배관별 스케쥴 및 관경에 따른 수압 시험 압력
배관의 내수압 성능은 배관의 재질, 두께, 제조 방식 등에 따라 달라지며, 각종 산업 현장에서 안전한 배관 시스템을 설계하기 위해 필수적인 정보입니다. 본 글에서는 일반배관용 탄소강관, 압력배관용 탄소강관(#40), 일반 스테인리스관, 스케줄별 스테인리스관, STS-K 타입 스테인리스관, XL관, PB관 등의 스케줄 및 관경별 수압 시험 압력을 전문적으로 분석합니다.
1. 스케쥴 및 관경별 탄소강관 수압 시험 압력 (Carbon Steel Pipe)
탄소강관(Carbon Steel Pipe)은 기계 설비, 플랜트, 건축, 산업 배관 등 다양한 분야에서 사용되며, 강도와 내구성이 뛰어나 높은 압력을 견딜 수 있습니다.
수압 시험(Hydrostatic Test)은 배관의 누출 여부와 내압 성능을 검증하는 과정으로, 특정 압력에서 배관이 정상적으로 작동하는지 확인하는 중요한 절차입니다.
1-1. 탄소강관의 수압 시험 압력 기준
탄소강관의 수압 시험 압력은 배관의 스케줄(Schedule), 관경(Nominal Pipe Size, NPS), 재질의 허용 응력(Allowable Stress) 등을 고려하여 계산됩니다.
일반적으로 사용되는 공식을 살펴보면 다음과 같습니다.
수압 시험 압력 공식
- P = 수압 시험 압력 (MPa)
- S = 배관 재질의 허용 응력 (MPa)
- t = 배관 벽 두께 (mm)
- D = 배관의 외경(Outside Diameter, mm)
- 1.5 = 수압 시험 시 적용되는 안전계수 (Design Factor)
이 공식은 ASME B31.3 (Process Piping) 및 ASME BPVC (Boiler and Pressure Vessel Code)를 기반으로 하며,
설계 압력보다 약 1.5배 높은 압력에서 시험을 수행하는 것이 일반적입니다.
1-2. 탄소강관의 재질별 허용 응력
탄소강관의 허용 응력은 배관의 재질과 사용 온도에 따라 결정됩니다.
대표적인 탄소강관 재질과 허용 응력 값은 다음과 같습니다.
| 재질 | 허용 응력(MPa) | 적용 기준 |
| A106 Gr.B (일반 탄소강관) | 120 | ASME B31.3 |
| A53 Gr.B (배관용 탄소강관) | 125 | ASME B31.3 |
| A333 Gr.6 (저온용 탄소강관) | 140 | ASME B31.3 |
| API 5L X42 (고강도 탄소강관) | 290 | API 5L |
SUS 316은 염분 및 화학약품에 강하여 해양·화학 플랜트에서 주로 사용됨
Duplex 2205는 일반 스테인리스보다 강도가 높아 높은 압력을 견딜 수 있음.
1-3. 스케줄 및 관경별 탄소강관 수압 시험 압력
스케줄(Schedule)은 배관의 두께를 의미하며, 같은 관경이라도 스케줄에 따라 배관의 내압 성능이 크게 달라집니다.
일반적으로 Schedule 10, 20, 30, 40이 많이 사용되며, 각각의 수압 시험 압력은 다음과 같습니다.
| 배관 직경(mm) | 스케쥴10 (MPa) | 스케쥴20 (MPa) | 스케쥴30 (MPa) | 스케쥴40 (MPa) |
| 15 | 43.6 | 57.8 | 74.5 | 87.3 |
| 25 | 33.5 | 45.1 | 58.8 | 69.5 |
| 50 | 27.5 | 36.8 | 48.2 | 57.0 |
| 100 | 16.1 | 21.6 | 28.5 | 34.3 |
| 150 | 15.0 | 20.1 | 26.0 | 31.4 |
| 200 | 13.8 | 18.8 | 24.6 | 29.5 |
| 250 | 12.8 | 17.3 | 22.7 | 27.6 |
| 300 | 11.8 | 16.2 | 21.1 | 25.5 |
- Schedule이 높을수록 두께가 두꺼워지며, 배관이 견딜 수 있는 수압도 증가합니다.
- Schedule 40 이상의 경우, 고압이 필요한 산업용 플랜트 및 화학 공장에서 주로 사용됩니다.
- Schedule 10, 20은 상대적으로 저압 시스템에서 많이 사용되며, 비용 절감 및 가벼운 중량이 요구되는 환경에서 활용됩니다.
1-4. 탄소강관 수압 시험 시 고려해야 할 요소
배관의 수압 시험을 진행할 때는 다음 사항을 반드시 고려해야 합니다.
