압축 공기 배관 (Compressed Air Piping)

실제 모범 사례

압축 공기 배관에 관한 주제는 아마도 다른 어떤 주제보다 많은 페이지가 작성되었을 것입니다. “실용적인” 압축 공기 기술의 다른 많은 주제와 마찬가지로, 이 중 상당 부분은 논란의 여지가 있으며 종종 직접적으로 반대되는 경우도 있습니다.

이 모범 사례 가이드라인은 적절한 양의 정보를 대체하기 위한 것이 아니며 특정 설치에 관한 모든 질문에 답하기 위한 것이 아닙니다. 항상 적용되는 기본 원칙으로 여러분을 무장시키고, 이를 준수할 경우 우수한 성능의 시스템을 구축할 수 있도록 돕기 위한 것입니다. 모든 모범 사례 가이드라인과 마찬가지로 이 가이드라인은 이론적 성능을 바탕으로 현장에서 측정된 중요 데이터와 성능을 기반으로 합니다. 지난 20년 동안 이러한 가이드라인을 개발하여 사용해 왔으며 매우 정확하다고 생각합니다.

압축 공기를 사용하기 위해 사용되는 배관 유형

압축 공기 배관 재료는 두 가지 기본 유형으로 나눌 수 있습니다 : 금속과 비금속.

일반적으로 “플라스틱” 파이프라고 불리는 비금속 파이프는 수년 동안 압축 공기 배관으로 사용되어 왔습니다:

대부분의 금속보다 가볍고 다루기 쉽습니다.
특별한 도구(용접기, 스레더 등)가 없어도 설치할 수 있습니다.
일반적으로 비부식성입니다.
적절한 접착 재료로 빠르게 설치할 수 있습니다.
인건비 (비숙련자도 가능)가 대부분의 금속 (구리, 스테인리스, 흑철)보다 저렴하며, 전체 설치 비용이 적게 드는 경우가 많습니다.

많은 압축 공기 관련 종사자와 조직이 이 소재를 받아들이지 못한 이유는 무엇일까요?

초창기에는 압축 공기 배관에 PVC가 사용되었습니다. 얼마 지나지 않아 이 소재가 때때로 “부서지고” 고장나

날카로운 파편이 곳곳에 튀는 문제가 발생했습니다. 이는 분명해졌습니다. 깨지지 않는 소재를 사용한 새로운

제품이 출시되었습니다. 하지만 이 소재를 비롯해 지금까지 출시된 모든 소재에는 두 가지 중요한 한계가 있었습니다:

대부분 60°C~93°C의 작동 온도로 제한된다는 점입니다. 애프터쿨러의 고장은 이 수치를 쉽게 초과할 수 있습니다. 예를 들어 PVC는 8.6bar에서 약 71°C로 제한되어 있지만 실제로는 21°C에서 약화되기 시작합니다.
이러한 재료의 대부분은 일반적으로 컴프레서 오일, 특히 많은 합성 물질과 호환되지 않습니다. 오늘날 파이프라인 화재는 드물지만, 플라스틱 파이프에 화재가 발생하면 플라스틱 파이프를 통해 녹아 공장으로 옮겨 붙을 가능성이 높습니다.

열가소성 배관의 일반적인 사용 압력 온도 수준

다른 모든 열가소성 플라스틱 배관 구성품과 마찬가지로, 최대 비충격 작동 압력은 온도에 따라 달라집니다. 압축 열은 파이프 시스템에서 최대 온도 등급 (1/2“의 경우 60°C, 3/4”의 경우 49°C)을 초과하지 않도록 완전히 발산되어야 합니다.

일반적인 열가소성 플라스틱 배관 및 피팅의 압력 등급은 -29°C ~ 38°C 온도 범위에서 모든 크기에 대해 약 13 BAR로 일정하며, 위 표에 표시된 대로 38°C 이상에서는 점차 감소합니다.

전반적으로 압축 공기 업계에서는 어떤 유형의 “플라스틱” 파이프도 다운스트림 압축 공기에 적합하고 안전한 것으로 인정하지 않습니다. 컨설턴트로서 현재 이용 가능한 자료, 데이터 및 사용 가능한 대안을 고려할 때 이에 동의합니다.

