파이프

파이프(pipe)는 원형 횡단면을 가진 중공 튜브로서 제품의 수송에 사용된다. 여기에서 제품에는 액체, 가스, 알갱이, 분말 및 기타를 포함한다. 파이프라는 용어는 튜브와 구분되어 파이프라인과 배관시스템을 대상한 관형 제품에 적용된다.

파이프와 튜브의 구분

일상적인 사용환경에서 용어 튜브와 파이프는 유사한 의미로 쓰이나 산업이나 엔지니어링에서 2개 용어는 독특하게 구분되어 사용된다. 제조에 적용되는 표준에 따르면 파이프는 일정한 외경을 갖는 공칭 지름과 두께로 치수를 표현하며 튜브는 외경과 벽두께로 표현하지만 외경, 벽두께, 내경으로 표현할 수 있다.

파이프는 통상적으로 하나 또는 몇 개 이상의 국제 표준 또는 국가산업표준에 따라 제조된다. 특정된 산업을 대상으로 튜브에도 유사한 표준이 적용되지만 튜브는 경상적으로 고객 사양에 따라 제조되며 지름과 공차의 범위가 더 넓다. 파이프와 튜브의 생산에는 많은 산업 표준과 정부 표준이 적용된다.

튜브라는 용어는 제품의 단면이 4각형이나 직4각형인 제품에 보편적으로 적용된다. 일반적으로 파이프라는 용어가 전 세계에서 더 보편적으로 사용되고 있으며 튜브라는 용어는 미국에서 가장 널리 사용된다.

튜브나 파이프는 모두 일정한 강성과 내구성이라는 의미를 가지고 있으며 이와 달리 호스(hose)라는 용어는 휴대용이고 유연한 제품의 경우에 적용된다.

파이프 어셈블리는 항상 엘보(elbow), T형 이음이나 기타 이음과 같은 연결구를 이용하여 구성되며 튜브는 성형 또는 굽히는 방식으로 고객의 배치에 적용된다. 단단하고 성형이 안 되는 재질 또는 공사현장에서 표준의 규제가 적용될 경우에 튜브 역시 연결구를 사용하여 튜브 어셈블리를 구축할 수 있다.

제조

금속파이프는 중공의 긴 튜브로서 다양한 용도로 사용된다. 금속파이프는를 제조방법에 따라 분류하면 접합부의 유무에 따라 무계목 강관과 접합강관이 있으며 접합강관은 단접강관과 용접강관으로 분류된다. 용접강관은 용접법과 제조공정에 따라 세분화된다.

□ 무계목강관(심레스 강관)

강괴, 강편 또는 봉강(관재)을 가열해서 만네스만식이나 에어헐트식 천공기 등으로 구멍을 뚫어 두껍고 짧은 중공소재를 제조한 후 이를 압연기 또는 인발기로 얇고 가늘며 길게 연신하여 소정의 외경과 두께로 마무리해 만든다. 이 외에 유진 세듀르네 방식에 의한 열간압출, 또는 맨드릴 밀에 의해 생산되는 것이 있다. 보통 열간 마무리를 하는데 특수한 용도의 것은 마무리 공정만 냉간에서 한다. 고압가스관, 고압화학용, 유정용, 군수용에 주로 쓰인다.

□ 접합강관

• 단접강관 - 소정의 폭으로 절단한 스켈프(강관의 재료가 되는 반제품)를 약 1천400℃ 정도로 가열한 후 연속식 단접기에서 관형태로 성형함과 동시에 양단을 롤로 압착시켜 제조한다. 단접강관은 소경관이 대부분이며 대량 생산방식이므로 다품종 소량 생산에는 어려움이 있다.
• 용접강관 - 대강 또는 스켈프를 상온에서 연속 롤 성형기를 통해 관형태로 성형한 후 접합부를 용접해 제조하는 방법으로서 용접법에 따라 전기저항용접강관(ERW 강관), 가스용접관, 아크용접강관(SAW 강관)으로 분류하며 SAW 강관은 성형방법에 따라 UOE 프레스 강관, 스파이럴 강관, 롤벤딩 강관, 연속성형 강관으로 구분한다.
  ERW 강관은 코일 상태로 감긴 스켈프을 사용하고 이것을 관 형태로 성형해 전기저항 또는 전기 유도에 의해 양쪽 끝(edge)에 발생하는 저항열을 이용, 용접한 강관을 말하며 용접강관 생산량의 대부분을 차지한다.
  초기에는 저주파전류를 이용한 저항용접법이 주로 사용됐으나 최근에는 생산성, 품질면에서 우수한 고주파 용접법으로 대체됐다.

재료

파이프의 제조에 사용하는 재질에는 다양한 종류가 있으며 세라믹, 유리, 유리섬유, 금속, 콘크리트 및 플라스틱이 있다. 과거에는 나무와 납이 많이 사용되었다.

