플라스틱 파이프 구조

Plastic pipework
압출에 의해 오스트레일리아에서 제조된 플라스틱 파이프 길이HDPE 소재.

플라스틱 파이프는 플라스틱으로 만들어진 관 모양의 부분 또는 속이 빈 실린더다. 이 단면은 주로 유동체와 가스(플루이드), 슬러리, 분말 및 작은 고형물의 질량 등 흐를 수 있는 물질을 전달하는 데 사용되지만 반드시 그렇지는 않다. 그것은 또한 구조 용도에 사용될 수 있다; 속이 빈 파이프는 고형 부재보다 단위 무게 당 훨씬 더 딱딱하다.

플라스틱 파이프 구조는 식수, 폐수, 화학 물질, 가열 유체 및 냉각 유체, 식료품, 초순수 액체, 슬러리, 가스, 압축 공기, 관개, 플라스틱 압력 파이프 시스템 및 진공 시스템 용도의 운반에 사용된다.

종류들

플라스틱 파이프에는 세 가지 기본 유형이 있다.

솔리드월파이프

파이프라인에서 사용할 수 있는 균일한 열가소성 물질 매트릭스의 한 층으로 구성된 압출 파이프.

구조 벽 파이프

구조화된 벽면 파이프 및 피팅은 물리적, 기계적 및 성능 요구사항을 달성하기 위해 재료 사용과 관련하여 최적화된 설계를 가진 제품이다. 구조화된 월 파이프는 다양한 용도를 위해 그리고 대부분의 경우 사용자와 협력하여 개발된 배관 시스템의 맞춤형 솔루션이다.

배리어 파이프

3개의 접합 층의 중간으로 유연한 금속 층을 포함하는 파이프. 예를 들어, 배리어 파이프는 이전의 사용으로 오염된 지면에 놓였을 때 공격적인 화학물질이나 기타 오염으로부터 배관을 통과하는 내용물(특히 음용수)을 추가로 보호하기 위해 사용된다.

대부분의 플라스틱 파이프 시스템은 열가소성 플라스틱 재료로 만들어진다. 생산 방법은 재료를 녹이고, 모양을 만들고, 식히는 것이다. 파이프는 보통 압출에 의해 만들어진다.[1]

표준

플라스틱 파이프 시스템은 다양한 서비스 요건을 충족한다. 플라스틱 파이프 시스템을 위한 제품 표준은 CEN/TC155 표준 위원회 내에서 준비된다. 이러한 요건은 각 적용에 대한 유럽 제품 표준의 집합에 구체적인 특징과 함께 설명되어 있다. 예를 들면 다음과 같다.

  • 식수의 운반: 위생적 요구 사항
  • 가스 운반: 최고 안전 요구 사항
  • 복사 난방 및 바닥 난방을 위한 플라스틱 파이프: 수십 년에 걸친 온도 저항
  • 하수구 응용 프로그램: 높은 내화학성

플라스틱 파이프는 각 용도에 대한 특정 요건을 충족할 수 있다. 그들은 긴 생명에 걸쳐 신뢰성과 안전성을 가지고 그렇게 한다.[2] 핵심 성공 요인은 지속적으로 높은 품질 수준을 유지함으로써 달성된다. 플라스틱 파이프 제품의 경우 이러한 수준은 다른 표준에 의해 정의된다. 플라스틱 파이프의 성능에는 기본적으로 유연성과 수명이 긴 두 가지 측면이 중요하다.[3]

사용된 재료

재료 특성

ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)은 음용수, 슬러리, 화학 물질의 운반에 사용된다. DWV(배수-폐기물-벤트) 애플리케이션에 가장 일반적으로 사용됨 온도 범위는 -40 °C에서 +60 °C까지 다양하다.

ABS는 열가소성 물질로, 원래 1950년대 초 유전과 화학 산업에 사용하기 위해 개발되었다. 재료의 변동성과 그 상대적 비용 효율성은 그것을 인기 있는 엔지니어링 플라스틱으로 만들었다. 개별 화학 성분의 비율을 수정하여 다양한 용도에 맞게 조정할 수 있다.

높은 충격 강도 및 경직성이 필수적인 산업용 애플리케이션에 주로 사용된다.

이 재료는 또한 토양과 폐기물의 비압력 배관 시스템에도 사용된다.[5]

CPVC(염화 폴리염화비닐)

염소 처리된 폴리 염화비닐(CPVC)은 많은 산, 베이스, 소금, 파라핀 탄화수소, 할로겐 및 알코올에 내성이 있다. 용매, 방향제 및 일부 염소 처리된 탄화수소에 내성이 없다. 최대 작동 온도가 200°F(93.3°C)에 이르는 uPVC보다 높은 온도 액체를 운반할 수 있다. CPVC는 온도 임계값과 내화학성 때문에 주거용, 상업용, 공업용수 및 액체 운송에서 권장되는 주요 재료 선택사항 중 하나이다.

HDPE(고밀도 폴리에틸렌)

고밀도 폴리에틸렌(HDPE) - HDPE 파이프는 강하고 유연하며 가벼운 중량이다. 함께 융접하면 누수율이 0이다. [6]

PB-1(폴리부틸렌)

PB-1은 온수 및 냉수 음용수용 압력 배관 시스템, 사전 절연된 지역 난방 네트워크 및 표면 냉난방 시스템에 사용된다. 주요 특성은 용접성, 온도 저항성, 유연성 및 높은 정수압 저항성이다. 하나의 표준형인 PB 125는 최소 요구 강도(MISS)가 12.5 MPa이다. 또한 저소음 전달, 저선형 열팽창, 부식 및 석회화 등이 있다.