금속 파이프

압축 공기 시스템에 사용되는 금속 파이프는 적절한 열/압력 특성을 가진 흑철, 스테인리스강, 구리, 알루미늄 등일 수 있습니다.

압축 공기 시스템에서 흑철 또는 강관은 응축수(H2O)에 노출되면 부식되어 전체 시스템의 주요 오염원이 될 수 있습니다. 이 파이프는 일반적으로 직경이 3인치 이하인 경우 나사 연결부가 있습니다. 직경이 3인치보다 큰 경우 일반적으로 용접됩니다. 구리 및 알루미늄에 비해 훨씬 무겁고 작업하기 어렵지만 가격은 저렴합니다. 내부 부식 문제는 윤활식 컴프레서보다 무급유식 공기에서 훨씬 더 심각합니다.

스테인리스 스틸 - 특히 오일이 없는 습한 공기와 산성도가 매우 높은 응축수(건조기 전)에 노출될 때 좋은 선택이 될 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 동일한 압력 온도 등급에서 더 가볍고 용접 시 설치가 잘 되는 경우가 많습니다. 나사산이 있는 스테인리스 스틸은 종종 누출되는 경향이 있습니다. 여기서는 Victaulic 연결에 사용되는 것과 같은 링 씰이 적합합니다. 그러나 배관 재료로서 잠재적으로 설치 비용이 낮고 용접이 빠르므로(Victaulic 피팅 사용) 전반적으로 가장 경제적일 수 있습니다.

구리 파이프 - 민감한 공기 시스템을 위한 일반적인 선택입니다. 올바르게 선택하고 연결하면 매우 견고합니다. 구리 배관의 작동 압력은 “M” 유형 하드, “L” 유형 하드 및 “K” 유형 연질은 17bar, “K” 유형 하드의 경우 27bar입니다. 또한 50/50 납땜은 216°C에서 녹기 때문에 고온에 대한 내성이 더 강합니다. 실패하더라도 예측 가능한 방식으로 실패합니다. 파이프 끝이 분리됩니다. 구리 배관의 작동 온도 한계는 약 204°C입니다.

오늘날 적용되는 알루미늄 압축 공기 파이프는 매우 인기가 있습니다. 이는 매끄러운(마찰로 인한 압력 손실이 적은) 내부 표면을 제공하고 “자체 오염”을 제거할 뿐만 아니라 끊임없이 변화하는 압축 공기 분배 요구를 충족할 수 있도록 향상된 유연성을 제공하기 위해 개발되었습니다. 이는 조립 및 하위 조립 영역이 변화하는 자동차 관련 산업에서 특히 바람직합니다. 참고: 대부분의 알루미늄 파이프 제조업체는 자사 소재의 온도를 -15°C ~ 60°C 또는 80°C로 평가합니다. 배관 재료의 융점은 일반적으로 593°C 이상입니다.

인입 및 토출 공기 배관의 재료 및 코팅 최적화에 대한 기타 질문

아연 도금 배관에 대한 질문은 보통 압축 공기 시스템 배관에서 표준 6.9bar 공기 시스템용 스케줄 40 흑연 대신에 자주 제기됩니다. 이를 평가하는 데 도움이 되도록 입구 배관과 배출 배관을 별도로 살펴보겠습니다.

인렛 배관에 대한 일반 지침
적절한 인렛 배관은 압력 손실 없이 컴프레셔로부터 필터까지 공기를 가져오며, 내부에서 어떤 유형의 자체 오염으로 인해 작동 문제를 일으키지 않아야 합니다. 주변 유입 공기 상태에 따라 특정 유형의 배관을 선택하는 것이 달라질 수 있다는 점을 인식하는 것이 중요합니다.

