까지 배관라인을 이루는 모든 정보가 들어가 있어 Spool 제작을 위한 기본 도면은 물론 수압시험(Hydrostatic Test)용 등 현장 배관은 모두 이 ISO에 따라 설치된다고 보면 될 정도로 중요한 도면이다.
배관을 여러 조각으로 나누다 보니 ISO 도면의 수량이 엄청 많습니다 프로젝트 규모에 따라 다르지만 보통 일만 장 이상으로 전체 도면의 절반 이상을 차지할 정도이다. 그렇다 보니 예전에는 배관 설계 인력의 거의 절반을 ISO 도면 작성에 투입할 정도였지만 3D Modeling이 도입된 후부터는 Modeling을 완성하면 프로그램에서 자동으로 출력할 수 있게 되어 있어 훨씬 편리해졌다.
3D Modeling
3D Modeling 역시 배관설계의 업무에서 빼놓을 수 없다. 회사마다 다를 수 있지만 대부분 3D Modeling업무를 주관하는 곳이 바로 배관이기 때문이다. 물론 각 공종에서 자신들의 Data를 3D Model에 반영하지만 이를 취합하고 정리하는 곳이 배관이며 프로젝트 Milestone 중의 하나인 3D Model Review까지 배관에서 주관하기 때문에 3D Model을 생각하면 자연스럽게 배관을 연상하게 된다. 예전에는 엔지니어의 머리에 있던 내용과 계산 결과가 도면으로 작성되었지만 3D Model 소프트웨어의 발전 으로 10여 년 전부터 모든 엔지니어링 결과는 3D Modeling에 반영되며 이 Model에서 직접 도면으로 변환(Extrude)한다. 예전과는 확연히 다른 업무 방식으로 엔지니어링 업무에 상당한 변화가 일어난 것이다.
3D Model이 도입되면서 업무 수행 방식에 가장 많은 변화를 가져온 곳이 바로 배관이라고 해도 과언이 아니다. 앞서 설명한 Plot Plan은 물론 GAD와 ISO 도면까지 실제 배관에서 작성하는 도면의 90% 이상이 3DModel에서 출력할 정도이다,
Material Handling
플랜트 내에 설치되는 각종 장비나 기기는 반드시 유지 보수(Maintenance)를 해야 한다. 이때 설치된 장비나 기기를 해체하는데 필요한 공간과 설비가 미리 설계에 반영되어야 한다. 설치할 때는 주변에 방해물이 없어 쉽게 설치할 수 있지만 해체할 때에는 이미 배관 등 각종 설비가 설치되어 있기 때문에 해체할 공간을 미리 확보해 두지 않으면 난감한 문제가 발생하기 때문이다. 예를 들어 책상 서랍을 빼내는 것을 생각하면 쉽다. 서랍 앞에 반드시 서랍의 길이만큼 공간이 있어야만 서랍을 빼낼 수 있는 것과 마찬가지이다.
또한 장비를 사람이 들 수 있는 무게가 아니므로 반드시 장비를 사용해야 하는데 이때 장비를 들어주거나 지지해 주기 위한 설비(Lifting Device)가 필요하다. 예를 들어 체인블록을 사용하기 위해서는 체인을 걸어 고정해야 할 지지대(Lifting Lug)가 필요한 것처럼 말이다. 이처럼 유지 보수를 생각해서 미리 장비마다 공간을 확보하고 관련 설비를 설계하는 것을 Material Handling Study라고 한다. 이 Study가 완성되면 이에 따라 유지 보수에 필요한 각종 도구를 구매하여 발주처에 넘겨 주면 나중에 보수작업을 할 때 사용하게 된다.
장비를 해체하기 위해 특별한 장비나 공구가 필요한 경우도 있는데 이러한 공구Special Tool)는 대부분 주요 장비를 공급하는 업체에서 공급하는 것이 일반적이지만 때로는 Study를 통해 결정하기도 한다.
Hydrostatic(Pneumatic) Test Package
배관은 길이가 길기 때문에 여러 조각(Spool)으로 나누어 제작 후 설치한다. 이렇게 제작된 배관은 용접 혹은 플랜지를 사용해서 연결되어 플랜트 전체의 배관 라인을 형성하게 된다.
배관을 연결하다 보면 용접 부위의 안전성 확보를 위해 압력 테스트를 한다. 보통은 물을 사용하는 수압시험(Hydrostatic Test)이 대부분이지만 때로는 물이 아닌 Nitrogen 등 가스를 사용하여 Test 하는 경우가 있는데 이를 기압 시험Pneumatic Test)라고 하며 수압시험에 비해 위험하기 때문에 대부분 작업이 없는 야간에 실시하며 시험 장소 근처의 출입을 엄격히 통제한다.
수압시험은 배관에 물을 채우고 압력을 가한 후 일정 시간 동안 새는 곳Leak이 없는지를 확인한다. 만일 용접부위에서 누수가 생기는 곳이 있으면 해체하여 재 용접 후 조립하는 경우도 있다. 하지만 제작 단위인 Spool마다 제작 후에 압력시험을 하므로 용접 부위의 안전성은 이미 검증되었다고 볼 수 있으며 현장에서 하는 용접 부위도 용접 후에 NDT(Non-Destructive Testing) 등 각종 방법으로 안전성을 확보하기 때문에 문제는 거의 없다.
수압시험은 하나의 배관만 할 수도 있지만 대부분 라인 여러 개를 묶어 한 번에 실시하는 것이 일반적이다. 이렇게 수압시험에 해당하는 배관 라인에 적용할 압력 온도 그리고 물을 채운 후 유지 시간 등 각종 시험 정보를 입력한 도면을 Hydrostatic Test Package라고 하며 P&ID와 ISO drawing이 포함된다. 현장에서는 이 Package를 가지고 수압시험을 하며 반드시 시험에 문제가 없어야 설치 작업을 완료할 수 있다.
Tie-in
만일 기존 설비(Brown Field)가 있는 플랜트라면 또 하나 중요한 업무가 있는데 바로 Tie-in 업무이다. 기존에 있는 설비와 새로 설치하는 설비를 연결하는 것이 바로 배관이기 때문이다.
새로 설치하는 배관과 기존에 설치된 배관을 연결하는 지점을 Tie-in Point라고 하는데 이는 반드시 프로젝트 초기부터 위치를 받아서 설계에 반영해야 합니다 물론 전계장의 Cable도 연결되기는 하지만 Cable은 비교적 쉽게 위치를 변경할 수 있지만 배관은 그렇지 않기 때문에 항상 배관에서 Tie-in list를 관리하는 것이 일반적 이다.
참고자료
- 〈배관 공사〉, 《국어사전》
- oksk, 〈(두 번째 이야기) 배관 설계〉, 《브런치》, 2019-8-10
- the artisan, 〈배관공사 시공법〉, 《티스토리》, 2022-01-03
같이 보기
