배관설계관련 기준 및 규격 비교분석
2001. 9. 6
배관팀
김기명
목
목
차
차
1. 배관설계 일반
(1) 배관 범위
(2) 설계분야
(3) 배관설계 FLOW DIAGRAM
(4) 배관설계 기준
2. 주배관설계
(1) 지역구분
(2) 차단밸브 설치 간 격
(3) 배관두께 계산
(4) 배관응력해석
(5) 내진해석
(6) 공지폭,수평안전거리
(7) 배관의 이 격 거 리
(8) 수압,기밀시험
1.
1. 배관설계
배관설계 일반
일반
(1)
(1)배관
배관 범위
범위
r 도시가스 사업법 시행규칙 제2조
u “배관” 이라함은 본관, 공 급 관 및 내관을 말한다.
u 본관 : 도시가스제조사업소(인 수 기 지 부지경계에서 정 압 기 까 지 배관
u 공급관:정압기에서 가스사용자의 계 량 기 전단 밸브까지 배관(소매사업)
정압기에서 일반도시가스사업자의 공급시설까지 배관(도매사업)
u 내관 : 계량기전단에서 연소기까지 배 관
r ASME B31.8 802.1 SCOPE
u GAS PIPELINES, COMPRESSOR STATION, GAS METERING AND REGULATION
STATION, GAS MAINS AND SERVICE LINE UP TO THE OUTLET OF THE
CUSTOMER’S METER SET ASSEMBLY.
r ENGINEERING SCOPE
u 생산기지(인수기지), 주배관, 공급기지(밸브,계 량,감압)
1
(2)
(2)설계
설계 분야
분야
r 사업관리(PROJECT):계약, SCH.관리, 용역비, 인허가 ...
r 공정(PROCESS):배관 SIZE,기기용량/TYPE.운전지침서 ...
r 기계(MECH.):FILTER, 공조설비, COMPRESSOR, 소음기 ...
r 배관(PIPING):배관사양,기기배치도,배관도면,배관응력해석 ...
r 전기(ELEC.):방식.방폭,통신,수전설비 ...
r 계장(INST.):계장제어설비.METERING,GOVERNER ...
r 토목(CIVIL):부지조성,주배관노선 측량,기기기초,철구조물 ...
r 건축(ARCH.):공급관리소내 제어동,정압동 ...
2
(3)
(3) 배관설계
배관설계 FLOW
FLOW DIAGRAM
DIAGRAM
설계착수
수요량 예측
지역 구분
노선선정
배관망해석
배관사양결정
노선측량
방식설계
주배관 도면
3
(4)
(4) 배관설계
배관설계 기준
기준
INVESTER
PROFESIONAL
GOVERNMENT
ORGANIZATION
CODE
COMMITTEE
SPECIFICATION
LAW
CODE
LICENSE
PERMIT
PLANT
4
1)
1) 국내
국내 법규
법규
r 도시가스사업법
r 도시가스사업법시행령(대통령령)
r 도시가스사업법시행규칙(산자부)
r 도시가스안전관리기준통합고시(산자부)
r 고압가스안전관리법
r 액화석유가스의안전및사업관리법
r 소방법
r 에너지이용합리화법
r 산업안전보건법
r 환경
5
2)
2) CODE
CODE
r
ASME : AMERICA SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS
ASME 31.8 : GAS TRANSMISSION AND DISTRIBUTION PIPING SYSTEM
u ASME 31.3 : PROCESS PIPING
u ASME 31.1 : POWER PIPING
u
r
API : AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE
API 5L : LINE PIPE
u API 605 : LARGE DIAMETER CS FLANGES
u API 6D : PIPELINE VALVES(FACE TO FACE DIMENSION)
u
r
ASTM : AMERICAN SOCIETY FOR TESTING & MATERIALS.
A53 : PIPE STEEL BLACK AND HOT-DIPPED ZINC-COATED(GALVANIZED) WELDED AND SEAMLESS
u A105 : FORGING, CARBON STEEL FOR PIPING COMPONENT
u A216 : STEEL CASTING, CARBON SUITABLE FOR FUSION WELDING FOR HIGH TEMPERATURE SERVICE.
u
r
MSS : MANUFACTURERS STANDARDIZATION SOCIETY.
u
MSS-SP-25 : STANDARD MARKING SYSTEM FOR VALVE, FITTING, FLANGE & UNION
6
3)
3) SPECIFICATION
SPECIFICATION
r ENGINEERING 사
r 배관도면 작성기준
r 주배관도면 작성기준
r 응력해석 기준
r 표준 사양서
r 표준 시방서
r KOGAS
r GSD-2001 가스배관두께 선정기준
r GSD-2201 공급관리소 설비용량 및 공정기준
r GSD-2203 소구경배관 설치기준
r GSD-2204 공급관리소 주요설비 배치기준
7
2.