아연도금 인렛 배관은 일반적인 스틸 배관보다 부식에 더 잘 견디는 장점이 있습니다. 하지만 시간이 지나면서 부식이 시작되면 아연 도금된 재료가 벗겨집니다. 이제 인렛 배관은 필터와 컴프레서 사이에 잠재적으로 매우 손상될 수 있는 고체 오염 물질을 생성하게 됩니다. 이는 컴프레서의 기계적 안정성에 특히 위험할 수 있습니다. 이를 권장하지 않습니다. 습도가 높은 날씨에는 공급 배관에 응결이 발생할 수 있습니다(따라서 일반적으로 OEM 설치 매뉴얼에서는 공급 배관 앞에 배수 밸브를 설치할 것을 권장합니다). 파이프에 응결이 생기면 코팅이 파손되기까지의 시간이 분명히 빨라집니다. 이 기간은 코팅의 가장 얇은 부분이 어디에 적용되었는지에 따라 달라집니다.

스테인리스 스틸 인렛 파이프는 올바르게 설치하고 내부를 적절하게 청소하는 한 이러한 대구경 저압 인렛 공기에 탁월한 소재입니다.

인렛 에어 배관에 적합한 열가소성 플라스틱 소재도 여러 등급이 있습니다.

압출 알루미늄 - 일반 수공구로 쉽게 조립할 수 있는 알루미늄 튜빙은 작동 중인 공기 시스템 또는 하위 시스템에 큰 유연성을 제공합니다. 이는 일상적으로 변경해야 하는 특정 작업 영역에 특히 효과적입니다.

요약 : 인렛 배관에는 스테인리스 스틸 또는 적절한 열가소성 플라스틱 유형의 소재를 권장하며 아연 도금 배관은 권장하지 않습니다.

토출 및 분배 배관
여기에는 더 복잡한 고려 사항이 있습니다:

컴프레서의 배출 공기는 121~177°C (원심식, 무급유 로터리 스크류 및 왕복동식의 경우) 또는 93~104°C (윤활유 냉각식 로터리 스크류 컴프레서의 경우)일 수 있으므로 배관은 이러한 온도를 견딜 수 있어야 합니다.

온도를 38°C까지 떨어뜨리는 애프터쿨러가 있더라도 애프터쿨러가 고장날 경우 발생할 수 있는 결과를 고려해야 합니다. 압축 공기로 생성된 응축수는 산성인 경향이 있습니다. 무급유 컴프레서(예: 원심 분리기 및 무급유 로터리 스크류)에서는 일반적으로 매우 공격적입니다.

상호 연결 배관의 기본 목표는 압력 손실이 거의 또는 전혀 없이, 그리고 자체 오염이 거의 또는 전혀 없이 공기를 필터와 건조기로 전달한 다음 생산 공기 시스템으로 전달하는 것입니다.

아연도금 배관은 인렛 애플리케이션에서 설명한 것처럼 벗겨지기 시작하면 동일한 문제가 발생합니다. 응축수의 공격적인 산성 특성으로 인해 아연 도금 코팅 수명이 훨씬 더 짧아질 수 있습니다.

열가소성 플라스틱 파이프 제조업체의 주장에 관계없이, 배관 상호 연결용으로는 플라스틱 유형의 재료를 권장하지 않으며 분배 헤더 배관에는 거의 권장하지 않습니다. 이러한 소재의 대부분은 93°C 이상의 온도에 노출되지 않도록 주의하고 오일이나 윤활유를 사용하지 않도록 주의해야 합니다.

여기서도 압축 공기에 오일이 없는 경우 컴프레서에서 필터/건조기까지의 연결 배관에는 스테인리스 스틸을 가장 많이 권장합니다. 표준 스케줄 40 흑연 주철보다 부식에 훨씬 더 잘 견딥니다. 몇 가지 다른 고려 사항:

대부분의 지역에서는 스케줄 40 흑연강 대신 스케줄 10 스테인리스강을 허용합니다.

동일한 직경의 파이프의 경우 스테인리스 스틸이 훨씬 가볍고 다루기 쉬우므로 일반적으로 인건비가 절감됩니다.