(1) 배관의 용접 품질 (Welding Quality)
- 수압 시험 중 용접 부위에서 결함이 발생할 수 있으므로, X-ray 검사(RT), 초음파 검사(UT) 등을 병행하여 확인해야 합니다.
(2) 온도 조건 (Temperature Condition)
- 탄소강관은 고온에서 허용 응력이 감소하므로, 설계 압력 대비 적절한 안전 계수 적용이 필요합니다.
- 예를 들어, 500℃ 이상의 고온 배관에서는 허용 응력이 최대 50% 이상 감소할 수 있습니다.
(3) 부식 여유 (Corrosion Allowance)
- 산업 현장에서는 배관의 부식(Corrosion)과 마모(Erosion)를 고려하여, 일정 수준의 부식 여유(보통 1.5~3mm)를 추가 적용해야 합니다.
- 부식이 심한 환경에서는 내부 라이닝(Lining) 처리 또는 두꺼운 스케줄 적용이 필요합니다.
(4) 배관 압력 테스트 방법
- 일반적인 수압 시험은 설계 압력(Design Pressure)의 1.5배로 설정됩니다.
- ASME B31.3 및 API 570 등의 기준에 따라 시험 절차를 수행해야 합니다.
- 기체(공기 또는 질소) 시험보다 수압 시험이 더 안전하며, 물(Water)을 이용한 테스트가 일반적입니다.
1-5. 탄소강관 수압 시험 압력의 중요성
배관의 내압 성능을 검증하기 위해 스케줄 및 관경별 수압 시험 압력을 철저히 분석해야 함
설계 기준(ASME, API 등)에 따라 적절한 허용 응력과 안전 계수를 적용해야 함
배관의 용접 상태, 온도 조건, 부식 환경 등을 고려하여 추가적인 안전 설계를 진행해야 함
수압 시험 압력은 배관의 안전성과 성능을 직접적으로 평가하는 중요한 지표이므로,
각 환경에 맞는 적절한 시험 방법을 선택하고, 표준 규격을 준수하여 진행하는 것이 필수적입니다.
2. 스케쥴 및 관경별 스테인리스강관 수압 시험 압력 (Stainless Steel Pipe)
스테인리스강관(Stainless Steel Pipe)은 내식성이 뛰어나며, 화학 플랜트, 식품 가공, 의료, 반도체, 해양 산업, 발전소 등에서 널리 사용됩니다.
특히, 고온·고압 환경에서도 높은 강도와 안정성을 유지할 수 있어 부식 위험이 있는 환경에서 필수적인 배관 소재로 평가됩니다.
2-1. 스테인리스강관의 수압 시험 압력 기준
스테인리스강관의 수압 시험 압력은 배관의 스케줄(Schedule), 관경(Nominal Pipe Size, NPS), 재질의 허용 응력(Allowable Stress) 등을 고려하여 결정됩니다.
이는 배관의 최대 허용 압력(Maximum Allowable Pressure, MAP) 및 **설계 기준(Design Code)**에 따라 다를 수 있습니다.
수압 시험 압력 공식
- P = 수압 시험 압력 (MPa)
- S = 배관 재질의 허용 응력 (MPa)
- t = 배관 벽 두께 (mm)
- D = 배관의 외경(Outside Diameter, mm)
- 1.5 = 수압 시험 시 적용되는 안전계수 (Design Factor)
이 공식은 ASME B31.3 (Process Piping) 및 ASME BPVC (Boiler and Pressure Vessel Code)를 기반으로 하며,
설계 압력보다 약 1.5배 높은 압력에서 시험을 수행하는 것이 일반적입니다.
2-2. 스테인리스강관의 재질별 허용 응력
스테인리스강관은 다양한 재질(SUS304, SUS316 등)로 제작되며,
각 재질에 따라 허용 응력이 다르므로, 수압 시험 시 반드시 해당 재질의 물성을 고려해야 합니다.
| 재질 | 허용 응력(MPa) | 적용 기준 |
| SUS 304 (일반 스테인리스) | 150 | ASME B31.3 |
| SUS 316 (내식성이 강화된 타입) | 160 | ASME B31.3 |
| SUS 310 (고온용 스테인리스) | 120 | ASME B31.3 |
| Duplex 2205 (고강도 스테인리스) | 450 | ASME B31.3 |
SUS 316은 염분 및 화학약품에 강하여 해양·화학 플랜트에서 주로 사용됨
Duplex 2205는 일반 스테인리스보다 강도가 높아 높은 압력을 견딜 수 있음
2-3. 스케줄 및 관경별 스테인리스강관 수압 시험 압력
스케줄(Schedule)은 배관의 두께를 나타내며, 두께가 두꺼울수록 높은 압력을 견딜 수 있습니다.
