파이프와 튜브 규격 마스터 시리즈 특별편 (3.5/5)

시작하며:

압축 피팅과 플레어 피팅에 대한 심층 탐구의 필요성

이번 특별편에서는 가스 배관 시스템의 핵심 요소인 압축 피팅과 플레어 피팅에 대해 더 깊이 살펴볼 필요가 있어 추가로 작성하게 되었습니다. 이 연결 시스템들은 산업용 가스 배관에서 안전과 성능을 결정짓는 중요한 구성 요소로, 실무자들이 정확히 이해하고 적용해야 하는 전문 지식입니다.

특히 압축 피팅과 플레어 피팅은 다양한 브랜드와 유형, 규격이 존재하며 설치 방법이 정밀해야 하기 때문에, 실무 현장에서 많은 질문과 오해가 발생하는 영역입니다. 산소, 수소, 아세틸렌과 같은 위험 가스를 다루는 배관 시스템에서는 올바른 피팅 선택과 설치가 안전의 기본이 됩니다.

이번 특별편에서는 다양한 압축 피팅 브랜드의 특성과 차이점, 플레어 피팅의 종류와 적용 방법, 브랜드 간 호환성 문제, 그리고 초고압 시스템을 위한 특수 피팅까지 실무에 바로 적용할 수 있는 지식을 제공하겠습니다. 이를 통해 안전하고 효율적인 가스 배관 시스템 구축에 도움이 되길 바랍니다.

파이프와 튜브 규격 마스터 시리즈 (3.5/5)

튜브 연결 시스템 심화: 압축 피팅과 플레어 피팅의 모든 것

1. 압축 피팅(Compression Fitting)의 작동 원리와 유형

압축 피팅은 산업용 가스 시스템에서 가장 널리 사용되는 튜브 연결 방식 중 하나입니다. 그 작동 원리와 다양한 유형에 대해 심층적으로 알아보겠습니다.

 

압축 피팅의 기본 작동 원리: 압축 피팅은 페룰(Ferrule)이라 불리는 금속 또는 플라스틱 링을 사용하여 튜브 외부를 압착함으로써 밀봉을 형성합니다. 너트를 조이면 페룰이 튜브 외부를 물리적으로 변형시켜 피팅 본체와 튜브 사이에 기밀 밀봉을 만듭니다.

 

주요 압축 피팅 시스템 비교:

피팅 시스템	페룰 구성	특징	재연결 가능 횟수	누설률 범위
Swagelok	전방/후방 이중 페룰	높은 진동 저항, 우수한 기밀성	3-5회	10^-8~10^-9 atm-cc/sec
Parker A-LOK	전방/후방 이중 페룰	모서리 끝단 밀봉, 높은 압력 적합	3-5회	10^-8~10^-9 atm-cc/sec
HAM-LET Let-Lok	이중 페룰	높은 진동 저항, 재조립 용이	3-5회	10^-8~10^-9 atm-cc/sec
DK-LOK	전방/후방 이중 페룰	비용 효율적	2-4회	10^-7~10^-8 atm-cc/sec
Gyrolok	단일 페룰	간편한 설치, 공간 효율적	1-3회	10^-6~10^-7 atm-cc/sec

 

압축 피팅의 주요 구성 요소:

1. 피팅 본체(Body): 튜브가 삽입되는 주요 부분
2. 페룰(Ferrule):
   • 전방 페룰(Front Ferrule): 주요 밀봉 담당
   • 후방 페룰(Back Ferrule): 그립 및 진동 저항성 담당
3. 너트(Nut): 조임력 제공 및 페룰 압착
4. 튜브 스톱(Tube Stop): 튜브 삽입 깊이 제한

출처: Parker Hannifin Corporation

 

압축 피팅의 정확한 설치 방법:

1. 튜브 절단: 직각으로 깨끗하게 절단
2. 버(Burr) 제거: 내/외부 버 완전 제거
3. 튜브 삽입: 튜브 스톱까지 완전 삽입
4. 너트 예비 조임: 손으로 조인 후 튜브가 튜브 스톱에 닿았는지 확인
5. 최종 조임: 제조사 지정 회전 수(일반적으로 1과 1/4 회전) 만큼 렌치로 조임
6. 검사: 마킹을 통한 조임 상태 확인

압력 등급에 따른 압축 피팅 선택:

압력 범위 권장 피팅 유형 재질 페룰 시스템

압력 범위	권장 피팅 유형	재질	페룰 시스템
저압 (<50 bar)	일반 압축 피팅	황동, 316 SS	단일/이중 페룰
중압 (50-200 bar)	중압용 압축 피팅	316 SS	이중 페룰
고압 (200-400 bar)	고압용 압축 피팅	316 SS, Monel	이중 페룰, 강화 설계
초고압 (>400 bar)	초고압용 피팅	특수 합금	콘(Cone) 타입

 

다양한 압축 피팅 시스템의 단면도와 작동 원리를 Swagelok 공식 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.

