[설계공부] 배관재료사양서 및 배관재료조달사양서의 작성

이후에 실무적으로 다루게 될 부분이지만 개략적으로만 다뤄볼 부분이다.

 

1. 배관재료

(1) 배관벌크재료(Piping bulk materials)과 배관특수부품(Piping specialities)

배관벌크재료는 배관공사에 사용되는 파이프, 배관피팅, 플랜지, 밸브등에 동일 사양의 제품을 대량으로 사용되는 경우 혹은 사용장소가 특정되지 않는 배관재료를 말한다. 

 

상세설계가 완료되기까지 BM, BQ가 확정되지 않기 때문에, 분할조달의 형태로 취해지게 되는데, 다품종 다량의 형태로 취해지기 때문에 세심한 재료관리를 요하게 된다. 

 

한편으로, 배관특수부품은 스트레이너(Strainer), 스팀드럼(Steam Drum), 익스펜션조인트(Expansion joint)등으로 각각의 기기번호(Item No)가 붙어 사용되는 장소가 한저외어있는 배관부품을 의미한다. 

 

P&ID에서 집계가 가능하며 벌크재료같이 분할조달이 행해질 수 없다.

Strainer(스트레이너)

Steam Drum(스팀드럼)

 

Expansion Joint(익스펜션 조인트)

(2) 배관재료규격/기준

플랜트에서 가용되는 배관재료는 적용하는 규격, 기준에 따라 제작된다. 규격(Standard, 規格)는 기술정의와 지침을 모아놓은 것으로 해당 장치의 설계자, 제작자, 운용자 등 관계자들에게 설명서의 역할을 하고 있다고 할 수 있다. 법률적인 부분은 아니기 때문에 그것을 따르는가에 대한 문제는 당사자간의 사이에서 결정된다고 할 수 있다. 기준(Code, 基準)은 하나 이상의 정부(Government, 政府)에 의해 채택되어 법률에 의해 강제되는 규격, 혹은 비즈니스상 계약에 들어가 사용되는 규격을 말한다. 예를 들어서 법률이나 법률의 아래에 있는 시행령, 조례, 고시등의 기술기준의 가운데에 지정하고 있는 규격은 법적인 강제력을 가진다고 할 수 있다. 

 

배관재료에 적용되는 주요한 규격, 기준은 아래와 같다.(별도의 표1.1을 참고)

(a) 해외프로젝트

ASME, API, MSS, NACE, AWWA, BS,ISO, ASTM

 

(b) 한국 국내프로젝트

KS

 

(c) 일본 국내프로젝트

JIS, JPI, 고압가스보안법(高圧ガス保安法)

 

(d)  배관재료에 적용되는 규격에 맞는 파이프 재질이 정해지면, 그것에 맞춰 피팅, 플랜지, 밸브의 재질은 거의 정해진다. 재질선정은 다루는 유체에 따라 '재료선정기준서'를 기반으로 선정된다.

 

일반적인 배관재료규격(해외프로젝트 기준)
	파이프	이음매(Buttwelding)	단조품	주조품
		엘보, 티, 캡, 리듀서	플랜지, 소경연결구, 소경밸브	밸브
CS	ASTM A53 Gr.B	ASTM A234 Gr.WPB	ASTM A105	ASTM A216 Gr.WCB ASTM A216 Gr.WCC
	ASTM A106 Gr.B
	API 5L	ASTM A234 Gr.WPB-W
	ASTM A672
LTCS	ASTM A333 Gr.6	ASTM A420 Gr.WPL6	ASTM A350 Gr.LF2 Cl.1	ASTM A352 Gr.LCB
	ASTM A671 Gr.CC60	ASTM A420 Gr.WPL6W		ASTM A352 Gr.LCC
Stainless Steels (SS304)	ASTM A312 Gr.TP304	ASTM A403 Gr.WP304	ASTM A182 Gr.F304	ASTM A351 Gr.CF8
	ASTM A358 Gr.304 Cl.1	ASTM A403 Gr.WP304-W

 

