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에너지관리기사 열설비법규 · 관의 설계와 규정

Pipe Design and Code

배관은 내부 압력을 견딜 만큼 두꺼워야 하고, 두께는 압력 · 바깥지름 · 허용응력에 부식 여유를 더해 t = PD/(2σₐ) + C로 정한다. 관의 두께 등급은 압력과 허용응력의 비로 매긴 스케줄 번호 Sch = 1000 × P/σₐ로 나타낸다. 그림은 관 단면 고리와 안쪽에서 미는 내압, 계산한 두께와 스케줄 번호예요(부식 여유 1 mm 고정). 최고사용압력 · 허용응력 · 관 외경 슬라이더를 움직이면 고리 두께와 t · Sch 값이 바뀌어요.

관은 압력을 견딜 만큼만 두껍게

배관은 내부 압력을 견뎌야 하므로 일정한 두께가 필요하다. 압력이 높고 관이 굵을수록 두껍게, 재료의 허용응력이 클수록 얇게 만들고, 여기에 부식 여유를 더한 것이 설계 두께다. 압력과 허용응력의 비로 매기는 두께 등급이 스케줄 번호다.

📏 두께를 좌우하는 네 인자
①최고사용압력 P가 클수록 두껍게 한다
②관 외경 D가 클수록 둘레 방향 응력이 커져 두껍게 한다
③허용응력 σₐ가 클수록(강한 재료) 얇게 할 수 있다
④부식 · 나사 여유 C는 꼭 더해요

두께 · 스케줄 계산기

4 MPa
100 MPa
150 mm
관 두께
t = 4.00 mm
부식 여유 C = 1 포함
스케줄 번호
Sch = 40
1000 × P/σₐ
💡 스케줄 번호의 뜻
①같은 호칭 지름이면 스케줄 번호가 클수록 관이 두껍다(Sch 40 < 80 < 160)
②Sch = 1000 × (사용 압력 ÷ 허용응력)
③P와 σₐ는 같은 단위(MPa)로 넣어야 단위 없는 스케줄 번호가 나와요
④예를 들어 P = 4 MPa, σₐ = 100 MPa이면 Sch = 40이다

허용응력과 안전율

허용응력
σa = 인장강도안전율
재료의 인장강도를 안전율로 나눈 값

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

📏 배관 재료 감각
①SPP(배관용 탄소강관)는 압력이 낮은 증기 · 물 · 기름의 일반 배관에 쓴다
②SPPS(압력 배관용 탄소강관)는 1 ~ 10 MPa급 압력 배관에 쓴다
③STS(스테인리스강관)는 부식에 강해 고온 · 내식용으로 쓰고, 허용응력을 엄격히 관리한다
④인장강도가 큰 재료일수록 허용응력이 커서 관을 얇게 할 수 있어요

핵심 공식

관 두께
t = PD2σa + C
P = 최고사용압력 · D = 외경 · σₐ = 허용응력 · C = 부식 여유
스케줄 번호
Sch = 1000 × Pσa
P · σₐ는 같은 단위(MPa) · 클수록 두꺼운 관
허용응력
σa = 인장강도안전율
재료 강도 ÷ 안전율

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①관 두께 t = PD/(2σₐ) + C이고, 부식 여유 C는 꼭 더한다
②압력과 외경이 크면 두껍게, 허용응력이 크면 얇게 해요
③스케줄 번호 Sch = 1000 × P/σₐ(P와 σₐ는 같은 단위)
④스케줄 번호가 클수록 관이 두꺼워요
⑤허용응력 σₐ = 인장강도 ÷ 안전율
📝 대표 기출유형
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)
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