파이프와 튜브 규격 마스터 시리즈 (1/5)

파이프와 튜브의 기본 개념 및 규격 체계

1. 파이프(Pipe)와 튜브(Tube)의 정의 및 근본적 차이점

산업용 가스 시스템에서 파이프와 튜브는 모두 유체를 이송하는 데 사용되지만, 설계 목적과 규격 체계에서 명확한 차이가 있습니다.

 

파이프(Pipe)의 특징:

• 압력 용기로 설계되어 주로 유체 이송이 주 목적
• 외경(OD)보다 공칭 크기(Nominal Size)로 규격화
• 벽 두께는 스케줄(Schedule) 번호로 표현
• 구조적 강도와 압력 저항성에 중점
• 주로 용접, 나사산, 플랜지로 연결

튜브(Tube)의 특징:

• 정밀 유체 제어나 특수 용도로 설계
• 정확한 외경(OD)이나 내경(ID)으로 규격화
• 벽 두께(Wall Thickness)를 직접 표기
• 정밀도와 표면 품질에 중점
• 주로 압축 피팅, 플레어 피팅으로 연결

산업 현장에서는 종종 "파이프"와 "튜브"라는 용어가 혼용되지만, 특히 고압가스 시스템에서는 이 차이를 명확히 이해하는 것이 안전과 효율성에 직결됩니다.

2. 치수 표기법: 공칭 크기(Nominal Size)와 실제 치수(Actual Dimension)

파이프 치수 표기법:

• NPS(Nominal Pipe Size): 미국식 인치 표기법
• DN(Diameter Nominal): 유럽식 미터법 표기법

중요한 점은 NPS 값이 파이프의 정확한 외경을 나타내지 않는다는 것입니다. 예를 들어:

NPS(인치)	실제 외경(인치)	실제 외경(mm)	DN(mm)
1/2	0.840	21.3	15
1	1.315	33.4	25
2	2.375	60.3	50
4	4.500	114.3	100

 

튜브 치수 표기법:

• 인치법: "1/4" OD x 0.035" Wall"
• 미터법: "6mm OD x 1mm Wall"

튜브는 일반적으로 정확한 외경(OD)과 벽 두께(Wall Thickness)로 표기되므로, 명시된 치수가 실제 치수와 일치합니다(공차 범위 내에서).

3. 파이프 스케줄(Schedule) 시스템 상세 분석

파이프의 벽 두께는 "스케줄(Schedule)" 번호로 표현되며, 이는 압력 등급과 관련이 있습니다. 스케줄 번호가 높을수록 벽이 두껍습니다.

 

주요 스케줄 번호:

• Sch 5, 10: 얇은 벽, 저압용
• Sch 40: 표준 두께, 일반용도
• Sch 80: 두꺼운 벽, 고압용
• Sch 160, XXS: 매우 두꺼운 벽, 초고압용

예를 들어, NPS 2(2인치) 파이프의 스케줄별 벽 두께:

스케줄	벽 두께(인치)	벽 두께(mm)
Sch 10	0.109	2.77
Sch 40	0.154	3.91
Sch 80	0.218	5.54
Sch 160	0.343	8.71

스케줄 번호는 원래 (P×1000)÷S 공식에서 유래되었습니다(P는 작동 압력, S는 허용 응력).

4. 튜브 벽 두께(Wall Thickness) 및 공차(Tolerance) 체계

튜브는 일반적으로 정확한 외경(OD)과 벽 두께로 규격화됩니다. 일부 산업에서는 벽 두께 대신 게이지(Gauge) 번호를 사용하기도 합니다.

 

튜브 공차(Tolerance):

• 외경 공차: 일반적으로 ±0.003인치(±0.076mm)
• 벽 두께 공차: 일반적으로 ±10%

산업용 가스 시스템에서는 공차가 중요한데, 특히 압축 피팅(Compression Fitting)이나 플레어 피팅(Flare Fitting)을 사용할 때 정확한 치수가 필요합니다.

 

튜브 경도(Hardness):

• 하드 튜브(Hard Tube): 굽힘이 어려우나 구조적 강도가 높음
• 소프트 튜브(Soft/Annealed Tube): 쉽게 구부릴 수 있어 복잡한 경로에 적합

5. 주요 재질별 특성: 탄소강(Carbon Steel), 스테인리스 스틸(Stainless Steel), 합금강(Alloy Steel)

가스 시스템에서 배관 재질 선택은 안전과 수명에 직결됩니다.