일반적인 배관재료규격(일본 국내 프로젝트 기준)
	파이프	이음매(Buttwelding)	단조품	단조품	주조품
		엘보, 티, 캡, 리듀서	소경연결구	플랜지, 소경밸브	밸브
CS	JIS G3442 (SGPW)	JIS B2311 (FSGP)	JIS B2316 (PS370)	JIS G3202 (SFVC2A)	HUS G5151 (SCPH2)
	JIS G3452 (SGP)
	JIS G3457 (STPY)	JIS B2311 (PY400)
	JIS G3454 (STPG370)	JIS B2312 (PG370)
	JPI-7S-14 (JPI-2-SM400B)	JIS B2313 (PG370W)
	JIS G3455 (STS370)	JIS B2312 (PG370)
	JPI-7S-14 (JPI-2-SB410)	JIS B2313 (PT370W)
	JIS G3456 (SPTP370)	JIS B2312 (PT370)	JIS B2316 (PT370)
	JPI-7S-14 (JPI-2-SB410)	JIS B2313 (PT370W)
LTCS	JIS G3460 (STPL380)	JIS B2312 (PL380)	JIS B2316 (PL380)	JIS G3205 (SFL2)	JIS F5152 (SCPL1)
	JPI-7S-14 (JPI-2-SLA-325A)	JIS B2313 (PL380W)
Stainless Steels (SS304)	JIS G3460 (SUS304TP)	JIS B2312 (SUS304)	JIS B2316 (SUS304)	JIS G3214 (SUS F304)	JIS F5121 (SCS13A)
	JIS G3468 (SUS304TPY)	JIS B2313 (SUS304W)

 

2. 배관재료사양서(Piping Material Specification)

배관벌크재료(파이프, 엘보, 리듀서, 티, 캡, 플랜지, 가스켓, 볼트/너트, 밸브)의 사양, 재질, 등급, 접속형식, 적용규격을, 배관의 클래스에 따라 표시한 배관재료사양서라고 할 수 있다. 

 

각 배관부품은 각 부품마다 Identification code가 붙어 관리가 되고 있다.

 

(1) 배관서비스클라스

플랜트에서는 많은 배관들이 존재하지만, 이 배관들을 하나씩 설계조건에 맞춰 계산을 하는 것은 곤란하다고 할 수 있다. 그래서 플랜지 같은 경우에는 호칭압력이 정해져 있으며, 몇몇의 종류로 분류가 되어있다. 이 호칭압력에 따라 클래스의 등급(각각의 클래스는 호칭압력에 "클래스"를 붙여 부른다) 또는 형상(두깨와 와경)에 따라 달라질 수 있다. 호칭압력에 대해 온도와 압력의 관계는 압력이 일정한 기준에서 P-T Rating으로 나타낼 수 있다.

 

플랜지 규격은 P-T Rating가 재질별 온도의 설계 조건을 기반으로 하여, 플랜지의 Rating을 선정하는 것이 가능하다. 

 

배관 사이즈클래스의 구성은 프로젝트마다 달라지지만, 배관재질, 배관의 Rating, 부식허용치(Corrosion allowance) 등을 숫자와 알파벳을 조합하여 표시한다. 

 

배관재질	Piping Rating	Corrosion Allowance(C.A)
Carbon Steel : C	Class150 : 1	1.5mm : A
Low Alloy Steel : A	Class300 : 3	3.0mm : B
Stainless Steel : S	Class600 : 6	4.5mm : C

 

예를 들어 Carbon Steel에 Class300, C.A가 3.0mm인 경우에는 C3B가 Piping Class가 된다. 배관재질, 두께, Piping Rating, C.A, Valve의 Trim 재질, 가스켓의 재질등의 차이에 따라 배관의 클래스가 다양하게 나뉜다고 할 수 있다. 

 

 

(2) 배관의 두께 산정

 

위에서 언급했던 것과 같이, 플랜트에서는 다양한 배관이 있는 만큼 각각의 배관의 두께에 대해서 설계조건을 하나하나 다 따져서 계산하는 것은 비효율적이라고 할 수 있다. 그러므로 통상적으로 배관의 호칭지름이 NPS16까지인 경우에는 플랜지의 P-T Rating의 압력을 설계조건으로서 사용하여 배관두계를 계산하게 된다. NPS18이상의 배관의 경우에는 호칭지름이 같은 배관 그룹으로부터 가장 엄격한 설계조건을 바탕으로 사용하여 두께를 계산하게 된다. 

합금과 니켈합금 배관과 같이 고가의 배관에 대해서는 호칭지름에 관계없이 실제의 설계조건을 바탕으로 계산을 하게된다. 

계산결과의 두께에서는 C.A, 파이프 또는 피팅의 실제측정한 공차, 나사산의 깊이를 가미하여 필요한 두께를 산정하게 된다. 

실제 적용을 함에 있어서는 계산결과로 나온 필요두께를 그대로 적용하는 것이 아니라 경제성, 시장성을 고려하여 규격에서 정해진 최적의 배관의 두께를 선정하게 된다. 배관서비스클래스 중에서 플랜지의 P-T Rating의 값과 일치하지 않는 배관 부품의 경우에는 그 부품의 P-T Rating을 명확히 표기하여 사용하게 된다.

Ball Valve, Butterfly Valve와 같이 PTFE, NVR의 Softsheet를 사용하고 있는 Valve의 경우에는 이에 해당되기 때문에 주의가 필요하다.