용접 연결의 경우 스테인리스 스틸은 일반적으로 하나의 비드만 필요하지만 검은색 철 파이프는 일반적으로 3개의 비드(용접-채움-커버)가 필요합니다. 이 또한 인건비를 낮출 수 있습니다.

스테인리스 스틸은 일반적으로 나사산으로 연결할 때 잘 밀봉되지 않습니다. 용접이 실용적이지 않은 경우 Victaulic 유형의 연결이 훨씬 더 효과적입니다.

일반적인 압축 공기 파이프 비교

이 비교 차트에는 각 유형의 배관 재료의 장단점이 요약되어 있습니다. 이 정보는 배관 제조업체, 기계 계약업체 및 플랜트 담당자와의 논의와 항공 현장 담당자의 수년간의 시스템 분석을 통해 얻은 것입니다.

※ 표준 100 PSIG급 압축 공기 시스템 비교

분배 헤더 및 드롭

메인 헤더의 목표는 예상되는 최대 유량을 생산 영역으로 운송하고 드롭 또는 피더 라인에 허용 가능한 공급량을 제공하는 것입니다. 다시 말하지만, 최신 설계에서는 허용 가능한 헤더 압력 손실을 0 PSI로 간주합니다.

드롭 및 피더 라인의 목표는 워크스테이션 또는 공정에 예상되는 최대 유량을 최소 또는 전혀 압력 손실 없이 공급하는 것입니다. 다시 말하지만, 라인 크기는 손실이 거의 없는 크기로 조정되어야 합니다. 물론 워크스테이션 또는 프로세스의 제어 장치, 레귤레이터, 액추에이터 및 에어 모터는 기능을 수행하기 위해 최소 유입 압력에 대한 요구 사항이 있습니다.

배관에 대한 구체적인 팁 - 컴프레서 유형별

이 팁은 일반적인 사항입니다. 특정 장치의 경우 설명서 및/또는 제조업체에 문의하세요.

인렛 에어 배관

로터리 컴프레서

1. 장치에 조정 제어 기능이 있는 경우 건식 필터 또는 압력 흡착식 오일 습식 필터를 사용합니다.
2. 리모트 필터 설치의 경우 설치할 패키지에서 필터를 제거합니다:

인렛 중간 연결 파이프에 밸브나 장애물이 없어야 합니다.
지원되는 플렉스/고무 호스를 사용하여 인클로저 외부로 배관하여 입구 파이프에 연결할 수 있습니다.
인입구가 외부에 있는 경우 반드시 버드 디플렉터를 설치하세요.
흡입구 배관 지지대 - 장치에 매달지 마세요.
배관에 먼지, 녹, 용접 비드, 스케일, 칩 등이 없는지 확인합니다. 컴프레서를 시작하기 전에.
15m 이상인 경우 (제조업체에 확인) 배관 크기를 필터 하우징 연결 크기보다 최소 1사이즈 이상 늘립니다.

왕복동 컴프레서

항상 흡입 공기 배관을 컴프레서 연결 크기보다 한두 사이즈 크게 하세요. 흡입구 배관 크기를 장치의 연결 크기보다 줄이지 마세요.
일정한 간격으로 배관을 브레이스/클램프 - 컴프레서 연결부에 배관 하중을 가하지 마세요.
배관이 깨끗하고 녹, 스케일 등이 없는지 확인합니다. 컴프레서를 시작하기 전에.
“임계 길이"에 있지 않은지 확인하고, 임계 길이에 있는 경우 제조업체 데이터를 참조하여 적절한 시정 조치를 취하세요.
대형 제품에서는 가능하면 흡입구 펄스 용기를 사용합니다. 장치를 시작하기 전 용기가 깨끗한지 확인하세요.
건식 또는 오일 배스 필터를 사용할 수 있으며, 확실하지 않은 경우 설명서 또는 제조업체에 문의하세요..

원심 컴프레서

원격 흡입 필터를 사용하려면 공급업체/제조업체와 긴밀히 협력하여 흡입 파이프의 크기를 결정해야 합니다. 원심식 컴프레서는 “질량 흐름” 유형이기 때문에 전반적인 성능은 식별 가능하고 예측 가능한 흡입 공기 압력에 따라 크게 좌우됩니다.
공기가 컴프레서로 들어가기 전에 흡입 라인에 드레인 레그를 설치하세요.