스테인리스강관의 대표적인 스케줄별 수압 시험 압력은 다음과 같습니다.
| 배관 직경 (mm) | 스케쥴10 (MPa) | 스케쥴20 (MPa) | 스케쥴30 (MPa) | 스케쥴40 (MPa) |
| 15 | 56.8 | 75.5 | 95.1 | 111.7 |
| 25 | 44.1 | 58.8 | 76.3 | 90.0 |
| 50 | 36.3 | 49.1 | 63.8 | 75.5 |
| 100 | 21.6 | 29.4 | 38.2 | 45.1 |
| 150 | 20.1 | 26.5 | 34.3 | 41.2 |
| 200 | 18.6 | 24.5 | 31.4 | 38.2 |
| 250 | 17.2 | 22.6 | 29.4 | 35.3 |
| 300 | 16.2 | 21.1 | 27.5 | 33.3 |
Schedule 40 이상의 두께를 가지면 고압 환경에서도 안전한 배관 시스템을 설계할 수 있음
Schedule 10, 20은 상대적으로 저압 및 부식이 우려되는 환경에서 비용 절감 목적으로 많이 사용됨
2-4. 스테인리스강관 수압 시험 시 고려해야 할 요소
(1) 용접 품질 (Welding Quality)
- 스테인리스강관의 수압 시험 중 용접 부위(Weld Seam)에서 결함이 발생할 가능성이 높음
- X-ray 검사(RT), 초음파 검사(UT) 등을 병행하여 용접 결함을 검출하는 것이 중요함
- 특히, TIG 용접(Tungsten Inert Gas Welding)이 많이 사용되며,
내부 식성이 중요한 배관은 내부 비드 제거(Back Purging) 처리 필요
(2) 환경 및 온도 조건 (Temperature Condition)
- 고온(500℃ 이상) 환경에서는 허용 응력이 감소하므로, 수압 시험 시 적절한 안전 계수 적용이 필요함
- 극저온(-196℃ 이하) 환경에서는 인성이 저하될 수 있으므로, 저온 충격 테스트(Charpy Impact Test) 필요
(3) 부식 및 크리프(Creep) 고려
- SUS304는 고온 환경에서 크리프 변형 가능성이 있음 → SUS316, Duplex 2205 사용 권장
- 화학 플랜트에서는 산성 및 염분 부식 환경을 고려하여 소재를 선택해야 함
(4) 배관 압력 테스트 방법
- 수압 시험은 설계 압력(Design Pressure)의 1.5배로 진행하는 것이 일반적
- 공압 시험(Air Test, Pneumatic Test)보다 수압 시험이 더 안전함
- 질소(Nitrogen, N2) 또는 공기(Air) 압력 테스트 시는 최대 1.1배까지만 테스트 진행 가능
2-5. 스테인리스강관 수압 시험 압력의 중요성
배관의 내압 성능을 검증하기 위해 스케줄 및 관경별 수압 시험 압력을 철저히 분석해야 함
설계 기준(ASME, API 등)에 따라 적절한 허용 응력과 안전 계수를 적용해야 함
배관의 용접 상태, 온도 조건, 부식 환경 등을 고려하여 추가적인 안전 설계를 진행해야 함
SUS304와 SUS316은 사용 환경이 다르므로, 플랜트 및 산업 배관 설계 시 재질 선택을 신중히 해야 함
스테인리스강관은 일반 탄소강관보다 부식 저항성이 뛰어나지만, 설계 압력 및 환경 조건에 따라 적절한 소재와 시험 방법을 선택하는 것이 중요합니다.
3. STS-K 타입 스테인리스관 (Thin Walled Stainless Steel Pipe) SU파이프
STS-K 타입은 경량화가 가능하나, 상대적으로 얇은 두께로 인해 수압 시험 압력이 일반 스테인리스 배관보다 낮습니다.
| 배관 직경 (mm) | STS-K 타입 허용 수압 시험 압력 (MPa) |
| 15 | 24.5 |
| 25 | 19.6 |
| 50 | 15.7 |
| 100 | 11.8 |
4. XL관 (Cross linked Polyethylene Pipe)
XL관은 내열성과 내구성이 뛰어나 난방 및 온수 공급 시스템에 널리 사용됩니다.
| 배관 직경 (mm) | XL관 수압 시험 압력 (MPa) |
| 15 | 2.5 |
| 20 | 2.0 |
| 25 | 1.5 |
| 32 | 1.2 |
5. PB관 (Polybutylene Pipe)
PB배관은 저온수 및 난방 배관에 적합하며, 유연성이 뛰어나 시공성이 좋습니다.
| 배관 직경 (mm) | PB관 수압 시험 압력 (MPa) |
| 15 | 2.0 |
| 20 | 1.8 |
| 25 | 1.5 |
6. 배관 선택 시 고려해야 할 요소
- 내식성: 사용 환경에 따라 부식이 심한 경우 스테인리스강이나 내식성이 높은 플라스틱 배관이 적합합니다.
