주철 파이프
Cast iron pipe |
주철 파이프는 주로 회색 주철로 만들어진 파이프다. 역사적으로 상하수 송수관의 압력관으로 사용되었고, 17, 18, 19, 20세기에는 배수관으로 사용되었다.
주철 파이프는 코팅되지 않은 상태로 자주 사용되었지만, 나중에 코팅과 라이닝으로 부식을 줄이고 유압 장치를 개선했다. 주철 파이프에서 흑연은 현미경으로 검사할 때 주조 공정 중에 박리 현상을 형성한다. 주철 파이프는 1970년대와 1980년대에 대부분의 기존 제조공장이 신소재로 전환되면서 직접개발인 연성철관으로 대체되었다. 연성철관은 주조 공정에서 마그네슘이 유입되면 흑연이 박리가 아닌 구(그래피 결절)를 형성하기 때문에 주철과 다르다. 이렇게 하면 재료가 주조 가능한 상태를 유지할 수 있지만 최종 제품은 주철보다 훨씬 단단하고 낮은 응력 수준에서 탄력적인 동작을 할 수 있다.[1] 연성철관이 우수제품으로 널리 받아들여져 현재 리틀 주철관이 제조되고 있다. 오늘날까지 많은 공익 사업, 지자체, 민간 산업은 여전히 기능성 주철 파이프를 사용하고 있다.
역사
가장 오래된 주철 수도관은 17세기부터 시작되었으며 베르사유 정원에 물을 분배하기 위해 설치되었다. 이는 약 35km의 파이프에 달하며, 일반적으로 이음매가 플랜지 처리된 길이가 1m이다. 이들 파이프의 극한시대는 상당한 역사적 가치를 지닌다. 2008년 생고바인 PAM이 대대적으로 개조를 했음에도 불구하고 80%는 독창적인 상태로 남아있다.
주철은 수도관 제조에 유익한 재료임이 입증되었으며, 이전에 사용되었던 원래의 느릅나무 파이프라인의 대체재로 사용되었다. 이러한 수도관은 다양한 관절 메커니즘에 의해 함께 접합된, 종종 막대기라고 불리는 개별적으로 주조된 파이프 섹션으로 구성되었다. 플랜지 이음매는 누출을 방지하기 위해 개스킷을 사이에 두고 단단하게 볼트로 고정된 평평한 가공 표면으로 구성되었다. 이러한 유형의 파이프 조인트는 오늘날에도 여전히 사용되고 있으며, 일반적으로 수처리 및 제조 공장에서 지상 파이프라인에 사용된다.
벨과 스피것 조인트에서는[2] 파이프 스틱의 한쪽 끝을 벨 또는 소켓이라고 부르며, 다음 스틱의 반대쪽 끝인 스피것 끝을 삽입하여 조인트를 만들 수 있도록 한다. 이들 관절의 틈새에는 녹은 납을 유지하기 위해 오크룸이나 실이 채워져 있어 방수관절로 굳어졌다. 이것은 노동집약적인 작업이었고, 인장의 질은 노동자의 솜씨에 달려 있었다.
기계식 조인트는 해당 벨에 가까운 스피것의 이동 가능한 팔로워 링을 볼트로 고정시켜 만들었고, 그 사이에 개스킷을 압축했다. 오늘날 많은 수도관은 기계적 관절을 사용한다. 왜냐하면 그것들은 쉽게 만들어지고 설치하는데 특별한 기술이 필요하지 않기 때문이다. 또한 이러한 유형의 조인트는 조인트 무결성을 희생하지 않고 일부 편향될 수 있으므로 설치 중에 미세한 정렬 조정을 할 수 있으며, 조인트는 제한적인 침하 시 무결성을 유지할 수 있다. 오늘날 기계식 조인트의 대표적인 관절 편향은 3도에서 5도 사이이다.
