플랜지 규격 마스터 시리즈 3화: ANSI/ASME 규격 플랜지 상세 분석

ANSI/ASME 규격 플랜지 상세 분석

안녕하세요! 플랜지 규격 마스터 시리즈 3화에서는 ANSI/ASME B16.5 규격의 상세 치수표와 Class 등급별 특징, 그리고 압력-온도 등급 관계에 대해 자세히 알아보겠습니다. KS/JIS 규격과 ANSI 규격의 차이점과 현장 적용 시 주의사항까지, 미국 규격 플랜지의 모든 것을 설명해 드리겠습니다.

1. ANSI/ASME 플랜지 규격 개요

ANSI/ASME B16.5 규격은 미국 기계학회(ASME)와 미국 국가표준협회(ANSI)에서 제정한 플랜지 규격으로, 전 세계 석유화학, 발전, 해양 플랜트 등 산업 현장에서 널리 사용되고 있습니다. 이 규격은 배관 크기 NPS 1/2"부터 24"까지의 파이프 플랜지, 플랜지 피팅, 밸브 등에 적용됩니다.

ANSI/ASME 플랜지의 주요 특징:

1. 압력 등급 표시: Class로 표시 (Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500)
2. 측정 단위: 인치 단위 사용 (야드파운드법)
3. 압력-온도 관계: Class 등급별로 온도에 따른 허용 압력이 세부적으로 규정됨
4. 재질 그룹: 다양한 재질 그룹별로 압력-온도 등급이 다르게 적용

2. ANSI/ASME Class 등급별 특징

Class 150 (저압용)

• 작동 압력: 상온에서 약 20 bar (290 psi) 이하
• 용도: 저압 시스템, 상업용 건물 배관, 일반 공정용
• KS/JIS 규격의 10K와 유사한 압력 등급
• 상대적으로 얇은 두께와 경량 설계

Class 300 (중압용)

• 작동 압력: 상온에서 약 50 bar (740 psi) 이하
• 용도: 중압 시스템, 석유화학 공정, 발전소 등
• KS/JIS 규격의 20K와 유사한 압력 등급
• 볼트 홀 수가 증가하고 플랜지 두께가 두꺼움

Class 600 (고압용)

• 작동 압력: 상온에서 약 100 bar (1480 psi) 이하
• 용도: 고압 시스템, 정유 공정, 고압 화학 공정
• KS/JIS 규격의 40K와 유사하지만 완전히 호환되지 않음
• 두꺼운 플랜지 구조와 증가된 볼트 수

Class 900, 1500, 2500 (초고압용)

• 작동 압력: 각각 상온에서 약 150, 260, 420 bar 이하
• 용도: 초고압 시스템, 심해 석유 생산, 특수 공정
• 매우 견고한 구조와 높은 내구성
• RTJ (Ring Type Joint) 면 형상이 주로 사용됨

3. ANSI/ASME Class 150 상세 치수표

아래는 ANSI/ASME B16.5 Class 150 플랜지의 주요 치수입니다. (단위: 인치)

배관 규격	플랜지 외경	볼트 구멍 지름	볼트 원 지름	플랜지 두께	볼트 수
1/2"	3.50	0.62	2.38	0.44	4
1"	4.25	0.62	3.12	0.50	4
2"	6.00	0.75	4.75	0.62	4
3"	7.50	0.75	6.00	0.69	4
4"	9.00	0.75	7.50	0.75	8
6"	11.00	0.88	9.50	0.81	8
8"	13.50	0.88	11.75	0.94	8
10"	16.00	1.00	14.25	1.00	12
12"	19.00	1.00	17.00	1.06	12

4. KS/JIS 규격과 ANSI 규격의 차이점

기본 차이점

1. 단위 체계: KS/JIS는 미터법(mm)을, ANSI는 인치 단위 사용
2. 압력 표시: KS/JIS는 K(kg/cm²), ANSI는 Class 표시
3. 플랜지 치수: 호환되지 않는 외경, 볼트홀 위치, 개수 차이
4. 면 형상: KS/JIS는 FF(Flat Face) 위주, ANSI는 RF(Raised Face) 위주