배관이 진공(Vaccume)상태 조건이 붙는 경우에는 외압계산에 따른 두께를 검정한다. 계산에 적용하는 계산식은 플랜트설계에 적용하는 규격에 기반을 하게 된다.(아래와 같은 경우는 ASME B31.3-304.1.2)

 

ASME B31.3-304.1.2

 

배관서비스클래스와 배관재료사양의 기본정보는 견적시에 클라이언트의 서류에 포함이 되어있으며, 이것을 베이스로 하여 배관두께를 결정하는 것은 물론, 열처리, 비파괴검사등을 포함한 상세적인 과정들을 진행하게 된다. 배관클라스와 배관부품의 사양을 확인하고 배관재료사양서(PMS)를 발행하게 된다.

 

배관벌크재료의 경우에는 배관재료사양서에 따라 사양이 정해지며, 설계의 진행에 맞게 단계적으로 조달사양서가 작성, 발행된다.

 

반면 스트레이너, 스팀드럼 등과 같은 배관특수부품의 경우에는 개별적인 사양서가 작성되고 각각의 사양은 데이터시트에 명기되어 사양서에 첨부된다. 이 사양서와 조달사양서에 의해 발주가 이루어지며, 내용의 변화가 없는한 발주작업은 1회로 마무리되며, 부품에 따라서는 여러번에 나누어 개정되어 발주서류가 발행되는 경우도 있다.

 

그러므로 벤더 서류의 관리는 재료의 조달뿐만 아니라 건설과 운전에까지 영향을 주기 때문에 중요한 작업이 된다고 할 수 있다. 벤더의 서류검정의 과정에서는 아래와 같은 대응이 필요하다.

 

(1) 배관부품의 제작을 맡은 벤더가 배관재료사양서와 배관특수부품사양서에 정해진 요구에 맞는 부품을 제작하여 납품하면 문제가 되지 않지만, 실제의 경우에는 상당수의 조건을 갖추지 못하는 케이스와 대체품을 이용하는 케이스 등이 발생한다. 내용에 따라서는 클라이언트의 동의가 필수인 사항도 포함되는 경우가 많기 때문에 제작을 시작하는 단계의 바로 직전까지 해당 사항의 허가를 주고 받는 과정으로 진행되는 경우가 많다. 벤더가 클라이언트로부터 변경사항에 대해서 허가를 받은 경우에는 당연히 사양서의 개정하는 것이 필요하다.

 

(2) 최종적으로 인정된 벤더서류(특히 도면!)에 기초하여 배관 레이아웃과 3D 모델링을 진행한다. 이때 필요한 필수정보(치수, 접속사이즈/클래스, 중량, 메인터넌스 방법 등)을 관계자들에 고지하고 관리하게 된다.

 

 

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위에서 대략적으로 적어놓았던 그 설명들을 실제 업무 프로세스에서 보면 다음과 같다.

 

맨 밑의 배관계획도를 작성하는 단계 이전에 P&ID와 UFD를 작성하고, 동시에 라인리스트를 작성한다. 그 바로 직전에 사실상 배관재료사양서를 작성한다. 그 이전에는 배관구경의 선정(사실상 클래스 선정)을 진행한다.

 

다만 한가지 특이한 점은 JGC(日揮；日本揮発油 ; 일본휘발유), 미쓰비시케미칼 같은 회사들은 본인들이 FEED 설계가 가능해서 그런지 대부분은 본인들이 만들어둔 사양서와 PFD를 바탕으로 P&ID를 개략적으로 만들고 이를 EPC 관련 회사들에게 구체적인 안(案)을 제시하도록 하는 것 같다.(적어도 프로세스만 봤을 땐 그렇다). 

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공부 후기)

생각보다 이 부분을 오래 공부했다. 이유가 회사에서 실제 서류를 턱하고 던져줬는데 이걸 왜 던져줬나 이해를 못했다. 실무 서류를 보는건 당연히 봐야하는 서류니 던져줬을테고, 내가 이걸 이해하려면 왜 이 서류를 쓰는지를 먼저 파악했어야했다. 모든 서류는 그 쓰임과 필요가 있기에 만들어졌을텐데 아직 입사도 못한 입사예정자 나부랭이(?!! ㅠㅠ)가 현장에 있는게 아니지만 최대한 그 실무 서류의 가치를 알고 싶었다. 회사에서 A4 용지로 다 뽑아서 보내주는 바람에 여기다가 견본을 올리지는 못하지 싶다.(보안 문제도 있지 싶은데..) 그래서 구글링으로 얻은 몇몇 PMS(Piping Material Specification)을 한번 올려보려고 했지만 저작권 문제로 나중에 비슷한 포멧으로 한번 만들어서 복습삼아 올려보겠다.