2. 주배관설계
주배관설계
(1)
(1)지역구분
지역구분
r
가스공사 표준(GSD-2002)
l
가 급 : 도 시 계 획 상 도 시 지 역( 주 거 지 역, 상 업 지 역, 공 업 지 역, 녹 지 지 역) 및 면 급 이 상 지 역 중
도 시 계 획 수 립 예 정 인 도 시 인 근 지 역 과 교 통 량 이 많 은 지 역, 인 구 밀 도 가 46 이 상 인 지 역
나 급 : “가”지 역 에 해 당 하 지 않 는 모 든 지 역 및 인 구 밀 도 가 46 미 만 인 지 역
고 ]
l
[ 비
밀도지수라 함은 배관의 임의 지점에서 길이 1.6km, 배관 중심부로부터 좌우로 각각 폭 0.2km의 범위를 임의로
설치하였을 경우 그 구역내에 있는 가옥수 (아파트 등 복합 건축물의 가옥 숫자는 독립된 가구수로 한다)를
l
말한다.
기타 적용기준
- 지역의 물리적, 지형적 특성 또는 기타 요소에 의해 더 이상 밀도지수가 확대될 가능성이 없는 지역은 필요 없으나 각
지역의 시, 읍, 면 도시계획을 파악하여 장래의 개발 확대 가능성을 고려하고 설계기준의 인구수 및 가구수 추정에 의거
향후 예측가능한 밀도지수를 최대한 반영한다.
- "가"지역은 "가"와 "나"지역의 경계선에서 "나"지역으로 200m(660FT)지점까지 연장한다.
- 하천 및 철도 등의 특수공간에 해당될 경우 유지보수가 어려운 점을 감안하여 "가"지역으로 상향 조정할 수 있다.
- "나"지역이며 상기 주거지역이 아닐지라도 주기적으로 다수의 사람들이 모이는 공공시설(교회, 학교, 병원, 유원지 및
운동장 등)에 근접하여 배관로가 통과하는 경우 일정구간 '가'지역으로 상향 조정할 수 있다.
- 아파트와 같이 주거단위가 밀집된 건물은 각각의 가구수를 개별건물로하여 밀도지수를 정한다.
- 해저배관 및 길이 100m가 넘는 하저구간배관에 대해서는 "가"급 지역을 적용한다.
8
r
통합고시(제2000-115호2000. 10. 20)
1)제2-22-2조(긴급차단장치의 설치기준)
l
가급 : 지상 4층이상의 건축물 밀집지역 또는 교통량이 많은 지역으로서 지하에 여러 종류의
공 익 시 설 물 ( 전 기, 가 스, 수 도 배 관 시 설 물) 이 있 는 지 역
l
나 급 : “( 가)”에 해 당 하 지 아 니 하 는 지 역 으 로 서 밀 도 지 수 가46 이 상 인 지 역
l
다 급 : “( 가)”에 해 당 하 지 아 니 하 는 지 역 으 로 서 밀 도 지 수 가46 미 만 인 지 역
[ 비
고 ]
1. 밀도지수라 함은 배관의 임의 지점에서 길이 1.6km, 배관 중심부로부터 좌우로 각각 폭 0.2km의 범위를 임의로 설치하였을 경우
그 구역내에 있는 가옥수(아파트 등 복합 건축물의 가옥 숫자는 독립된 가구수로 한다)를 말한다.
2. (가), (나), (다) 지역이 혼재한 지역의 경우에는 배관상의 임의의 지점으로 부터 짧은 지역을 기준한다.
r
ASME 31.8 (GAS TRANSMISSION AND DISTRIBUTION PIPING SYSTEMS)
l
l
l
l
l
[ 비
CLASS 1 DIVISION 1.: 가 옥 수 10 미 만( 불 모 지, 사 막, 산 악, 목 초 지, 농 경 지 )
설 계 계 수 0.72 이 상 0.8 이 하,1.25 배 의 수 압 시 험
CLASS 1 DIVISION 2.: 가 옥 수 10 미 만( 불 모 지, 사 막, 산 악, 목 초 지, 농 경 지 )
설 계 계 수 0.72 이 하, 1.1 배 의 수 압 시 험
CLASS 2. : 가 옥 수 10 미 상 46 미 만( 도 시 외 곽, 공 업 지 역, 목 장 혹 은 사 유 지)
CLASS 3. : 가 옥 수 46 이 상( 도 심, 상 가, 주 거 지 역, 공 업 지 역 및 인 구 밀 도 가 높 은 지 역)
CLASS 4. : 4층 이 상 건 물 밀 집 지 역( 교 통 혼 잡 지 역, 지 하 에 공 공 설 비 매 설 지 역)
고 ]
CLASS 1, 2 에서 20인 이상 밀집 장소(교회.학교, 병원등)은 CLASS 3.로 할수 있다.
9
(2)차단밸브
(2)차단밸브설치간격
설치간격
1) 도시가스 사업법
통합고시 제 2-22-2 조(긴급차단장치의 설치기준) 긴급차단 장치는 다음 각호의 규정에 적합하게
설치하여야 한다
1. 주요하천.호수를 횡단하는 배관(횡단거리가 500m 이상으로서, 교량에 설치되는 배관을말함)에
는 횡단부의 양 끝으로부터 가까운 거리에 설치하여야 한다.
2. 매설되는 배관에는 다음 각 호의 지역구분에 따른 거리에 설치하되, 법 제 11 조의 규정에 의
한 시설공사계획 승인권자가 부득이 하다고 인정하는 경우에는 설치거리를 조정할수 있다.
