파이프 압력 등급 가이드: 계산, 차트 및 선택

파이프 압력 등급은 무엇이며 왜 중요한가요?

공식적으로 최대 허용 작동 압력(MAWP)으로 알려진 파이프 압력 등급은 파이프가 지정된 온도에서 안전하게 담을 수 있는 최대 내부 압력입니다. 이는 파이프가 파열되는 압력인 파열압력과 근본적으로 다릅니다. MAWP는 상당한 안전 계수(일반적으로 ASME B31.3에 따른 최대 인장 강도의 3.5배)를 통합하여 파이프가 설계 수명 전반에 걸쳐 구조적 한계 내에서 잘 작동하도록 보장합니다. 부적절한 압력 등급의 파이프를 선택하는 것은 산업용 배관 고장의 가장 일반적인 근본 원인 중 하나이며, 이는 누출, 치명적인 파열 및 안전 사고로 이어집니다.

잘못된 압력 등급 선택의 결과는 심각할 수 있습니다. MAWP 이상으로 작동하는 파이프는 항복(영구 변형), 고온에서의 크리프 또는 갑작스러운 취성 파손을 경험할 수 있습니다. 석유화학 시설에서는 파이프 파손으로 인해 화재, 폭발, 독성 물질 방출이 발생했습니다. ASME B31 코드 시리즈는 전력 배관용 B31.1, 프로세스 배관용 B31.3, 파이프라인 운송용 B31.4, 가스 전송용 B31.8 등 다양한 응용 분야에 걸쳐 파이프 압력 설계에 대한 최소 요구 사항을 설정합니다. 이러한 규정 요구 사항을 이해하는 것은 안전하고 규정을 준수하는 배관 시스템 설계에 필수적입니다.

Barlow 공식 - 이론적 파열 압력 계산

Barlow 공식은 파이프의 이론적 파열 압력을 계산하기 위한 기본 방정식입니다.P=2세인트/D, 여기서 P는 내부 압력(MPa), S는 허용 응력(MPa), t는 공칭 벽 두께(mm), D는 외부 직경(mm)입니다. MAWP 계산의 경우 허용 응력 S는 설계 온도의 ASME 섹션 II 파트 D에서 가져오며, 벽 두께 t는 공칭 두께에서 제조 허용 오차를 뺀 값입니다. 이 공식은 대부분의 표준 파이프 일정에 적용되는 얇은 벽 조건(D/t > 10)을{2}가정합니다.

계산 예(Barlow 공식 - 이론 MAWP):주변 온도의 4인치 SCH 40 A106 Gr.B 파이프의 경우:
OD=114.3 mm, 벽=6.02 mm, S=137.9 MPa (38도에서 A106 Gr.B)
P=2 x 137.9 x 6.02 / 114.3=14.5MPa(~2100psi)

ASME B31.3 코드 공식(t=PD / 2(SE + PY))은 접합 효율 계수 E와 온도 계수 Y를 포함하므로 동일한 파이프에 대해 약 10.9 MPa의 더 낮은 MAWP를 생성합니다. 아래 표는 ASME B31.3 공식을 사용하고 코드- 준수 작동 압력을 나타냅니다. 비교를 위해 파열 압력(A106 Gr.B의 경우 최소 인장 강도 S= 415MPa 사용)은 약 43.7MPa이며 파열에 대한 안전 계수는 약 3.0입니다. 이는 MAWP 계산의 보수적인 특성을 보여줍니다. 실제 작동 압력은 항상 MAWP보다 낮아야 하며 대부분의 설계 코드에서는 정상 작동 압력보다 더 많은 여유를 요구합니다.

재료별 허용 응력값

허용되는 응력 값은 압력 등급 계산의 기초입니다. 이 값은 수천 가지 재료-등급-온도 조합에 대해 ASME 섹션 II 파트 D에 표로 정리되어 있습니다. 허용 응력은 실온에서 최소 인장 강도의 1/3-, 실온에서 최소 항복 강도의 2/3, 또는 100,000시간 동안의 평균 크리프 파단 강도를 고온에서 1.5로 나눈 최소값에서 파생됩니다.

온도가 상승하면 허용 응력이 크게 감소합니다. 이러한 온도 경감 효과는 주변 온도와 400도 사이에서 40% 감소하는 탄소강에서 가장 두드러집니다. P91과 같은 합금강은 고온에서 주변-온도 강도의 높은 비율을 유지하므로 고온 서비스에 선호되는 선택입니다.- 스테인레스강은 주변-온도 허용 응력이 낮으면서도 600도 이상의 매우 높은 온도에서 강도를 더 잘 유지합니다.

일정별 압력 등급 차트

아래 표는 주변 온도에서 A106 Gr.B 탄소강 파이프의 대략적인 작동 압력을 보여줍니다. 이 값은 공칭 벽 두께를 기준으로 하며 부식 허용치는 포함되지 않습니다. 실제 작동 압력은 특정 작동 조건 및 해당 코드 요구 사항에 따라 달라집니다.

온도 경감

온도 경감은 작동 온도가 증가함에 따라 허용 응력이 감소하는 것입니다. 이러한 현상은 금속이 고온에서 강도를 잃기 때문에 발생합니다. 탄소강의 경우 허용 응력은 약 200°까지 상대적으로 일정하게 유지된 후 선형적으로 감소하기 시작합니다. 400도에서 A106 Gr.B의 허용 응력은 주변-온도 값의 약 60%입니다. 500도에서는 약 40%까지 떨어집니다.