금속 파이프의 제조에 사용되는 재료로는 미완성 흑색(래커)강, 탄소강, 스테인리스강, 아연도금강, 황동 및 연성철과 같은 강철 또는 철이 있다. 강관은 산소에 많이 함유된 수질에 사용할 경우 부식될 가능성이 많다. 수송되는 유체와 강관이 서로 맞지 않을 경우 또는 관도 중량 자체가 감안 요인으로 될 경우 알루미늄 재질의 파이프가 맞을 수 있다. 냉매 시스템과 같은 환경에서 알루미늄 관도는 열 수송 관도로 역할할 수 있다. 동관은 식용수 배관시스템에 보편적으로 적용되며 필요시 열전도(라디에이터 또는 열교환기)에도 적용 가능하다. 인코넬, 크롬 몰리, 티타늄 강 합금은 공정 및 전력 설비의 고온 및 고압 배관에 적용된다.

플라스틱 배관은 이의 화학적 저항성, 내부식성 및 가벼운 특성으로 널리 사용되며 연결이 쉽다. 적용되는 플라스틱 수지로는 PVC(polyvinyl chloride), CPVC(chlorinated polyvinyl chloride), FRP(fibre reinforced plastic), RPMP(reinforced polymer mortar), PP(polypropylene), PE(polyethylene), PEX(cross-linked high-density polyethylene), PB(polybutylene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 등이 있다. 많은 나라들에서 PVC 파이프는 도시 식용수 배관이나 오수/폐수 주 배관을 대상한 지중 매설 관도중에서 대부분을 차지한다.

파이프는 세라믹이나 콘크리트로도 제작이 가능하며 일반적으로 중력의 작용으로 흐르거나 배수용도로 사용되는 저압 관도로 역할한다. 하수용 파이프는 여전히 콘크리트 또는 유리화점토를 재료로 사용한다. 강화 콘크리트는 대형 콘크리트 관도에 적용된다.

표준

압력관도의 제조와 설치는 ASME BPVC(보일러 및 압력 용기 코드)에 기반한 B31.1 또는 B31.3과 같은 ASME "B31" 코드 시리즈의 엄격한 규제를 받으며 미국과 캐나다에서 법적으로 관리된다. 유럽과 세계 기타 지역에는 이 코드와 유사한 시스템이 있다. 압력관도에 관한 정의는 다양하지만 통상적으로 10 대기압에서 25 대기압 사이의 압력에 견뎌야 한다. 배관 시스템의 안전한 운영을 위해 압력 관도의 제조, 저장, 용접, 테스트 등 절차는 엄격한 품질 표준에 따라야 한다.

파이프의 제조는 일반적으로 용강로를 단위로 화학조성 테스트와 일련의 기계강도 테스트를 요구한다. 한 용강로에서 나온 파이프는 같은 주조 잉곳(cast ingot)으로 단조하기에 동일한 화학조성을 가지며 기계강도 테스트는 파이프의 LOT를 단위로 추진한다. 파이프 LOT는 같은 용강로에서 나오고 같은 열처리 절차를 거친다. 제조업자는 이러한 테스트를 추진한 뒤 공장 추적성 보고서(mill traceability report)에 조성을 기록하고 재료 테스트 보고서(material test report)에 기계강도 테스트 내역을 기록하며 둘 다 MTR이라는 약어로 표시한다. 관건적인 응용을 대상으로 이러한 테스트의 제3자 인증을 요구하는 경우도 있으며 이 때 독립 시험연구원에서 재료시험증명서(CMTR: certified material test report)를 발급하여 인증되었음을 밝힌다.

널리 사용되는 파이프 표준 또는 배관 클래스는 아래와 같다.

• The API range - now ISO 3183. E.g.: API 5L Grade B - now ISO L245 where the number indicates yield strength in MPa; API 5L 그레이드 B - 현재 ISO L245 여기에서 숫자는 MPa 단위로 항복강도를 표시함
• ASME SA106 Grade B (Seamless carbon steel pipe for high temperature service; 고온 환경에 적용되는 무계목 탄소강관)
• ASTM A312 (Seamless and welded austenitic stainless steel pipe; 무계목과 용접된 오스테나이트 스테인리스 스틸 파이프)
• ASTM C76 (Concrete Pipe; 콘크리트 파이프)
• ASTM D3033/3034 (PVC Pipe; PVC 파이프)
• ASTM D2239 (Polyethylene Pipe; PP 파이프)
• ISO 14692 (Petroleum and natural gas industries. Glass-reinforced plastics (GRP) piping. Qualification and manufacture; 석유와 천연가스 산업. GRP 배관, 자격과 제조)
• ASTM A36 (Carbon steel pipe for structural or low pressure use; 구조용 또는 저압 환경 적용 탄소강 파이프 )
• ASTM A795 (Steel pipe specifically for fire sprinkler systems; 화재 스프링클러 시스템 전용 철관)

APL 5L은 2008년 2/4분기 중반에 43 버전에서 44 버전으로 업그레이드하여 ISO 3183과 맞추었다.

참고자료

• "Pipe (fluid conveyance)", Wikipedia
• 〈제조공정〉, 《보명금속》
• 똥이애비, 〈심레스 강관(Seamless Pipe) - 정의/공법/품질/장단점/용도/재질〉, 《네이버블로그》, 2020-04-08
• "Methods Of Manufacturing Used in Metal Tubing Industry", Boyer Steel
• "Steel Pipe", How steel pipe is made
• 조인영 기자, 〈강관의 제조방법〉, 《EBN》, 2012-06-22

같이 보기

• 관
• 튜브
• 흡기장치
• 배기장치

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