 

출처: 스웨지락 유튜브

 

2. 플레어 피팅(Flare Fitting)의 종류와 적용

플레어 피팅은 튜브 끝단을 넓혀(플레어링) 피팅의 원뿔형 표면에 직접 접촉시켜 밀봉하는 방식입니다. 특히 고압, 진동, 온도 변화가 큰 환경에서 많이 사용됩니다.

 

주요 플레어 피팅 유형:

플레어 유형	플레어 각도	주요 표준	일반적 용도	특징
JIC(AN)	37°	SAE J514, AS4395	항공, 유압, 연료	고압 및 진동에 강함
SAE	45°	SAE J512	자동차, 냉동	이중 플레어 사용
ISO	42°	ISO 8434-2	유럽 산업 장비	DIN 2353 호환
DIN	24°	DIN 2353	유럽 공압/유압	절단 링 포함

 

플레어 피팅 구성요소:

1. 피팅 본체(Body): 원뿔형 시트(Seat) 포함
2. 너트(Nut): 플레어된 튜브를 시트에 압착
3. 슬리브/페룰(선택적): 일부 설계에서 추가 밀봉/지지 제공
4. 플레어된 튜브 끝단: 피팅 시트와 접촉하는 밀봉면

튜브 플레어링 과정:

1. 튜브 절단: 직각으로 깨끗하게
2. 버 제거: 내/외부 버 완전 제거
3. 플레어 너트 삽입: 너트를 먼저 튜브에 통과
4. 플레어링: 플레어링 도구 사용(각도에 따라 도구 선택)
5. 품질 확인: 플레어 각도, 균일성, 균열 여부 검사
6. 조립: 너트 조임으로 플레어를 시트에 압착

플레어 피팅 선택 기준:

• 압력 요구사항: 일반적으로 압축 피팅보다 고압 저항성 우수
• 진동 조건: 높은 진동 환경에 적합
• 온도 변화: 열순환에 강한 저항성
• 재질 호환성: 튜브와 피팅 재질 일치 권장
• 작업 환경: 플레어링 도구 접근 가능성 고려

플레어 비교: 단일 vs 이중 플레어:

• 단일 플레어(Single Flare): 한 번의 플레어링, 저/중압용
• 이중 플레어(Double Flare): 두 번의 플레어링으로 강화, 고압용
• 버블 플레어(Bubble Flare): 둥근 형태, 유럽식 자동차 브레이크 라인에 사용

플레어 피팅의 일반적 문제와 해결책:

문제	원인	해결책
누설	불균일한 플레어, 손상된 시트	플레어 재작업, 시트 검사
크랙	과도한 플레어링, 취성 튜브	적절한 도구 사용, 재질 확인
오정렬	비직각 절단, 잘못된 플레어링	정밀 절단, 올바른 도구 사용
풀림	진동, 불충분한 조임	적절한 토크 적용, 락킹 장치

 

다양한 플레어 피팅 유형과 플레어링 방법에 관한 이미지는 Parker Hannifin의 기술 자료에서 확인할 수 있습니다.

 

출처:https://ph.parker.com/us/ko/category/fittings-and-quick-couplings/flare-fittings

 

3. 브랜드 간 호환성과 크로스오버 피팅

산업 현장에서는 다양한 브랜드의 피팅이 함께 사용되는 경우가 많아 호환성 문제가 발생할 수 있습니다.

 

주요 브랜드 간 호환성 매트릭스:

브랜드	Swagelok	Parker A-LOK	HAM-LET	DK-LOK	Gyrolok
Swagelok	완전 호환	부분 호환*	부분 호환*	부분 호환*	비호환
Parker A-LOK	부분 호환*	완전 호환	부분 호환*	부분 호환*	비호환
HAM-LET	부분 호환*	부분 호환*	완전 호환	부분 호환	비호환
DK-LOK	부분 호환*	부분 호환*	부분 호환	완전 호환	비호환
Gyrolok	비호환	비호환	비호환	비호환	완전 호환

*부분 호환: 일부 상황에서만 호환되며, 제조사 지침 확인 필요

 

호환성 판단 기준:

1. 페룰 설계와 형상
2. 피팅 본체 각도와 프로필
3. 권장 토크 값 일치도
4. 재질 특성 호환성

크로스오버 피팅 활용:

크로스오버 피팅은 서로 다른 표준이나 브랜드 간 연결을 가능하게 하는 특수 피팅입니다.