스테인레스강은 우수한 내산화성과 크리프 강도로 인해 매우 높은 온도에서 유리합니다. 304 스테인리스강은 탄소강보다 주변 온도 허용 응력이 낮지만(117.2MPa 대 137.9MPa), 600도에서의 허용 응력은 탄소강의 0(ASME 코드에 따라 538도 이상은 허용되지 않음)에 비해 약 48MPa입니다. 600도 이상의 초-고온-온도 응용 분야에는 합금 617(UNS N06617)과 같은 니켈-기반 합금이 사용되며 허용 응력은 900도에서 20~30MPa입니다.

ASME B31 압력 요구 사항

각 ASME B31 코드 섹션에는 압력 등급 결정을 위한 특정 요구 사항이 있습니다. ASME B31.1(전력 배관)은 발전소 및 산업 플랜트의 배관을 관리합니다. 보일러 외부 배관에 대한 ASME 섹션 I의 규칙에 따른 압력 설계가 필요하며 직선 파이프, 굴곡 및 분기 연결에 대한 특정 방정식을 제공합니다. ASME B31.3(Process Piping)은 화학 및 석유화학 플랜트에 가장 널리 사용되는 코드입니다. 이는 압력 설계 두께가 t=(P x D) / (2(SE + PY))에 의해 결정되는 Barlow 공식- 기반 접근 방식을 사용합니다. 여기서 E는 종방향 접합 품질 계수이고 Y는 온도-종속 계수입니다.

ASME B31.4(파이프라인 운송)은 액체 탄화수소 및 기타 액체 파이프라인 시스템에 적용됩니다. 이는 설계 압력에서의 후프 응력이 재료의 지정된 최소 항복 강도(SMYS)의 지정된 백분율을 초과하지 않아야 하는 설계 요소 접근 방식을 사용합니다. 예를 들어, 일반적인 설계 계수 0.72는 후프 응력이 SMYS의 72%로 제한된다는 의미입니다. ASME B31.8(가스 전송)은 유사한 설계 요소 접근 방식을 사용하지만 0.72(시골)에서 0.40(밀도가 높은 도시 지역) 범위의 파이프라인 근처 인구 밀도를 기반으로 하는 위치-특정 요소를 사용합니다.

압력 테스트 검증

수압 테스트는 제작된 배관 시스템의 압력 무결성을 확인하기 위한 표준 방법입니다. 시험 압력은 일반적으로 설계 온도에서 설계 압력의 1.5배이지만 시험 온도에서 MAWP의 1.5배 이상입니다. 테스트 압력은 모든 조인트와 연결부의 누출 여부를 검사하는 동안 최소 기간(소형 시스템의 경우 일반적으로 10분, 대형 시스템의 경우 더 긴 시간) 동안 유지되어야 합니다. 공압 테스트는 수압 테스트가 비실용적일 때 사용됩니다(예: 산소 또는 극저온 서비스와 같이 물을 견딜 수 없는 시스템). 그러나 공압 테스트는 압축 가스에 저장된 에너지로 인해 더 큰 안전 위험을 수반하며 추가적인 예방 조치가 필요합니다. 우리를 참조하십시오수압 및 공압 테스트 가이드자세한 절차는 (54)를 참조하세요.

산업 압력 요구 사항

화학 산업은 일반적으로 150#~600#의 압력 등급에서 운영되며 가장 일반적인 공정 배관은 150# 또는 300#입니다. 수소화분해 및 암모니아 합성과 같은 고압 공정은 900#~2500#에서 작동됩니다. 전력 산업은 2500#~4000#에서 작동하는 초-초임계 증기 사이클과 최대 620도의 온도를 갖춘 가장 높은 압력 등급을 사용합니다. 이러한 극한 조건에서는 P92 및 니켈- 기반 초합금과 같은 고{13}}합금 소재가 필요합니다. 석유 및 가스 파이프라인 압력은 일반적으로 ANSI 300 ~ 900 등급 범위에 속하지만 주 송전선은 2000psi를 초과하는 압력에서 작동할 수 있습니다.

압력 등급에 따른 주문 방법

특정 압력 적용을 위해 파이프를 주문할 때 올바른 선택을 위해 설계 압력 및 온도, 유체 매체(부식성 포함), 해당 코드(ASME B31.3, B31.1 등), 필요한 부식 허용량 및 특수 요구 사항(사워 서비스, NACE 준수 등)과 같은 매개변수를 제공하십시오. ManufacturerPipe의 엔지니어링 팀은 특정 압력 요구 사항에 맞는 최적의 재료, 일정 및 제조 공정을 선택하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 우리는 또한 표준 일정이 불충분하거나 과도하게 지정된 애플리케이션을 위해 비표준 벽 두께 맞춤화를-제공합니다.-

파이프 압력 평가 지원이 필요하십니까?

귀하의 특정 압력 요구 사항에 맞는 파이프에 대한 전문적인 안내와 경쟁력 있는 가격을 알아보려면 당사 엔지니어링 팀에 문의하세요.

제품 카테고리

• 스테인레스 스틸 파이프
• 탄소강관
• 합금강관
• 아연 도금 파이프