볼앤소켓 조인트는 '원형' 소켓을 더 많이 도입해 각 조인트에서 비교적 많은 양의 편향을 허용했다. 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 이러한 형태의 관절은 특수 목적의 관절로 여겨졌으며, 주로 물에 잠긴 지형이나 산지 지형 모두에서 사용되어 왔다. 이러한 유형의 조인트는 일반적으로 각 조인트에서 약 15도의 편향을 허용할 수 있으므로 파이프의 '스냅킹'이 가능하다.[3] 이 조인트 유형의 장점은 벨과 스피것 관절보다 빠르며, 설치하는 데 특별한 기술이나 도구가 필요하지 않다는 점이었다.
1950년대 중반에 개발된 푸시온 조인트는 더 빠르고 상대적으로 숙련되지 않은 파이프 조인트 방법을 가능하게 했다. 이 조인트는 고무 개스킷을 고정하는 움푹 들어간 홈이 있는 벨로 구성되었다. 고무 개스킷이 롤링되지 않도록 주의하여 윤활된 비브드 스피것 섹션을 이 조인트에 밀어 넣을 수 있으며, 일단 설치되면 물이 새지 않게 된다. 이러한 유형의 접합 시스템은 오늘날 연성 철과 PVC 파이프에서 인기가 있다.
제조하다
수평 캐스트
첫 번째 주철 파이프는 수평 주형으로 제작되었고, 주형의 코어는 파이프의 일부가 될 작은 철봉 위에서 지지될 것이다. 수평 주물은 파이프 원주 둘레에 금속이 불균일하게 분포하는 결과를 초래했다. 일반적으로 슬래그는 파이프의 왕관에 모여 훨씬 약한 단면을 만든다.
수직 캐스트
1845년 첫 번째 파이프를 구덩이에 수직으로 주조하여 세기가 끝날 무렵에는 모든 파이프를 이 방법으로 제작하였다. 이 방법을 사용하면 슬래그는 모두 주물 상단에서 수집되며 파이프 끝을 잘라내기만 하면 제거될 수 있다. 이 방법을 사용하여 주조된 배관은 종종 중심에서 벗어난 중심 보어로 인해 주형의 중심이 중심에서 벗어나면서 파이프 한쪽이 다른 쪽보다 두꺼워졌다.
원심분리 주조
1918년 프랑스-브라질인 디미트리 센소드 드라바우드에 의해 발명된 이후, 많은 주철 파이프 제조는 극적으로 다른 원심 주조 기법으로 바뀌었다. 현대적인 연성 철관 생산은 이러한 일반적인 주조 방법을 계속 사용하고 있다.
역사적으로 주철 파이프의 원심 주조에는 금속 금형과 모래 금형의 두 가지 다른 종류의 금형이 사용되어 왔다. 금속 금형으로 녹인 철을 금형에 도입하여 생성된 원심력에 의해 금형 표면 내부로 금속을 균일하게 분배하였다. 외부 금형은 일반적으로 제어된 물 욕조 또는 물 분무 시스템에 의해 손상되지 않도록 보호되었다. 파이프를 취급하고 형태를 유지할 수 있을 정도로 냉각되자 금형은 멈추고 파이프는 제거되었다. 금속 금형에서 형성된 파이프는 일반적으로 주조 후 압력의 제거를 위해 분쇄한 후 세척, 검사, 시험, 측정(치수 측정), 내부 및/또는 외부 코팅 및 사용을 위해 보관되었다. 물용 금속 금형에 원심분리로 주조된 주철 파이프에 대한 표준은 미국물공작협회에서 제정하여 간행하였다.[4]