배출 배관

로터리 컴프레서

배관 크기는 항상 단위 연결 크기보다 커야 합니다. 시스템 유량 - 배관 길이 - 벤드/밸브 수 - 허용 압력 강하 등을 기준으로 올바른 배관 크기를 결정합니다.
에어라인의 응축수가 장치로 역류하지 않도록 배관합니다.
컴프레서 연결부에 배관 변형이 없도록 배관을 지지합니다.

왕복동 컴프레서

배관 크기는 컴프레서 연결 크기보다 한두 사이즈 더 커야 합니다. 절대로 장치의 연결 크기에서 토출 배관 크기를 줄이지 마십시오. 속도를 위해 배관 크기를 확인하고 압력 손실을 계산합니다.
일정한 간격으로 배관을 브레이스/클램프합니다. 컴프레서 연결부에 배관 변형이 없도록 하십시오.
“임계 길이"에 있지 않은지 확인하세요. 임계 길이에 해당하는 경우 설명서 또는 제조업체에 문의하여 적절한 시정 조치를 취하세요.
대형 장치에서는 가능하면 배출 맥동 병을 사용합니다.

원심 컴프레서

체크 밸브, 백 밸브, 안전 밸브 등의 자세한 위치는 설명서/제조사를 참조하세요.
배출 배관은 컴프레서 연결부보다 커야 하며 장치에서 바로 떨어져서 원활하게 연결되어야 합니다.
모든 회전은 최소한의 배압을 허용하기 위해 “롱 스윕 엘”이어야 합니다. 이는 모든 공기 시스템에서 항상 권장되는 사항이지만 “질량 흐름” 원심식에서는 훨씬 더 중요합니다.
모든 배관은 컴프레서에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. 모든 라이저에는 배수 다리가 있어야 합니다. 배출 라인의 컴프레서 바로 뒤에 배수 다리를 설치합니다.

여러 장치와 배관 상호 연결

GOOD BAD

상호 연결 배관 구성

수년 동안 우리는 상호 연결 배관으로 인해 여러 장치에 제어 문제가 발생하지 않는 플랜트를 거의 발견하지 못했습니다. 이로 인해 일반적으로 부분 부하(기본 효율이 낮음)에서 여러 장치가 작동하고, “극단적으로” 짧은 사이클을 갖는 단계 제어 장치는 효율이 매우 떨어지고 작동 구성 요소의 조기 고장으로 이어질 수 있습니다.

상호 연결 배관 사이징의 목표는 압축기 토출에서 드라이어, 필터 및 리시버를 통해 예상되는 최대 공기 흐름을 최소 압력 강하로 주 분배 헤더로 운반하는 것입니다. 압축 공기의 실제 비용을 고려한 최신 설계는 총 압력 강하를 3psi 미만으로 목표로 합니다.

상호 연결 배관은 마찰 손실만 고려하지 말고 속도를 고려하여 크기를 정해야 하며, 높은 난류와 그에 따른 압력 스파이크 및 손실로 인한 흐름 저항 등을 피해야 합니다. 설계 구성도 이에 상당한 영향을 미칩니다. 모든 파이프라인 속도는 100psig에서 20fps 이하가 되어야 합니다. 이 속도에서는 일부 잘못된 배관 구성 관행도 부정적인 영향을 훨씬 덜 미칩니다.

일반 지침 - 모든 배관

공기 컴프레서의 흡입 및 배출 연결부를 오가는 모든 공기(및 물) 흡입 및 배출 배관은 진동, 맥동, 온도 노출, 노출되는 최대 압력, 부식 및 내화학성 등을 고려해야 합니다. 또한 윤활식 컴프레서는 항상 약간의 오일을 공기 흐름으로 배출하므로 배출 배관 및 기타 액세서리(예: 오링, 씰 등)와 석유 및/또는 합성 윤활제의 호환성이 중요합니다.

