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May 08. 2021
[플랜트 배관재 톺아보기] 아주 매우 너무나 기초 -4
플랜지(Flange)? - 2
지난주에 전달드리지 못한 플랜지와 관련된 내용을 마저 전달드리면서, 배관재의 [아주 매우 너무나 기초] 시리즈를 마무리하겠습니다.
얼굴의 생김새에 따른 분류
지난주에 설명드린 내용은 파이프와 연결되는 방법에 의한 플랜지 종류의 구분이었는데, 파이프와 연결되는 부분의 반대편, 파이프 스풀(pipe spool)의 얼굴(face)이 되어서 다른 파이프 스풀과 맞닿는 부분의 생김새에 따라서도 구분할 수 있습니다.
Flat Face (FF)
매끈한 Flat Face굴곡 없이 납작한(flat) 얼굴을 가진 플랜지입니다. 얼굴 전체에 가스켓(gasket)을 대고 다른 플랜지와 연결하게 됩니다. 주의할 점은, FF 플랜지가 주조(casting)로 제작될 경우, 상대 플랜지가 FF 플랜지가 아니라면 깨지기 쉬운 주물의 성질 때문에 볼트를 체결하는 과정에서 파손될 수 있다는 점입니다.
Raised Face (RF)
가운데가 살짝 솟아 오른 Raised Face 솟아오른(raised) 얼굴을 갖고 있는 RF 플랜지는 내경 주변으로 조금 튀어나와 있습니다. FF 플랜지는 가스켓이 플랜지의 얼굴 전체를 덮었지만, RF 플랜지는 이 튀어나온 부분에만 가스켓이 올라갑니다.
RTJ (Ring Type Joint) Face (RTJ)
가운데 값비싼 메탈 가스켓을 쓰는 RTJ고리(ring)를 이용하여 상대 플랜지와 연결(joint)할 수 있는 RTJ 플랜지는 위의 다른 타입과 다르게 고리 모양의 금속 가스켓이 들어가는 홈(groove)을 가지고 있습니다. 굳이 금속 가스켓을 쓰고 플랜지의 가공비를 더 써가면서 홈을 파 놓은 이유는 RTJ 플랜지는 고온, 고압의 환경에 사용할 수 있기 때문입니다. 고온, 고압의 환경에 사용되기 때문에 파이프와 연결되는 부분에는 웰딩넥(Welding Neck)을 사용합니다.
이 외에도 아래에서 보시는 것처럼, Tongue & Groove (혀와 홈..혀??) Face, Male & Female Face를 가진 플랜지도 있지만, 잘 쓰이지는 않는 것 같습니다.
플랜지 얼굴에 홈을 파는 세레이션(Serration)
플랜지와 플랜지를 볼트로 연결하는 그 사이에는 꼭 가스켓이 들어가야 하는데, 사용되는 가스캣의 재질에 따라서 플랜지 얼굴의 표면처리가 필요합니다. (가스캣의 재질은 배관을 흐르는 유체의 성질에 따라 다르게 적용합니다.)
smooth (왼쪽) / serrated (오른쪽)예를 들어, 금속 재질의 가스캣을 사용할 때는, 플랜지 표면을 매끈(smooth)하게 마무리합니다. 하지만 비금속의 부드러운 재질 가스캣이 사용될 때는, 플랜지 표면을 톱니 모양(serrated)처럼 작은 홈을 파서 마무리합니다. 그래야 가스캣이 플랜지에 안착되고 플랜지 끼리 연결하는 틈으로 유체가 새는 것을 막을 수 있습니다.
플랜지의 등급
플랜지에는 압력 단위인 파운드(lb) 외에도, 파이프나 피팅과는 다르게 Class라고 부르는 등급을 매겨 놓았습니다. 아래 그림에서 보시는 것처럼 온도와 압력에 따라서 등급을 나누어 놓았는데, 예를 들어, 50℃, 50 bar의 환경이라면, class 300의 플랜지가 적용되고, 140℃, 80 bar의 환경에 설치되는 플랜지라면, 해당 환경보다 허용 한도가 높은 class 600의 플랜지를 사용해야 합니다.
150#, 300#, 400$, 600#, 900#, 1500#, 2500#, 이렇게 높은 등급으로 올라가면 플랜지는 더 높은 압력과 온도를 견딜 수 있고, 당연히 더 무거워집니다. 주의하실 점은 class 150# ≠ 150 lb입니다. 클래스와 파운드는 전혀 다른 의미이기 때문에 헷갈리시면 바보가 됩니다. (저는 바보였습니다..)