모래 금형으로 주조할 때는 두 가지 유형의 제조 공정이 사용되었다. 첫 번째 방법에서는 금속 무늬를 금속 플라스크에 넣고 모래를 성형하여 플라스크와 패턴 사이의 환형 공간에 박아 넣었다. 그런 다음 용융된 회색 철을 사용하여 파이프를 주조하기 위해 패턴을 제거했다. 두 번째 방법은 금속 패턴을 수반하지 않고 가열된 플라스크에 측정된 양의 열경화수지와 모래를 일렬로 배열하여 원심분리로 금형 형성을 수반하였다. 어느 쪽이든 파이프가 굳어지고 플라스크가 제거된 후 주조 기계는 정지되었다. 이 절차를 사용하여 형성된 주철 파이프는 일반적으로 제어된 시간 및 온도 조건에서 오븐에 냉각되었다. 금속 금형과 마찬가지로 파이프는 일반적으로 파이프에 가해지는 응력을 제거하기 위해 밀봉되었고, 세척, 검사, 시험, 측정(치수 측정), 내부 및/또는 외부 코팅 및 사용을 위해 보관되었다.[5] 물용 모래 주형에 원심분리로 주조된 주철 파이프에 대한 표준은 미국수공협회(American Water Works Association)가 제정, 발표했다.[6]
내부부식
주철 파이프의 부식은 내부 및 외부 표면 모두에서 발생할 수 있다. 전기화학적 부식에서는 맨 철이 공격적인 물에 노출되는 내부 양극이 발달하여 철이 용액으로 이동하도록 촉진한다. 철은 물속의 다양한 구성 요소와 결합하여 파이프 내부에 덩이쇠를 형성한다. 이 덩이결절 과정은 결국 파이프 내 단면적에서 상당한 제약을 초래할 수 있다. 덩이줄기세포는 불규칙한 형태를 띠기 때문에 표면에 세균성장이 쌓일 가능성이 높다. 더 많은 철이 용액으로 이동함에 따라, 그 결과는 파이프 무결성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있는 파이프 구조의 손실로 이어진다. 폭풍 및 위생 하수 시스템에서 미생물 작용에 의한 산성 가스(황화수소 등)의 생성은 내부 파이프 벽을 더욱 부식시킬 수 있지만 파이프 내부 '천장'에 가장 잘 나타난다.
1922년부터 내부부식을 최소화하는 장벽 역할을 하기 위해 내부 시멘트 라이닝이 도입되었다. 1929년 미국표준협회(ASA) 섹션랄 위원회는 시멘트 모르타르 라이닝에 대한 잠정적인 표준을 발표하였는데, 이 표준은 1932년에 발표되었다. 1939년에 미국 표준 A21.4가 발표되었는데, 이 표준은 사용할 수선관 내부에 제1종 시멘트 코팅이 정의되었다. 1953년 표준이 갱신되었을 때, 제2종 시멘트는 제2종 시멘트로 대체되었는데, 이는 제2종 시멘트가 보다 세밀하게 관리되는 제품이라고 믿었기 때문이다. 이 표준은 1964년에 추가적으로 개정되었는데, 여기에는 I형이나 II형 시멘트 중 하나를 사용하고 두 개의 서로 다른 모르타르 두께를 사용할 수 있게 하는 것이 포함된다.[7]
표준화
영국에서 주철 수도관의 첫 표준화는 1917년 BS 78의 출판과 함께 일어났다. 이 표준은 배관의 인치 내경과 근사적으로 일치하는 치수 없는 공칭 크기를 지정했으며, 각각 지정된 벽 두께와 외경을 가진 등급 A, 등급 B, 등급 C, 등급 D의 4가지 압력 등급이 지정되었다. 등급 A와 B가 하나의 직경을 공유하고 등급 C와 D가 다른 더 큰 직경을 갖는 경우를 제외하고, 외부 직경은 등급 간에 동일하다는 점에 유의한다.
