관의 설계와 규정

Pipe Design and Code

관 두께는 압력·지름·허용응력·부식여유로 정해져요. 고압·대구경일수록 두껍고, 강한 재료일수록 얇아져요. 배관 설계 규정 계산의 기본식이에요. 압력과 허용응력으로 필요 두께를 맞춰 봐요.

관은 압력을 견딜 만큼만 두껍게

배관은 내부 압력을 견뎌야 하므로 일정 두께가 필요합니다. 압력이 높고 관이 굵을수록 두껍게, 재료의 허용응력이 클수록 얇게. 여기에 부식여유를 더한 것이 설계 두께이고, 압력과 허용응력의 비로 매기는 것이 스케줄 번호입니다.

📏 두께를 좌우하는 네 인자

①최고사용압력 P가 클수록 두껍게

②관 외경 D가 클수록 두껍게 (둘레 응력 증가)

③허용응력 σₐ가 클수록 얇게 (강한 재료)

④부식·나사 여유 C를 반드시 더한다

두께·스케줄 계산기

최고사용압력 P4 MPa

허용응력 σ_a100 MPa

관 외경 D150 mm

관 두께

t = 4.00 mm

부식여유 C=1 포함

스케줄 번호

Sch = 40

1000 × P/σₐ

💡 스케줄 번호의 의미

①스케줄 번호가 클수록 관이 두껍다 (Sch 40 < 80 < 160)

②Sch = 1000 × (사용압력 ÷ 허용응력)

③P와 σₐ는 같은 단위(MPa)로 넣어야 무차원 스케줄이 나온다

④예: P=4 MPa, σₐ=100 MPa → Sch = 40

허용응력과 안전율

허용응력

σ_a = 인장강도안전율

재료의 인장강도를 안전율로 나눈 값

허용응력은 재료가 실제로 견디는 인장강도를 안전율로 나눠 정합니다. 안전율이 클수록 허용응력이 작아져 관은 더 두꺼워집니다. 배관 재료(SPP·SPPS·STS 등)마다 인장강도가 달라 허용응력도 달라집니다.

📏 배관 재료 감각 (계승: 관 재료편)

①SPP(배관용 탄소강관): 저압 증기·물·기름 일반 배관

②SPPS(압력배관용 탄소강관): 1~10 MPa 급 압력 배관

③STS(스테인리스강관): 내식·고온용, 허용응력 관리 엄격

④인장강도가 큰 재료일수록 허용응력이 커서 관을 얇게 할 수 있다

핵심 공식

관 두께

t = PD2σ_a + C

P=최고사용압력, D=외경, σₐ=허용응력, C=부식여유

스케줄 번호

Sch = 1000 × Pσ_a

P·σₐ 같은 단위(MPa), 클수록 두꺼운 관

허용응력

σ_a = 인장강도안전율

재료 강도 ÷ 안전율

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①관 두께 t = PD/(2σₐ) + C (부식여유 C 반드시 가산)

②압력·외경이 크면 두껍게, 허용응력이 크면 얇게

③스케줄 번호 Sch = 1000 × P/σₐ (P, σₐ 같은 단위)

④스케줄 번호가 클수록 관이 두껍다

⑤허용응력 σₐ = 인장강도 ÷ 안전율

📝 대표 기출문제

①[기출유형] P=4 MPa, D=150 mm, σₐ=100 MPa, C=1 mm일 때 두께는? (답: 4×150/200 + 1 = 4.0 mm)

②[기출유형] P=4 MPa, σₐ=100 MPa일 때 스케줄 번호는? (답: 1000×4/100 = 40)

③[기출유형] 허용응력은 무엇을 무엇으로 나눈 값인가? (답: 인장강도 ÷ 안전율)

④[기출유형] 스케줄 번호가 클수록 관 두께는? (답: 두꺼워진다)