그 외 가끔 보이는 플랜지
Reducing Flange
일반적으로는 파이프의 사이즈를 줄이기 위해서 피팅의 한 종류인 레듀서(reducer)를 사용하지만, 리듀싱(reducing) 플랜지를 사용하면 조금 더 경제적으로 파이프의 사이즈를 줄일 수 있습니다. 그리고, 레듀서를 추가로 사용하지 않는 만큼 공간이 줄어들기 때문에 설치 공간이 제한적인 경우에도 사용될 수 있습니다.
일반적인 플랜지는 하나의 사이즈를 가지고 있지만, 리듀싱 플랜지는 사이즈를 하나 더 표기해 줍니다. 예시로 드리는 위 그림의 웰딩넥(WN) 외에도 슬립온(SO), 소켓웰드(SW), 나사(TH) 타입의 플랜지도 두 개의 사이즈를 가진 리듀싱 플랜지로 활용되지만, 압력 손실이 발생하기 때문에 자주 쓰이지 않습니다. (심한 난류가 발생할 수 있기 때문에, 위 그림처럼 작은 직경에서 큰 직경으로 유체가 이동해야 한다고 합니다. 그래서 유체의 압력이 뚝 떨어집니다)
Expander Flange (EXPF)
고성능 카메라의 대포처럼 생긴 익스팬더 플랜지는 EXPF로 줄여서 표현하기도 하는데, 예상하시는 것처럼 파이프의 사이즈를 키우기 위해서 사용합니다. 공간의 제약이 있는 곳에서 효과적으로 사용될 수 있다는 점에서 레듀싱 플랜지와 유사한 장점을 가지고 있습니다.
Orifice Flange
오리피스 플랜지는 파이프를 흐르는 유체의 양을 측정하는 유량계 중 하나인 오리피스(Orifice)를 설치하기 위한 목적으로 만들어진 플랜지입니다. 다른 플랜지와 다르게 플랜지 몸통에 구멍이 뚫려 있고 막대기가 꽂혀 있으면 오리피스 플랜지라고 보시면 됩니다.
오리피스 플랜지 세트 (좌) / 오리피스 플레이트 (우)막대기와 연결된 오리피스 플레이트 (orifice plate)는 위 그림처럼 앞 뒤의 구멍의 크기가 달라서 오리피스 앞과 뒤에 압력의 차이가 발생하고 이를 이용해서 유량을 측정할 수 있습니다.
Spectacle Blind Flange
굉장한 플랜지는 아니고, 생긴 모양이 안경 같아서 이렇게 부릅니다. (플랜지를 떼고, 스펙타클 블라인드라고 주로 부릅니다) 위 그림에서 보시는 것처럼, 구멍이 뚫린 플랜지와 막힌 플랜지가 일체형으로 붙어 있는데, 평소에는 막아 두는 파이프 라인을 열어야 하거나, 열려 있던 라인을 간혹 닫아야 하는 경우가 종종 발생하는 라인에는 스펙타클 블라인드를 설치해 둡니다.
하지만, 배관의 사이즈가 커지고, 플랜지가 일정 중량을 초과하게 되면, 스펙타클 블라인드의 무게 때문에 설치가 어려워집니다. 이 경우에는 스펙타클 블라인드를 위 그림에서 보시는 것처럼 스페이서(spacer)와 스페이드(spade)로 분리해서 설치합니다.
스펙타클 블라인드를 사용하는 영상은 아래 유튜브 링크에서 확인하실 수 있습니다.
유튜브 영상: Spectacle Blind Animation
스펙을 읽어봅니다.
자재 리스트에 적힌 플랜지의 스펙은 아래와 같습니다.
풀어서 읽어보면,
파이프를 플랜지에 ‘미끄러지듯이’ 삽입해서 용접하는 슬립온(SO)이고
레듀서의 추가 설치 없이 연결된 파이프의 사이즈를 줄일 수 있는 레듀싱 플랜지고,
유체가 4/3인치 파이프로 들어와서 1인치 파이프로 나갑니다.
재질은 단조강인 A105이고,
플랜지가 압력과 온도를 견딜 수 있는 등급은 class 150 (150#)입니다.
솟아오른(raised) 얼굴을 갖고 있는 RF 플랜지이고,
ASTM 규격에 따라 만들어졌습니다.
1”x3/4”, RED, SORF, A105, 150#, ASTM