지역구분
차단밸브 설치거리
가.
8 Km
나.
16 Km
다.
24 Km
지역구분
차단밸브 설치거리
CLASS 1.
20 MILE (32 Km)
CLASS 2.
15 MILE
CLASS 3.
10 MILE (16 Km)
CLASS 4.
5 MILE (8 Km)
2) ASME 31.8
(24 Km)
10
(3)배관두께
(3)배관두께계산
계산
(가 스 공 사 표 준 )
가. 배 관 두 께 계 산 방 법
(가 ) 최 고 사 용 압 력 이 20kg/㎠ 이 상 의 배 관(P70, P30, P20) 직 관 에 대 해 서 는 식(1)을 이
용하여 계산한다.
- - - - - (1)
t : 배관의 최소두께
(mm)
PD o
P : 설계압력
(kg/㎠)
t =
D
:
배관의
외경
(mm)
2S ⋅ E ⋅ F ⋅ T
o
S : 재료의 항복강도
(kg/㎠)
E : 길이 이음의 용접효율 (=1)
T : 온도계수
(=1)
F : 설계계수
l‘가’급 지역의 경우에는 설계계수(F)로서 0.4를 사용하고, ‘나’급지역의 경우에는 설계계
수(F)로서 0.5를 사용한다.
lASME 31.8 841.1 STEEL PIPE DESIGN FORMULA와 같은식을 적용하고
l도시가스통합고시 제2-11-3조(본관 및 공급관의 두께 산정기준)을 적용.
11
나) 최 고 사 용 압 력 이 20kg/㎠ 미 만 의 배 관(P09)의 직 관 에 대 해 서 는 식(2)나 식(3)을 이 용 하 여
계 산 한 두 께 중 큰 값 을 사 용 한 다. (도 시 가 스 안 전 관 리 기 준 통 합 고 시 제3관 제3절)
t =
t =
2.5 ( 0.2hK
f
+ K tW t )
100 σ
PDo
+ C
200fE + 0.8P
Do + C
- - - - - (2)
-- - - - - (3)
h : 배관의 매설깊이(m)
P : 설계압력 (kg/㎠)
Kf : 상수(폴리에틸렌 피복강관의 경우 0.198)
Kt : 상수(폴리에틸렌 피복강관의 경우 0.114)
Wt : 토압에 의한 하중(kg/㎠)
σ : 재료의 인장강도(kg/㎠)
C : 부식여유 두께(폴리에틸렌 피복강관의 경우0)
f : 재료의 허용인장응력(kg/mm2)
E : 길이 이음의 용접효율 (=1)
l식(2)와 식(3)에 있어서 매설깊이(h)를 1.5m로 하며, 이때의 토양하중(Wt )은 0.38kg/㎠
으로 한다. 또한 재료의 허용인장응력(f)는 설계온도에서 인장강도의 1/4을 의미한다.
l파이프의 호칭은 공칭경(nominal pipe size : NPS)을 기준으로 하며, NPS 14 이상
파이프의 경우 공칭경은 외경과 같다.
12
13
14
나. 관 이 음 쇠 두 께
l관 이 음 쇠 두 께 적 용 식 및 계 산 예
주배관의 경우 지하에 매설되는 경우에 있어서 종방향 응력에 따른 티 및 엘보의
전 단 력, 응 력 집 중 이 가 중 되 므 로 일 반 화 학 공 장 에 서 사 용 하 는 Practice 를 강 화 하 여
관 련 코 드 또 는 이 론 에 따 라 별 도 계 산 적 용 한 다.
(가)
3D 벤 드
l벤 딩 후 최 소 두 께 는 어 느 부 위 에 서 측 정 하 여 도 그 에 해 당 하 는 배 관 의 계 산
두 께 이 상 이 어 야 한 다.
l가 공 후 나 타 나 는 최 대 인 장 부 분 의 두 께 는 그 곡 관 에 연 결 될 동 급 배 관 의 계
산 두 께 이 상 이 어 야 하 며 최 대 수 축 부 분 의 두 께 는 배 관 계 산 두 께 의 1.1 배 이
상 이 어 야 한 다.
(나) 1.5D 엘 보( 피 그 가 통 과 하 지 않 는 공 급 관 리 소 용)
l엘 보 곡 면 부 의 내 측 벽 면 두 께 는 배 관 계 산 두 께 의 1.25 배 이 상 이 어 야 한 다.
* 도시가스 안전관리기준 통합고시(`98. 5. 7) 제3장 제1절 제3관 배관의
두께 산정 기준 제3-1-13조 3항의 식
15
(적 용 기 준 )
n
KELLOGG사 (DESIGN OF PIPING SYSTEM)
l
3D BEND 두 께 계산방법(KELLOGG사 DESIGN OF PIPING SYSTEM)
2R + rm.sinα
2(R + rm.sinα )
R : 굽힘반경
бC =
.б O
D + t
)
2
rm : 파이프 반경 (
rmP
)
t
α: 중립축에서의 각도
중립축을 기준으로하여 인장부 α=90˚,압축
α=-90˚이나 압축부가 응력분포에서 압축응력
이 인장응력보다 크므로 α=-90˚가 된다.