| 공칭크기 | 클래스 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A&B | A | B | C&D | C | D | |||||
| 외경 [in (mm)] | 벽두께 [in (mm)] | 내경 [in (mm)] | 벽두께 [in (mm)] | 내경 [in (mm)] | 외경 [in (mm)] | 벽두께 [in (mm)] | 내경 [in (mm)] | 벽두께 [in (mm)] | 내경 [in (mm)] | |
| 3 | 3.76 (95.504) | 0.38 (9.652) | 3.00 (76.200) | 0.38 (9.652) | 3.00 (76.200) | 3.76 (95.504) | 0.38 (9.652) | 3.00 (76.200) | 0.40 (10.160) | 2.96 (75.184) |
| 4 | 4.80 (121.920) | 0.39 (9.906) | 4.02 (102.108) | 0.39 (9.906) | 4.02 (102.108) | 4.80 (121.920) | 0.40 (10.160) | 4.00 (101.600) | 0.46 (11.684) | 3.88 (98.552) |
| 5 | 5.90 (149.860) | 0.41 (10.414) | 5.08 (129.032) | 0.41 (10.414) | 5.08 (129.032) | 5.90 (149.860) | 0.45 (11.430) | 5.00 (127.000) | 0.52 (13.208) | 4.86 (123.444) |
| 6 | 6.98 (177.292) | 0.43 (10.922) | 6.12 (155.448) | 0.43 (10.922) | 6.12 (155.448) | 6.98 (177.292) | 0.49 (12.446) | 6.00 (152.400) | 0.57 (14.478) | 5.84 (148.336) |
| 7 | 8.06 (204.724) | 0.45 (11.430) | 7.16 (181.864) | 0.45 (11.430) | 7.16 (181.864) | 8.06 (204.724) | 0.53 (13.462) | 7.00 (177.800) | 0.61 (15.494) | 6.84 (173.736) |
| 8 | 9.14 (232.156) | 0.47 (11.938) | 8.20 (208.280) | 0.47 (11.938) | 8.20 (208.280) | 9.14 (232.156) | 0.57 (14.478) | 8.00 (203.200) | 0.65 (16.510) | 7.84 (199.136) |
| 9 | 10.20 (259.080) | 0.48 (12.192) | 9.22 (234.188) | 0.49 (12.446) | 9.22 (234.188) | 10.20 (259.080) | 0.60 (15.240) | 9.00 (228.600) | 0.69 (17.526) | 8.82 (224.028) |
| 10 | 11.26 (286.004) | 0.52 (13.208) | 10.22 (259.588) | 0.52 (13.208) | 10.22 (259.588) | 11.26 (286.004) | 0.63 (16.002) | 10.00 (254.000) | 0.73 (18.542) | 9.80 (248.920) |
| 12 | 13.14 (333.756) | 0.55 (13.970) | 12.04 (305.816) | 0.57 (14.478) | 12.00 (304.800) | 13.60 (345.440) | 0.69 (17.526) | 12.22 (310.388) | 0.80 (20.320) | 12.00 (304.800) |
| 14 | 15.22 (386.588) | 0.57 (14.478) | 14.08 (357.632) | 0.61 (15.494) | 14.00 (355.600) | 15.72 (399.288) | 0.75 (19.050) | 14.22 (361.188) | 0.86 (21.844) | 14.00 (355.600) |
| 15 | 16.26 (413.004) | 0.59 (14.986) | 15.08 (383.032) | 0.63 (16.002) | 15.00 (381.000) | 16.78 (426.212) | 0.77 (19.558) | 15.24 (387.096) | 0.89 (22.606) | 15.00 (381.000) |
| 16 | 17.30 (439.420) | 0.60 (15.240) | 16.10 (408.940) | 0.65 (16.510) | 16.00 (406.400) | 17.84 (453.136) | 0.80 (20.320) | 16.24 (412.496) | 0.92 (23.368) | 16.00 (406.400) |
| 18 | 19.38 (492.252) | 0.63 (16.002) | 18.12 (460.248) | 0.69 (17.526) | 18.00 (457.200) | 19.96 (506.984) | 0.85 (21.590) | 18.26 (463.804) | 0.98 (24.892) | 18.00 (457.200) |