압축 공기 분배 시스템에 대한 일반 규칙

1. 컴프레서와 사용 지점 사이의 압력 강하는 복구할 수 없습니다.
2. 파이프 크기는 압력 강하가 최소로 유지될 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 헤더 분배의 정상 작동 중에는

압력 손실을 허용할 이유가 없습니다.
3. 다음 유형의 변형을 피하도록 배관을 배치하세요:
- 배관 자체의 사하중으로 인한 변형.
- 온도 변화에 따른 배관의 팽창 또는 수축으로 인한 변형.
- 배관 내부 압력으로 인한 변형.

4. 배관의 전체 영역에 걸쳐 횡단 속도가 균일하고 흐름이 원활하도록 흡입 및 배출 배관을 설계합니다.
5. 컴프레서와 차단 밸브 사이에 안전 밸브를 설치합니다 (컴프레서 작동 압력보다 5~10 PSI 높음).

시스템에서 ASME 용기의 작동 압력 등급을 초과하지 마세요.
6. 향후 비상 상황에 대비하여 전원 및 애프터쿨러 (필요한 경우)가 있는 임시 컴프레서를 설치할 수 있는

연결 지점을 마련합니다.
7. 향후 유지보수가 필요할 수 있는 모든 품목에 바이패스 라인 또는 밸브를 고려하세요.
8. 가능하면 공장 주변과 각 생산 구역 내에서 루프 설계 시스템을 사용합니다.
9. 해당 지점 근처에서 공기 수요가 가장 많은 경우에만 라인 또는 루프 끝에 두 번째 공기 리시버를 고려하세요.
10. 메인 헤더의 배출구를 가능한 한 적용 지점에 가깝게 배치하세요. 이렇게 하면 호스를 통한 큰 압력 강하를

제한하는 데 도움이 됩니다.
11. 응축된 수분이 도구로 이동하는 것을 방지하기 위해 항상 배관의 상단에서 배출구를 가져와야 합니다.
12. 모든 배관은 압축기 및/또는 공정에서 떨어진 습기 트랩 또는 리시버 쪽으로 배수되도록 경사를 만들어야

합니다.

요약

1. 적절한 구리 배관을 사용하는 경우, 사용된 땜납이 최대 부하에서 예상되는 온도를 처리할 수 있는 적절한 특성을

가지고 있는지 확인하세요.
2. 플라스틱(PVC) 배관 사용과 관련하여 수년 동안 축적된 부정적인 측면이 많이 있습니다:
- 진동으로 인한 피로로 인한 고장에 대한 저항력 부족.
- 연화 크래킹, 균열 및 윤활제(특히 다이에스테르 합성제)에 대한 저항력 부족.
- 애프터쿨러 고장과 같은 치명적인 고장에 대한 취약성.
- 외부 화재로 인한 잠재적 치명적 고장.
- 파이프라인 화재 또는 폭발로 인한 잠재적 치명적 장애.
- 공기 중 화학 물질 및 응축수(내부)로 인한 외부 또는 내부의 공격 가능성.
- 압력을 받는 플라스틱 또는 PVC 파이프에 고장이 발생하면 폭발하거나 산산이 부서져 해당 구역에 있는

사람들을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.

3. 새로운 유형의 플라스틱 배관 및 밸브
- “부서지는 특성"을 포함한 대부분의 부정적인 문제를 해결했다고 주장하는 ‘플라스틱 배관 시스템’의 새로운

제품이 출시되었습니다. “새로운” 플라스틱 파이프는 특수 개질된 제형 또는 ABS 수지를 기반으로 합니다.
4. 많은 사람들이 모든 유형의 비금속 (즉, “플라스틱”) 배관이 위험하다고 생각하는 이유는 모든 공기 시스템 (특히

윤활 처리된)에서 “파이프 라인 화재”의 잠재력이 항상 존재하기 때문입니다. 발생 가능성은 매우 낮지만

“파이프라인 화재”가 파이프에 머물러 벽을 통해 타지 않는다면 플랜트 안전은 확실히 향상됩니다.