변환 유형	용도	고려사항
인치-미터 변환	1/4" 튜브 - 6mm 튜브 연결	미세한 크기 차이로 정밀 설계 필요
브랜드 간 변환	Swagelok - Parker 연결	두 시스템의 기술적 특성 고려
스레드 변환	NPT - BSPP 연결	누설 위험, 적절한 밀봉 필수
튜브-파이프 변환	튜브 - 나사산 파이프 연결	응력 집중점 주의

 

크로스오버 피팅 사용 시 주의사항:

1. 제조사의 공식 크로스오버 피팅 우선 사용
2. 비공식 호환 조합은 낮은 압력에서만 고려
3. 혼합 사용 시 시스템 전체 압력 등급 하향 조정
4. 정기적 누설 점검 필수
5. 중요 안전 시스템에서는 혼합 사용 지양

실무 팁: 기존 시스템 확장 시 기존 브랜드와 동일한 피팅을 사용하는 것이 가장 안전합니다. 부득이하게 다른 브랜드를 사용해야 할 경우, 공식 크로스오버 차트를 참조하세요.

 

4. 고압/초고압 시스템을 위한 특수 튜브 피팅

일반 산업용 압축/플레어 피팅으로 대응하기 어려운 고압/초고압 환경에서는 특수 설계된 피팅이 필요합니다.

 

고압 시스템용 피팅(200-700 bar):

피팅 유형	작동 원리	특징	적용 분야
콘 앤 스레드(Cone & Thread)	금속-금속 원뿔형 접촉	높은 압력 저항, 진동 저항	유압 시스템, 고압 가스
미디엄 프레셔(Medium Pressure)	강화된 본체와 연결부	350-700 bar 범위 대응	석유화학, 시험 장비
강화 이중 페룰(Reinforced)	특수 열처리 페룰	표준 압축 피팅 형태, 고압 강화	분석 장비, 공정 제어

 

초고압 시스템용 피팅(700+ bar):

피팅 유형	압력 범위	연결 방식	특징
콜라(Coned & Threaded) HIP	~4,000 bar	원뿔형 접촉 + 고강도 나사	초고압 연구, 워터젯
안티바이브레이션(Anti-Vibration)	~1,500 bar	이중 밀봉 시스템	고진동 고압 환경
오토클레이브(Autoclave)	~10,000 bar	특수 콜렛 그립	초고압 연구, 화학 반응기

 

초고압 피팅 재질:

• 17-4PH 스테인리스 스틸: 우수한 강도와 내식성
• 인코넬 718: 고온 고압 환경
• MP35N: 높은 인장 강도, 내식성, 내피로성
• 하스텔로이 C-276: 극한 부식 환경용

초고압 시스템 설계 고려사항:

1. 안전율(Safety Factor): 일반적으로 최소 2.5~4배
2. 응력 집중(Stress Concentration): 급격한 방향 전환 최소화
3. 피로 수명(Fatigue Life): 압력 주기에 대한 저항성
4. 벽 두께(Wall Thickness): 충분한 재료 강도 확보
5. 부식 여유(Corrosion Allowance): 장기 사용 고려

특수 응용 분야별 권장 피팅:

응용 분야	권장 피팅 유형	일반 압력 범위	주요 고려사항
수소 스테이션	콘 앤 스레드, 강화 이중 페룰	350-700 bar	수소 취성, 누설 최소화
초임계 유체 추출	오토클레이브, HIP	300-500 bar	온도 변화, 내화학성
워터젯 절단	콜라 HIP, 울트라 하이 프레셔	3,000-6,000 bar	극한 압력, 맥동 저항
초고압 실험실	오토클레이브, HIP	1,000-10,000 bar	정밀성, 안전성

 

초고압 피팅 시스템과 적용 예시는 High Pressure Equipment Company에서 확인할 수 있습니다.

다양한 피팅 자료는  Swagelok 공식 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.

실무자를 위한 FAQ

1. 질문: 이중 페룰 압축 피팅과 단일 페룰 압축 피팅의 주요 차이점은 무엇인가요?

답변: 이중 페룰 시스템은 전방 페룰이 주로 밀봉 기능을, 후방 페룰이 그립 기능을 담당하여 역할이 분리되어 있습니다. 이로 인해 진동 저항성이 우수하고 더 높은 압력에 견딜 수 있으며, 재조립 시 안정성이 높습니다. 반면 단일 페룰 시스템은 설계가 단순하고 설치가 쉬우며 부품 수가 적어 비용이 저렴하지만, 일반적으로 낮은 압력 환경에 적합하고 재조립 시 성능 저하가 더 큽니다.