압력 등급 대략적 비교

KS/JIS	ANSI/ASME	대략적 압력(bar)
5K	Class 75	약 5-7
10K	Class 150	약 10-20
16K	-	약 16-25
20K	Class 300	약 20-50
30K	-	약 30-60
40K	Class 600	약 40-100

 

실제 사례: 혼용 시 문제점

1. JIS 80A와 ANSI 3" 연결 시:
   • 명목상 같은 크기지만(3인치≒80mm) 볼트홀 개수와 위치가 달라 연결 불가
   • JIS 플랜지에는 8개 볼트홀, ANSI에는 4개 볼트홀로 불일치
2. JIS 50A와 ANSI 2" 연결 시:
   • 볼트홀 수는 동일(4개)하지만 볼트홀 원 지름이 달라 정렬 불가
   • 가스켓 장착 불가로 누설 위험 발생
3. 면 형상 불일치:
   • JIS의 FF와 ANSI의 RF 연결 시 가스켓 장착 불균일로 압력 불균형 발생
   • 누설 위험과 구조적 안전성 저하

5. ANSI 플랜지의 압력-온도 등급 관계

ANSI/ASME 규격의 큰 특징은 온도에 따른 압력 등급의 세부적인 규정입니다. 온도가 상승함에 따라 허용 압력이 감소하며, 재질에 따라 감소율이 다릅니다.

탄소강(A105) 재질의 온도별 허용 압력 예시 (단위: psig)

온도(°F)	Class 150	Class 300	Class 600	Class 900
-20~100	285	740	1480	2220
200	260	675	1350	2025
300	230	655	1310	1965
400	200	635	1270	1905
500	170	600	1200	1800
600	140	550	1095	1645
700	110	490	985	1475
800	80	420	840	1260

6. 현장 적용 시 주의사항

규격 확인의 중요성

• 설계 단계에서 규격 통일 필수 (KS/JIS 또는 ANSI 중 하나로 일관성 유지)
• 기존 설비 증설 시 기존 규격 확인 필수
• 수입 장비와 국내 배관 연결 시 어댑터 또는 규격 변환 필요 여부 검토

실무 적용 팁

1. 발주 시 명확한 규격 명시: "ANSI B16.5 Class 150 RF WN Flange, 3 inch, A105"와 같이 상세 명시
2. 치수 확인: 도면과 실제 제품 치수 일치 여부 확인 필수
3. 볼트 규격: ANSI 플랜지에는 ANSI 규격 볼트 사용 (UNC 나사산)
4. 가스켓 선택: RF면에는 전용 가스켓 사용 (스파이럴 또는 링 타입)
5. 토크 값: ANSI 규격에서 권장하는 토크 값으로 체결

7. 결론

ANSI/ASME 규격 플랜지는 국제 석유화학 산업과 플랜트 분야에서 널리 사용되는 표준으로, KS/JIS 규격과는 뚜렷한 차이가 있습니다. 규격 간 혼용은 피하고, 설계 단계에서부터 일관된 규격을 적용하는 것이 중요합니다. 특히 온도에 따른 압력 등급의 변화를 이해하고 올바른 Class를 선택하는 것이 시스템 안전성과 효율성에 직결됩니다.

다음 포스팅에서는 플랜지 설치 방법과 토크 값 계산, 누설 방지를 위한 체결 기법에 대해 알아보겠습니다. 안전하고 효과적인 플랜지 시스템 구축을 위한 실무 노하우를 기대해 주세요!

출처

American Society of Mechanical Engineers. (2022). ASME B16.5: Pipe flanges and flanged fittings: NPS 1/2 through NPS 24 metric/inch standard. ASME.

Becht, C. (2018). Process piping: The complete guide to ASME B31.3 (3rd ed.). ASME Press.

International Organization for Standardization. (2020). ISO 7005: Pipe flanges - Part 1: Steel flanges for industrial and general service piping systems. ISO.

Nayyar, M. L. (2017). Piping handbook (8th ed.). McGraw-Hill Education.

Smith, P., & Van Laan, R. (2019). Piping and pipe support systems: Design and engineering (2nd ed.). CRC Press.