2R - rm
∴ i =
(FACTOR FOR STRESS INTENSIFICATION)
2(R - rm)
бO :
(
R = 3D = 6r = 6rm
i =
2R - rm
2(R - rm)
≒
2 x 6r - r
2(6r - r)
= 1.1
∴ 실 제 BEND의 계산두께 = i x 직관의 관두께
l
5D ELBOW의 경 우 R=1.5D=3r
i =
n
2 x3r - r
2(3r - r)
=
5
4
= 1.25
통 합 고 시 제 2-11-2조
l
곡관부분의 두께는 만곡관을 제외하고 제1호식에 의하여 산출한 값 이상으로 한다.
16
17
(다 ) 리듀서
도시가스 안 전 관 리 기 준 통합고시(`98. 5. 7) 제 3 관 배관두께 산정기준 제 3-1-12 의 2 항 에
명시하고 있 는 식 을 따른다 .
t
=
PDi
200cosθ(fη-0.006P)
P : 설계압력(㎏/㎠)
D i : 직관 부분의 안지름(cm)
2
f : 재료의 허용인장응력(kg/mm ) : 설계온도에서 인장강도의 1/4 값
η : 길이이음의 용접효율, 1.0
θ : 원추의 꼭지각의 1/2
(라 ) 캡
캡 두 께 적용식은 ASME Section Ⅷ, Division 1 UG-32(Forged Head, And
Sections, Pressure on Concave Side)의 (d)에 준하여 적용한다.
PDi
t
=
200fη-0.2P
P : 설계압력(㎏/㎠)
Di : 관내경(cm)
f : 재료의 허용인장응력(kg/mm2 ) : 설계온도에서 인장강도의 1/4 값
η : 길이이음의 용접효율, 1.0
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마 . 티 (정 티 기 준 )
티 의 두 께 적 용 식 은 ANSI B31.8, 831.6(Extruded Outlets )에 준 하 여 적 용 한 다
Required Area (A) 는 다 음 식 을 만 족 해 야 한다 .
A ≤ A 1 + A 2 + A3
여기에서 A = Kt rDe (K = 1.00 단, d o/Do > 0.60
= 0.6 + ⅔do/Do 단, 0.60 ≥do/D o > 0.15
= 0.70 단, d o/D o ≤ 0.15)
A1 = De(Tr-tr),
A 2 = 2L(Tb-t b),
A3=2r o(T o-Tb)
A1 : 모관 벽의 초과두께에 의한 강화영역 (Reinforcement Area)
A2 : 지관 벽의 초과두께에 의한 강화영역 (Reinforcement Area)
A3 : Extruded Outlet Lip 의 초과두께에 의한 강화영역 (Reinforcement Area)
do : 지관의 외경,
D o : 모관의 외경
De : 모관 외면높이에서의 Extruded Outlet 의 내경
L : Reinforcement zone 의 높이
tb : 부식허용치를 포함하지 않은 지관의 계산두께
Tb : 부식허용치를 포함하지 않은 지관의 실제두께
tr : 부식허용치를 포함하지 않은 모관의 계산두께
Tr : 부식허용치를 포함하지 않은 모관의 실제두께
To : 모관 외면 높이에서의 Extruded Outlet 의 두께
ro : 모관과 지관이 만나는 부분의 곡률반경
그러므로 , KtrDe ≤ De(T r－tr) + 2L(Tb－tb) + 2ro(T o－Tb) ≒ D e(Tr－tr)
(A2 와 A 3 는 작은 값이므로 무시하며 , 무시한 치수는 안전 Factor 에 도움을 준다)
모관과 지관이 size 비가 0.6 이상일 때는 K 값이 1 이 된다
1× trDe ≤ D e(Tr－tr),
t rDe ≤ DeTr －Detr
trDe + Detr ≤ DeTr
trDe + De tr
De
≤ Tr
∴ 2 t r ≤ Tr
19
20
(4)배관
(4)배관 응력해석
응력해석
1) ASME 31.8
• SUSTAIN STRESS
P . D0
SL =
(ii Mis)2 + ( I O MOS)2
+
=< 0.75 S
4t
Z
SL : SUSTAIN STRESS
P : DESIGN PRESSURE
D0 : OUTSIDE DIAMETER OF PIPE
t : PIPE THICKNESS
ii , IO : STRESS INTENSIFICATION FACTOR
Mis, MOS : BENDING MOMENT
S : SPECIFIC MINIMUM YIELDING STRENGTH
• OCCASIONAL STRESS
(ii MiO)2 + ( IO MOO)2
SLO = SL +
=< 0.75 S
Z
SLO : OCCASIONAL STRESS
21
• THERMAL EXPANSION STRESS
Se =
Sb2 + 4St2
=< 0.72 S
Se : THERMAL STRESS
Sb : BENDING STRESS
St : TORSION STRESS
S : SPECIFIC MINIMUM YIELDING STRENGTH
• COMBINED STRESS
St = SL(or SLO) + Se
=< S
St : COMBINED STRESS
2) 도시가스법 통합고시
제2-15-2(배관의신축흡수조치)
곡관등의 종 류, 배치 및 고정방법은 온도변화에 따 라 배관에 발생하는 열변위합성응력이 다음식에
의한 허용값 이하가 되도록 한 다 .