 

탄소강(Carbon Steel):

• 대표적 규격: ASTM A53, A106
• 장점: 비용 효율적, 높은 강도
• 단점: 부식에 취약, 특수 가스에 부적합
• 용도: 일반 가스, 질소, 압축 공기 시스템

스테인리스 스틸(Stainless Steel):

• 대표적 규격: ASTM A312, A269
• 유형: 304(일반용), 316/316L(내부식성 강화)
• 장점: 우수한 내부식성, 고온 안정성
• 단점: 비용 높음, 중량
• 용도: 산소, 수소, 부식성 가스, 고순도 시스템

특수 합금강(Specialty Alloys):

• 대표적 종류: 인코넬(Inconel), 하스텔로이(Hastelloy), 모넬(Monel)
• 장점: 극한 환경에서도 뛰어난 내부식성
• 단점: 매우 고가, 가공 어려움
• 용도: 극도로 부식성이 강한 가스, 초고온/저온 환경

비금속 재질:

• PTFE, PFA, PVDF 등
• 용도: 초고순도 가스, 강한 산성/알칼리성 가스

6. 국내외 표준 규격 비교: KS, ASME, EN, JIS

한국 표준(KS):

• KS D 3562: 압력배관용 탄소강관
• KS D 3576: 배관용 스테인리스 강관
• KS B 1541: 관 이음쇠용 나사
• 특징: 국내 고압가스 안전관리법과 연계됨

미국 표준(ASME/ASTM):

• ASME B36.10: 용접 및 무계목 강관
• ASME B16.5: 파이프 플랜지 및 플랜지 피팅
• ASTM A269: 무계목 및 용접 오스테나이트 스테인리스 스틸 튜브
• 특징: 국제적으로 가장 널리 사용됨

유럽 표준(EN):

• EN 10255: 용접용 강관
• EN 10216: 압력용 무계목 강관
• EN 10217: 압력용 용접 강관
• 특징: 미터법 기반, CE 마크 관련

일본 표준(JIS):

• JIS G 3454: 압력 서비스용 탄소강관
• JIS G 3459: 스테인리스 강관
• 특징: 국내 산업과 호환성 높음

국제 표준(ISO):

• ISO 4200: 일반용 용접 강관
• ISO 1127: 스테인리스 스틸 튜브 치수
• 특징: 글로벌 프로젝트에서 참조됨

7. 실무 적용 가이드: 올바른 파이프/튜브 선택 방법

가스 안전기기 및 혼합장비 설계 시 고려해야 할 주요 요소:

1. 압력 요구사항:
   • 작동 압력(Operating Pressure)의 1.5~2배 안전율 적용
   • 압력 변동(Pressure Fluctuation)을 고려한 여유 설계
2. 가스 특성:
   • 산소(Oxygen): 무유(Oil-Free) 시스템 필수
   • 수소(Hydrogen): 수소 취성(Hydrogen Embrittlement) 방지
   • 부식성 가스: 재질 호환성(Material Compatibility) 검토
3. 온도 조건:
   • 열팽창계수(Thermal Expansion Coefficient) 고려
   • 온도에 따른 압력 등급 감소(Temperature Derating) 계산
4. 설치 환경:
   • 진동(Vibration) 발생 여부
   • 외부 응력(External Stress) 유무
   • 옥내/옥외 설치 여부
5. 유지보수 용이성:
   • 분해/조립 빈도 고려
   • 접근성(Accessibility) 검토

실무자를 위한 핵심 체크포인트

1. 파이프와 튜브의 차이를 명확히 이해했는가?
2. 압력 요구사항에 적합한 스케줄/벽 두께를 선택했는가?
3. 가스 종류에 적합한 재질을 선택했는가?
4. 연결 방식과 배관 재질의 호환성을 검토했는가?
5. 국내 안전 기준을 준수하는가?

다음 시리즈에서는 산업용 가스 시스템을 위한 배관 선택에 대해 더 자세히 알아보겠습니다.

 

출처

한국가스안전공사. (2023). 고압가스 안전관리 기술기준(KGS FP331). 한국가스안전공사 출판부.

대한기계학회. (2022). 기계설비공학 핸드북. 대한기계학회 출판부.

이종원, 홍성호. (2021). 산업용 배관 엔지니어링의 이해. 도서출판 기전연구사.

American Society of Mechanical Engineers. (2023). ASME B31.3 Process Piping. ASME.

KS D 3562. (2021). 압력배관용 탄소강관. 한국표준협회.

 

 

 

 

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