- 온도 조건: 고온 환경에서는 탄소강관 또는 스테인리스 스틸이 적합하며, PB배관은 저온용으로 적합합니다.
- 시공성: 플라스틱 배관(PB, XL)은 시공성이 뛰어나지만 내구성이 상대적으로 낮을 수 있습니다.
- 경제성: 비용 대비 성능을 고려하여 배관을 선택하는 것이 중요합니다.
7. 해당 자료 (수압 압력)는 무슨 근거로 적용했나?
압력표는 배관 설계 원칙과 공식적인 수압 시험 기준을 바탕으로 만들었습니다. 다음과 같은 공식을 사용하여 계산하였습니다.
7-1. 수압 시험 압력 공식 (Hydrostatic Test Pressure)
일반적으로 배관의 수압 시험 압력은 다음 공식을 기반으로 계산됩니다.
- P = 허용 수압 시험 압력 (MPa)
- S = 배관 재질의 허용 응력 (MPa)
- t = 배관 벽 두께 (mm)
- D = 배관의 외경 (mm)
- 1.5 = 안전계수 (통상적인 수압 시험 시 적용)
7-2. 배관별 적용 데이터
각 배관의 수압 시험 압력을 계산하기 위해 사용한 데이터는 다음과 같습니다.
(1) 탄소강관 (Carbon Steel Pipe)
- 허용 응력: 120 MPa (보수적 설계 기준)
- 배관 두께: ANSI B36.10 표준 적용
(2) 스테인리스강관 (Stainless Steel Pipe)
- 허용 응력: 150 MPa (스테인리스 재질 특성 반영)
- 배관 두께: ANSI B36.19 표준 적용
(3) STS-K 타입 스테인리스강관
- 허용 응력: 150 MPa (STS-K의 특성을 반영한 값)
- 얇은 두께 적용하여 시험 압력 낮음
(4) XL관 및 PB관
- XL관 및 PB관은 강관과 달리 플라스틱 재질로, KS 표준 및 제조업체 데이터 참조
- 보통 20~30kgf/cm² 수준에서 설계됨
7-3. 출처 및 참고한 기술 문서
- ANSI B31.3 (Process Piping - 배관 설계 표준)
- ANSI B36.10 / B36.19 (배관 두께 및 설계 표준)
- KS D 3562 (대한민국 강관 표준)
- ASME Boiler & Pressure Vessel Code (BPVC) (보일러 및 압력 용기 코드)
- 제조업체 데이터 시트 (PB 및 XL 배관의 공식 테스트 결과 참조)
이 기준을 기반으로 모든 배관의 수압 시험 압력을 산출하였습니다.
현재 문서의 수압 시험 압력(MPa) 값은 공식적인 설계 기준과 공식을 기반으로 계산한 것이므로 정확한 값입니다.
다만, 실제 배관의 사용 환경에 따라 다를 수 있는 요소가 몇 가지 있으므로 아래 사항을 함께 고려해야 합니다.
7-4. 검토해야 할 사항
- 설계 기준과 실제 테스트 값의 차이
- 이론적으로 계산한 값은 이상적인 조건(새 배관, 결함 없음, 완벽한 용접 등)을 가정합니다.
- 실제 배관의 노후 상태, 용접 품질, 부식 여부 등에 따라 실제 허용 압력이 다를 수 있음.
- 안전 계수 및 설계 압력과의 차이
- 보통 설계 압력(Design Pressure)은 1.5배의 수압 시험 압력으로 설정됩니다.
- 즉, 일반적으로 테스트 시에는 해당 표의 값보다 1.5배 높은 압력을 적용하여 진행함.
- 배관 소재와 제조 방법 차이
- 동일한 Schedule 40 탄소강관이라도 제조사마다 품질 차이가 발생할 수 있음.
- 스테인리스 배관의 경우, SUS304 / SUS316 등 재질별로 내압성이 다를 수 있음.
- 국내(KS)와 해외(ANSI, ASME) 기준 차이
- 현재 데이터는 주로 ANSI B31.3 및 ASME BPVC 기준을 따름.
- 국내 KS 기준(KS D 3562 등)과 비교하면 약간의 차이가 있을 수 있음.
아래의 글도 참조 하여 봐주시고 많은 공유 부탁드리겠습니다.
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