Sa = f (1.25Sc + 0.25Sh)
Sa : 열변위 합성응력의 허용값
Sc, Sh : 최저온도에서의 허용응력, 최고온도에서의 허용응력
f : 응력감소계수
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(5)
(5)내진해석
내진해석
도시가스 배관의 내진설계 세부 기술기준(안)
가. 겉보기 전파속도 C 는 진동수의 함수로서 아래의 식이나 Rayleigh 파의 분산곡
선(그림1)으로부터 구할 수 있다.
여기서
Vo= 지진기반면(암 반층)의 전단파속도(m/sec)
Vs = 표층지반의 (평균) 전단파속도(m/sec)
H = 표층지반의 깊이 (m)
F = 진동수 (1/sec)
1.1 내진설계의 기본 방침
가. 내진설계에 있어서는 배관의 구조와 배관형태 , 지반조건등을 충분히 고려하고
배관에 생기는 변형 및 응력에 의해서 배관의 내진 안전성을 평가한다.
나. 배관의 내진 성능만족여부는 누출방지수준에 해당하는 지반운동으로 인한 배관
의 변형률이 3.2항에서 제시된 허용변형률 보다 작은지의 여부로 평가할수 있
다.
다. 배관의 특성(재질 및 관경 등)별로 지반조사 결과 가장 위험성이 높은 지반(지
진계수 Ca, Cv 값이 가장 큰 지반)에 대하여 내진 안전성을 평가한다.
1.2 배관의 허용변형률
가. 허용 변형률 εa 는 다음의 값 중 작은 쪽으로 한다.
(i )
1%
(ii)
t
30 (%)
D
전
파
속
도
∞
여기서
t = 배관의 두께 (㎝)
D = 배관의 직경 (㎝)
나. 이음매 허용 변형률은 1%로 한다.
진동수
1.3 지진응답해석법
표면파에 의한 지반변형률은 분리길이가 증가할 때 감소하고, 관축방향으 마찰 저
항력은 분리길이에 따라 증가한다는 원리에 의거하여 지반 변형률이 지반-배관계의
마찰 변형율과 일치하는 분리길이를 결정하고 이로부터 배관의 변형률을 계산하는
단순해석법을 사용한다.
Vm
C
Vs
그림 1. R-파의 분사곡선
표층(H)이 하나 이상의 층으로 구성되어 있는 경우 Vs 는 각층 전단파 속도의
평균값으로 한다.
나. R-파의 겉보기 파장은 다음 식으로 구한다.
가. 지반 변형률은 아래의 식으로 구한다.
εg =
H f
λ =
(1)
여기서
Vm = 지반의 최대 수평방향 입자속도
C = 겉보기 전파속도
C
f
(3)
여기서
λ=Rayleigh 파의 겉보기 파장 (m)
C = Rayleigh 파의 겉보기 전파속도 (m/sec)
F = 진동수 (1/sec)
23
D= 배관의 외경 (m)
지반-배관 마찰계수 μ와 정지토압계수 ks 는 각각 표 1 과 표2 로부터 구할 수
있다.
가 . 분리길이는 다음 식으로 구한다 .
λ
( 4)
4
나 . 진동주기는 다음 식으로 구한다 .
L =
표 1. 배관 마찰계수
1
( 5)
f
다 . 최대 지반 입자속도는 그림 2 에서 제시된 표준설계 입자속도 응답스펙트럼으
로부터 구한다. 이때 위험도계수 , 감쇄보정계수 , 지진계수 Ca, Cv 는 도시가스
안전관리기준 통합고시에 따른다.
조 건
T =
Vm = I • Sv(T ,ξ)
느슨한 모래 다짐
(Loose sand backfill)
중간밀도의 모래 다짐
(Moderately dense sand backfill)
조밀한 모래 다짐
(Dense sand backfill)
( 6)
여기서
Vm = 최대입자속도 (m/sec)
I = 위험도 계수
Sv = 속도 스펙트럼 값(m/sec)
T = 주기(sec)
ξ= 감쇄비
0.5
0.6
0.7
※ 배관 주위에 채워 넣는 모래의 다짐정도에 의한 마찰계수가 위와 같으며,
일반적으로 μ=0.6 을 사용하며, 모래가 아닌 경우는 0.7~0.8을 사용한다.
표 2. 정지토압계수
라 . 지반-배관 마찰 변형율은 아래의 식으로 구한다 .
감쇠비 = 5%
fm • L (Ts, 1.56Cv)
εf =
(7 )
EA
조 건
(8 )
여기서
그림 2. 표준설계 입자속도 응답 스펙트럼
μ= 지반 배관 연계면에서의 마찰계수
지반의
단위 중량 (㎏/㎥ )
y=
z = 매설 깊이 (m)
ks = 정지토압계수 (0.5~1.5)
정지토압계수(ks)
느슨한 모래 다짐
0.5
(Loose sand backfill)
중간밀도의 모래 다짐
1.0
(Moderately dense sand backfill)
조밀한 모래 다짐
1.5
(Dense sand backfill)
※ 배관 주위의 토양의 종류에 의한 정지토압계수가 위와 같으며, 일반적으로
ks = 1.0을 사용한다.