2. 질문: 압축 피팅에서 튜브 끝단이 튜브 스톱에 닿지 않으면 어떤 문제가 발생할 수 있나요?

답변: 튜브가 튜브 스톱에 완전히 닿지 않은 상태에서 피팅을 조이면 여러 문제가 발생할 수 있습니다. 첫째, 페룰이 튜브 상의 잘못된 위치에 물려 밀봉이 불완전해집니다. 둘째, 시스템 압력을 받을 때 튜브가 더 안쪽으로 밀려들어가 연결부 실패의 원인이 됩니다. 셋째, 진동 시 스트레스 집중점이 생겨 피로 파괴 위험이 증가합니다. 따라서 설치 전 반드시 튜브가 튜브 스톱에 완전히 닿았는지 확인해야 합니다.

3. 질문: 서로 다른 브랜드의 피팅 본체와 너트를 혼용해도 안전한가요?

답변: 일반적으로 서로 다른 브랜드의 피팅 부품을 혼용하는 것은 권장되지 않습니다. 각 제조사마다 페룰과 본체 간의 각도, 깊이, 나사산 프로필 등 미세한 설계 차이가 있어 누설이나 실패 위험이 높아집니다. 불가피하게 혼용해야 한다면, 제조사의 공식 호환성 차트를 확인하고, 가능한 경우 해당 조합의 압력 테스트를 실시하며, 시스템 작동 압력을 호환 가능 압력의 50-60% 이하로 제한하는 것이 좋습니다.

4. 질문: 플레어 피팅 설치 시 가장 흔히 발생하는 실수는 무엇인가요?

답변: 플레어 피팅 설치 시 가장 흔한 실수는 다음과 같습니다: 1) 튜브 절단면이 직각이 아니거나 버(burr)가 남아있는 경우, 2) 플레어링 전 너트를 튜브에 끼우지 않아 재작업이 필요한 경우, 3) 플레어 각도가 피팅 시트 각도와 일치하지 않는 경우, 4) 과도한 조임으로 인한 플레어 변형이나 과소 조임으로 인한 누설, 5) 플레어 표면의 결함(스크래치, 균열)을 간과하는 경우. 이러한 문제를 방지하기 위해 제조사의 지침을 철저히 따르고 적절한 도구를 사용하는 것이 중요합니다.

5. 질문: 고압 수소 시스템에서 압축 피팅 사용 시 특별히 고려해야 할 사항은 무엇인가요?

답변: 고압 수소 시스템에서는 다음 사항을 특별히 고려해야 합니다: 1) 수소 취성에 강한 316L 스테인리스 스틸과 같은 적합한 재질 선택, 2) 가능한 용접 연결을 우선 사용하고, 필요한 경우에만 고품질 이중 페룰 압축 피팅 선택, 3) 제조사 권장 토크 값을 정확히 준수하여 과도한 응력 방지, 4) 정기적인 누설 검사 일정 수립(수소는 분자가 작아 누설 가능성이 높음), 5) 진동이 심한 환경에서는 추가 락킹 장치 고려, 6) 가능한 경우 콘 앤 스레드 타입 특수 고압 피팅 사용 검토. 이러한 조치는 수소의 높은 확산성과 금속 취화 특성을 고려한 것입니다.

실무자를 위한 핵심 체크포인트

1. 적용 압력과 환경에 적합한 피팅 유형을 선택했는가?
2. 피팅 설치 시 제조사의 정확한 지침을 따르고 있는가?
3. 브랜드 간 혼용 시 공식 호환성을 확인했는가?
4. 고압/초고압 환경에서 충분한 안전율을 적용했는가?
5. 정기적인 검사 및 유지보수 계획이 수립되어 있는가?

다음 시리즈에서는 밀봉 시스템(Sealing System)에 대해 더 자세히 알아보겠습니다.

출처

윤종호, 박상현. (2023). 산업용 고압 배관 시스템 설계 핸드북. 기계기술출판사.

한국가스안전공사. (2024). 고압가스 배관 안전관리 기술 지침서. 한국가스안전공사 출판부.

이상규, 김동현. (2022). 플랜트 배관 설계와 피팅 선택 가이드. 기계기술출판사.

Swagelok Company. (2023). 튜브 피팅 완전 정복: 산업용 연결 시스템 가이드. Swagelok Technical Publications.

Parker Hannifin Corporation. (2024). 압력 시스템을 위한 튜브 피팅 기술 매뉴얼. Parker Technical Library.

 

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