| 20 | 21.46 (545.084) | 0.65 (16.510) | 20.16 (512.064) | 0.73 (18.542) | 20.00 (508.000) | 22.06 (560.324) | 0.89 (22.606) | 20.28 (515.112) | 1.03 (26.162) | 20.00 (508.000) |
| 21 | 22.50 (571.500) | 0.67 (17.018) | 21.16 (537.464) | 0.75 (19.050) | 21.00 (533.400) | 23.12 (587.248) | 0.92 (23.368) | 21.28 (540.512) | 1.03 (26.162) | 21.00 (533.400) |
| 24 | 25.60 (650.240) | 0.71 (18.034) | 24.18 (614.172) | 0.80 (20.320) | 24.00 (609.600) | 26.26 (667.004) | 0.98 (24.892) | 24.30 (617.220) | 1.13 (28.702) | 24.00 (609.600) |
| 27 | 28.70 (728.980) | 0.75 (19.050) | 27.20 (690.880) | 0.85 (21.590) | 27.00 (685.800) | 29.40 (746.760) | 1.04 (26.416) | 27.32 (693.928) | 1.20 (30.480) | 27.00 (685.800) |
| 30 | 32.52 (826.008) | 0.79 (20.066) | 30.94 (785.876) | 0.89 (22.606) | 30.74 (780.796) | 32.52 (826.008) | 1.09 (27.686) | 30.34 (770.636) | 1.26 (32.004) | 30.00 (762.000) |
| 33 | 35.66 (905.764) | 0.83 (21.082) | 34.00 (863.600) | 0.94 (23.876) | 33.78 (858.012) | 35.66 (905.764) | 1.15 (29.210) | 33.36 (847.344) | 1.33 (33.782) | 33.00 (838.200) |
| 36 | 38.76 (984.504) | 0.87 (22.098) | 37.02 (940.308) | 0.98 (24.892) | 36.80 (934.720) | 38.76 (984.504) | 1.20 (30.480) | 36.36 (923.544) | 1.38 (35.052) | 36.00 (914.400) |
| 40 | 42.92 (1,090.168) | 0.92 (23.368) | 41.08 (1,043.432) | 1.03 (26.162) | 40.86 (1,037.844) | 42.92 (1,090.168) | 1.26 (32.004) | 40.40 (1,026.160) | 1.46 (37.084) | 40.00 (1,016.000) |
| 42 | 45.00 (1,143.000) | 0.95 (24.130) | 43.10 (1,094.740) | 1.06 (26.924) | 42.88 (1,089.152) | 45.00 (1,143.000) | 1.30 (33.020) | 42.40 (1,076.960) | 1.50 (38.100) | 42.00 (1,066.800) |
| 45 | 48.10 (1,221.740) | 0.99 (25.146) | 46.12 (1,171.448) | 1.09 (27.686) | 45.92 (1,166.368) | 48.10 (1,221.740) | 1.35 (34.290) | 45.40 (1,153.160) | 1.55 (39.370) | 45.00 (1,143.000) |
| 48 | 51.20 (1,300.480) | 1.03 (26.162) | 49.14 (1,248.156) | 1.13 (28.702) | 48.94 (1,243.076) | 51.20 (1,300.480) | 1.38 (35.052) | 48.44 (1,230.376) | 1.68 (42.672) | 47.84 (1,215.136) |
BS 78은 영국이 양립불가능한 유럽 표준과 조화를 이루었을 때 최종적으로 대체되었다. 단, 지정된 외부 치수는 AS/NZS 2280 후예 규격을 통해 호주와 뉴질랜드의 연성 철관에 대한 표준 파이프 외경으로서 계속 유효하다(계량계 형태로는 거의 없다).
참조
- ^ Rajani, Makar, McDonald, Zhan, Kuraoka, Jen, Viens, AWWA 연구 재단, 2000년 "서비스 수명 추정을 위한 방법론 개발을 위한 회색 주철수 주전원 조사"
- ^ bell and spigot joint,
- ^ 1986년 제3권 미국 상수도사업협회 "물 분배, 원칙 및 실천요강 소개"
- ^ 1962년 미국물공사협회 A21.6-1962(AWWA C106-62), "금속 금형에서 원심분리기 주조에 대한 미국 표준".
- ^ "주철관 핸드북", 제3판, 주철관 연구회, 1967.
- ^ 1962년 A21.8-1962(AWWA C108-62) 미국물공사협회 A21.8-1962(AWA C108-62)의 "모래줄 금형에서 원심분리 주조에 대한 미국 표준"
- ^ 1964년 A21.4-1964(AWWA C104-64, AWA C104-64), "주철 파이프 및 부속용 시멘트-모타르 라이닝에 대한 미국 표준"의 서문.
외부 링크
- 파이프에 대한 참고 사항 - gizourse
- 주철 흙관 연구소 - 1949년 조직