여기서
fm = 지반-배관 계면의 단위길이당 마찰 저항력 (㎏/m)
Ts=Cv/2.5Ca
스펙트럼
L = 분리 길이 (m)
To=0.2Ts
속E = 도
배관 재료의 탄성계수 (㎏/㎡)
(m/sec)
(To, 3.90CaTo)
A = 배관의 단면적 (㎠)
마 . 마찰 저항력 fm 은 다음식으로 구한다.
1 + ks
fm = µγz
πD
2
주 기 (초)
마찰계수(μ)
가. 배관의 변형률의 계산 :
위 1~6 항, 7항의 식으로부터 지반 변형과 마찰 변형율을 분리길이 L의 함수로
표현할 수 있으므로, 지반 변형율과 마찰 변형율이 같을 때, 즉 εf = εg 가 될
때의 분리길이가 배관의 변형을 지배하는 분리길이 L*이 되며 그때의 변형율
이 배관의 설계 변형율이 된다. 즉
εp = εg ( L * ) = εf ( L *)
(9)
24
D= 배관의 외경 (m)
지반-배관 마찰계수 μ와 정지토압계수 ks 는 각각 표 1 과 표2 로부터 구할 수
있다.
표 1. 배관 마찰계수
가. 분리길이는 다음 식으로 구한다.
λ
(4)
4
나. 진동주기는 다음 식으로 구한다.
L =
조 건
1
(5)
f
다. 최대 지반 입자속도는 그림 2 에서 제시된 표준설계 입자속도 응답스펙트럼으
로부터 구한다. 이때 위험도계수, 감쇄보정계수, 지진계수 Ca, Cv 는 도시가스
안전관리기준 통합고시에 따른다.
T =
Vm = I • Sv(T ,ξ)
조 건
라. 지반-배관 마찰 변형율은 아래의 식으로 구한다.
감쇠비 = 5%
fm • L (Ts, 1.56Cv)
εf =
( 7)
EA
여기서
fm = 지반-배관 계면의 단위길이당 마찰 저항력 (㎏/m)
Ts=Cv/2.5Ca
스펙트럼
L = 분리 길이 (m)
To=0.2Ts
속E = 도
배관 재료의 탄성계수 (㎏/㎡)
(m/sec) (To, 3.90CaTo)
A = 배관의 단면적 (㎠)
마. 마찰 저항력 fm 은 다음식으로 구한다.
1 + ks
fm = µγz
πD
2
주 기 (초)
느슨한 모래 다짐
0.5
(Loose sand backfill)
중간밀도의 모래 다짐
0.6
(Moderately dense sand backfill)
조밀한 모래 다짐
0.7
(Dense sand backfill)
※ 배관 주위에 채워 넣는 모래의 다짐정도에 의한 마찰계수가 위와 같으며,
일반적으로 μ=0.6을 사용하며, 모래가 아닌 경우는 0.7~0.8을 사용한다.
표 2. 정지토압계수
(6 )
여기서
Vm = 최대입자속도(m/sec)
I = 위험도 계수
Sv = 속도 스펙트럼 값(m/sec)
T = 주기(sec)
ξ= 감쇄비
마찰계수(μ)
( 8)
여기서 그림 2. 표준설계 입자속도 응답 스펙트럼
μ= 지반 배관 연계면에서의 마찰계수
y = 지반의 단위 중량 (㎏/㎥)
z = 매설 깊이 (m)
ks = 정지토압계수 (0.5~1.5)
정지토압계수(ks)
느슨한 모래 다짐
0.5
(Loose sand backfill)
중간밀도의 모래 다짐
1.0
(Moderately dense sand backfill)
조밀한 모래 다짐
1.5
(Dense sand backfill)
※ 배관 주위의 토양의 종류에 의한 정지토압계수가 위와 같으며, 일반적으로
ks = 1.0을 사용한다.
가. 배관의 변형률의 계산 :
위 1~6 항, 7 항의 식으로부터 지반변형과 마찰 변형율을 분리길이 L의 함수로
표현할 수 있으므로, 지반 변형율과 마찰변형율이 같을 때, 즉 εf = εg 가 될
때의 분리길이가 배관의 변형을 지배하는 분리길이 L*이 되며 그때의 변형율
이 배관의 설계 변형율이 된다. 즉
εp = εg ( L * ) = εf ( L *)
(9)
이
음
매의 변형률
1.1
이음매의 변형률은 직관 변형률 값의 2 배로 한다. 즉,
ε p = 2.0εp
여기서
εp = 이음매의 변형률
εp = 직관의 변형률
25
(10)
1. 이형배관의 내진성 평가
1.1 이형배관의 허용변형률
이형배관의 허용변형율은 1%로 한다.
이
1.2 형배관의 변형률
가. L형관과 T 형관등의 이형배관계의 배관변형률은 다음식으로 계산할 수 있다.
εp =
fmL'
2AE
이형배관의내진성평가
배관의변형률을 위에서제시한허용변형률과비교하여 내진성을 평가한다.
(11)
여기서
fm= 배관의 단위길이당 마찰력
L’= 배관의 유효미끄러짐 길이
A= 관의 단면적
E = 관의 탄성계수
나. 유효미끄러짐 길이
유효미끄러짐 길이 L’은 다음 식으로 구할 수 있다.
L' =
4
3εAE
Ω( 1+
−1) : L형관
3
2 fmΩ
(12)
L' =
1
4εgAE
Ω( 1+
−1) :T형관
2
2 fmΩ
(13)
여기서
ε g = 지반변형률(=
Vm
)
C
β
k
1+ k s
= µyz
πD
2
Ω = AE
fm
k = k0 D
k0 = 지반반력계수
(일반적으로0.6kgf / cm3 )
β = 4
k
4EI
I = 배관단면의
관성모멘트
26
(6)
(6)공지폭,수평안전거리
공지폭,수평안전거리
가.도시가스사업법
(도 시 가 스 사 업 법 시 행 규 칙 제 17 조 별 표 5 제 3 호 다 목 (5)(나 )
ㅇ 배관의 양측에는 다음 표에 의한 상용압력구분에 따른 폭을 유지 할 것. 다만, 안전을
위하여 필요한 경우에 공지의 폭을 초과하여 공지를 유지 할 수 있으며 안전상 필요한
조치를 한 경우에는 공지의 폭이하로 할 수 있다.
사용압력
공지의 폭
5m ～ 9m
9m ～ 15m
15m ～ 30m
2
2kg/cm 미 만
2kg/cm 2 이 상 10kg/cm 2 미 만
10kg/cm 2 이 상
비고
공지의 폭은 배관 양쪽의 외면으로부터 계산하되 산업자원부 장관이 정하여 고시하
는 지역에 설치하는 경우에는 위 표에서 정한 폭의 3 분의 1 로 할 수 있다.
27
(통 합 고 시 제 2-18-10 조 주 택 등 의 시 설 에 대 한 지 상 배 관 의 수 평 거 리 )
ㅇ 주 택, 학 교 ,병 원 ,철 도 그 밖 에 이 와 유 사 한 시 설 은 다 음 표 에 열 거 한 시 설 로 하 고 , 시 설 의
종류에따라 안전확보상 필요한 수평거리는 동 표에 열거한 거리 이상의 거리로 한다.
다만 교량에 설치하는 배관으로서 적절한 보강을 하였을 때는 그러하지 아니하다.
호
시
설
수평거리(m)
1.
철 도 (화물수송으로만 쓰이는 것 은 제외한다)
30
2.
도 로 (공업전용지역내에 있 는 도로를 제외한다)
30
3.
학 교 ,유치원 ,새마을유아원 , 사설강습소
아 동 복 지 시 설 또 는 심신장애자 복지시설로서 수용능력이 20 인 이상인
건축물
30
병 원 (의원을 포함한다)
공공공지(도시계획시설에 한한다 ) 또 는 도시공원(전 용 공업지역내에
있 는 도시공원을 제외한다.)
극 장 ,교 회,공회당 그 밖 에 이 와 유사한 시설로서 수용능력이 300 인
이상을 수용할수 있 는 곳
30
백화점 ,공중목욕탕,호 텔,여관 그 밖 에 사람을 수용하는 건축물 (가 설
30
4.
5.
6.
7.
8.
30
30
30
건축물을 제외한다)로 서 사실상 독립된 부분의 연면적이 1,000m2 이 상
인 곳
9.
문화재보호법에 의하여 지정문화재로 지정된 건축물
70
10.
주 택 (앞 각호에 열거한 것 또 는 가 설 건축물을 제외한다).또 는 앞 각
30
호 에 열거한 시설과 유사한 시설로서 다수인이 출입하거나 근무하고
있는곳
비 고 상용압력 10 Km/cm2 미만인 배관은 15m 를 뺀 거리로 한 다 .
28
(7)
(7)배관의
배관의 이격거리
이격거리
가. 도시가스사업법
(지하매설)
- 배관의 외면으로부터 건축물까지 수평거리 : 1.5M 이 상
- 배관의 외면으로부터 타 시설과의 이격거리 : 0.3M 이 상
- 배관의 매설깊이 : 산 ,들 (1M 이 상 ), 그 밖지역 (1.2M 이 상 )
(도로매설)
- 배관의 외면으로부터 건축물까지 수평거리 : 1.5M 이 상
- 배관의 외면으로부터 도로의 경계까지 수평거리 : 1M 이 상
- 배관의 외면으로부터 타 시설과의 이격거리 : 0.3M 이 상
- 포 장 차도에 매설시 포 장 노 반 최하부 0.5M 이 상 밑 에 매 설
- 배 관 설치시 보호판이나 방 호 구조물안에 매 설
- 지반의 동결에 손상을 받 지 아니하는 깊이로 매 설
(철도부지 매 설 )
- 배관의 외면으로부터 철도궤도 중심까지 거 리 : 4M 이 상
- 철도부지 경계부터 배관의 외면까지 거 리 : 1M 이 상
- 매설깊이 : 1.2 M 이 상
- 배관의 외면으로부터 건축물까지 수평거리 : 1.5M 이 상
- 배관의 외면으로부터 타 시설과의 이격거리 : 0.3M 이 상
(해저설치)
- 해저면 밑 에 매 설 (닻 내림등에 의 한 배관손상의 우려가 없거나 부득이한 경 우 예 외)
- 원칙적으로 다 른 배관과 교차하지 아니하고 30M 이 상 수평거리 유 지
- 2 개 이상의 배관을 동시에 설치시 접촉하지 않도록 조 치
- 배 관 입상부에는 방호시설물 설 치
- 준설계획이 있 을 경 우 준 설 후 해저면 밑 0.6M 를 해저면으로 함
- 해저면 밑 에 매설하지 아니하고 설치시 해저면을 고르게 하 여 배관이 닿도록 할 것
- 배관이 부양하거나 이 동 우려시 방지조치
29
나.ASME 31.8
u 841.143 Clearance Between Pipelines Or Mains And Other
Underground Structures
(a)There shall be at least 6 in. Clearance wherever possible between
any buried pipeline and any other underground structure not used
in conjunction with the pipeline, when sych clearance cannot be
attained, precautions to protect the pipe shall be taken, such
as the installation of casing, bridging, or insulating materials.
(b)There shall be at least 2 in. Clearance wherever possible
between any buried gas main and any other underground structure
not used in conjunction with the main. When such clearance
cannot be attained, precaution to protect the main shall be
taken, such as the installation of insulating material or casing .
30
(8)
(8)내압,기밀시험
내압,기밀시험
가. 도시가스사업법
u 통합고시 제2-26-2조(내압시험)
1. 내 압 시 험 은 수 압 에 의 하 여 실 시 한 다. 다 만 , 중 압 이 하 의 배 관 , 길 이 50m이 하 로 설 치 되 는
고압배관과 부득이한 이유로 물을 채우는것이 부적당한경우에는 공기 또는 위험성이 없는
불 활 성 기 체 로 할 수 있 다.
2. 내 압 시 험 은 최 고 사 용 압 력 의 1.5배 이 상 으 로 하 며 , 규 정 압 력 을 유 지 하 는 시 간 은 5분 내 지 20분 을
표준으로 한다.
u 통합고시 제2-26-5조(배관의 기밀시험)
1. 기 밀 시 험 은 공 기 또 는 위 험 성 이 없 는 불 활 성 기 체 로 실 시 한 다.
2. 기 밀 시 험 압 력 은 최 고 사 용 압 력 의 1.1배 또 는 840mmH 20중 높 은 압 력 이 상 으 로 실 시 한 다.
3. 최 고 사 용 압 력 이 고 압 또 는 중 압 인 배 관 으 로 서 용 접 에 의 해 접 합 되 고 방 사 선 투 과 시 험 에 합 격 된
배 관 은 통 과 하 는 가 스 를 시 험 가 스 로 사 용 하 고 0.2%이 하 에 서 작 동 하 는 가 스 검 지 기 를
사 용 하 여 당 해 검 지 기 가 작 동 하 지 않 는 것 으 로 판 정 한 다. 이 때 시 험 압 력 은 사 용 압 력 으 로 할 수
있 다.
31
나. ASME 31.8
u
TEST REQUIREMENTS FOR PIPELINE AND MAINS TO OPERATE AT HOOP STRESSES OF 30%
OR MORE OF THE SPECIFIED MINIMUM YIELD STRENGTH OF THE PIPE.
MINIMUM
MAXIMUM
MAXIMUM ALLOWABLE
OPERATING PRESSURE,
THE LESSER OF
WATER
1.25 X mop
NONE
tp % 1.25
WATER
AIR
GAS
WATER
AIR
1.1 X mop
1.1 X mop
1.1 X mop
1.25 X mop
1.25 X mop
NONE
1.1 X dp
1.1 X dp
NONE
1.25 X dp
WATER
1.4 X mop
NONE OR dp
LOCATION
CLASS
PERMISSIBLE
TEST FLUID
1
DIVISION 1
1
DIVISION 2
2
3&4
PRESSURE TEST PRESCRIBED
tp % 1.1
OR dp
tp % 1.25
OR dp
tp % 1.4
OR dp
mop : MAXIMUM OPERATING PRESSURE
dp : DESIGN PRESSURE
tp : TEST PRESSURE
u LEAK TESTS FOR PIPELINES OR MAINS TO OPERATE AT 100 psi OR MORE
m ~ GAS OR AIR IS THE TEST MEDIUM. A LEAK TEST SHALL BE MADE AT A
PRESSURE IN THE RANGE FROM 100psi TO THAT REQUIRED TO PRODUCE A HOOP
STRESS OF THE MINIMUM SPECIFIED YIELD ~
u LEAK TESTS FOR PIPELINES AND MAINS TO OPERATE AT LESS THAN 100 psi
m GAS MAY BE USED AS THE TEST MEDIUM AT THE MAXIMUM PRESSURE
AVAILABLE IN THE DISTRIBUTION SYSTEM AT THE TIME OF THE TEST.
32