PB-1 배관 시스템은 더 이상 북미에서 판매되지 않는다. 유럽과 아시아의 시장 점유율은 작지만 꾸준히 성장하고 있다. 쿠웨이트, 영국, 한국, 스페인과 같은 일부 시장에서는 PB-1이 강력한 위치를 차지하고 있다.[7]

PE(폴리에틸렌)

HDPE 재료로 제작된 오스트레일리아의 폴리에틸렌 배관.

폴리에틸렌은 수년간 음용수와 폐수, 유해 폐기물, 압축 가스의 안전한 운반에 성공적으로 사용되어 왔다. HDPE Pipe(고밀도 폴리에틸렌)[8]와 내열성 PEX(크로스 링크 폴리에틸렌, XLPE)가 두 가지 변형이다.

PE는 1950년대 초부터 파이프에 사용되어 왔다. PE 파이프는 다양한 크기의 압출에 의해 만들어진다. PE는 가볍고 유연하며 용접하기 쉽다. 부드러운 내부 마감이 우수한 흐름 특성을 보장한다. 지속적인 재료 개발로 성능이 향상되어 전 세계 주요 상하수도 및 가스 유틸리티 기업들의 사용량이 급증하고 있다.

이 배관은 또한 라이닝과 트렌치 없는 기술, 즉 지상에서 아무런 지장 없이 참호를 파지 않고 파이프를 설치하는 이른바 노 디그 어플리케이션에도 사용된다. 여기서 파이프는 누출을 줄이고 수질을 개선하기 위해 오래된 파이프 시스템을 정렬하는 데 사용될 수 있다. 따라서 이러한 해결책은 엔지니어들이 낡은 관 시스템을 복구하는 데 도움을 주고 있다. 굴착은 미미하며 그 과정은 지하에서 빠르게 진행된다.

또한 PE 파이프 재료의 경우, 여러 연구가 기대 수명이 50년 이상인 롱 트랙 기록을 입증했다.

교차연계 폴리에틸렌은 일반적으로 XLPE 또는 PEX라고 불린다. 폴리머 체인의 교차 링크가 어떻게 만들어지는가에 따라 3가지 방법으로 만들 수 있는 열가소성 소재다. PEX는 1950년대에 개발되었다. 1970년대 초부터 유럽에서 파이프에 사용되어 왔으며 지난 수십 년 동안 급속한 인기를 얻고 있다. 코일로 공급되는 경우가 많으며, 유연하며 따라서 부속품이 없는 구조물 주위로 유도될 수 있다. 동결 이하의 온도에서 거의 끓는 온도까지 강도는 온수 및 냉수 설비, 라디에이터 및 바닥 난방, 제빙 및 천장 냉각을 위한[9] 이상적인 파이프 재료가 된다.

PE-RT

상승온도(RT) 또는 PE-RT의 폴리에틸렌은 폴리에틸렌의 전통적인 성질을 확장한다. 따라서 고온에서 강화된 강도는 특수 분자 설계와 제조 공정 제어를 통해 가능하다.

낮은 온도 또는 높은 온도에 대한 저항성은 PE-RT를 다양한 온수관 및 냉수관 용도에 이상적으로 만든다.

PP(폴리프로필렌)

폴리프로필렌은 제약 및 화학 산업 내뿐만 아니라 식품, 음용 및 초순수 등과 함께 사용하기에 적합하다.

PP는 폴리프로필렌으로 만든 열가소성 중합체다. 1950년대에 처음 발명되어 1970년대 이후 파이프에 사용되었다. 높은 충격 저항성과 우수한 강성과 높은 내화학성 때문에 이 물질은 하수구에 적합하다. 최대 60 °C (140 °F) (연속)의 작동 온도 범위에서 좋은 성능을 발휘하면 이 재료는 토양 및 폐기물 내부 배출 시스템에 적합하다. 최대 90°C(194°F)(단기)의 고온 거동을 가진 특수 PP 등급은 해당 재료를 사내 온수 공급에 적합하게 선택한다.[10]

PVDF(폴리비닐리덴 디플루오라이드)

폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)는 플라스틱 파이프 구조 용도의 화학적, 열가소성 플라스틱 플루오르폴리머로 내성이 뛰어나다. PVDF 수지는 비닐리덴 플루오르 단량체의 중합에 의해 생성된다. PVDF 수지는 다른 많은 제품뿐만 아니라 PVDF 파이프를 만드는데 사용된다.

산업과 애플리케이션은 불활성화, 내구성이 뛰어나 PVDF 파이프를 선택한다. PVDF 배관은 공격적이고 부식성 있는 용액을 처리하는 능력 때문에 화학 공정 산업에서 가장 많이 사용된다. PVDF 파이프는 또한 고순도 애플리케이션, 반도체 제조, 전자/전기, 제약 개발 및 핵폐기물 처리에도 공통적으로 사용된다.

PVDF 배관 규격 및 성능 특성은 가압 시스템 조건에서 최대 248°F(120°C)까지 PVDF 배관을 승인한다. 이 파이프는 군사시험 표준법 508, 81-0B에 따른 곰팡이 성장을 지원하지 않는다. 다른 일반적인 열가소성 파이프(uPVC, CPVC, PE, PP)와 달리 PVDF는 UV광이나 오존 산화성 손상에 대한 민감성을 나타내지 않아 장기간 실외 사용을 승인한다.[11]

uPVC(비플라스틱 폴리염화비닐)

지하수 주전원용 비플라스틱 폴리염화비닐 파이프

uPVC 또는 PVC-U는 일반적인 소금과 화석 연료에서 파생된 열가소성 물질이다. 그 파이프 재료는 모든 플라스틱 재료 중에서 가장 긴 트랙을 가지고 있다. 최초의 UPVC 파이프는 1930년대에 만들어졌다. 1950년대부터, UPVC 파이프는 부식된 금속 파이프를 대체하기 위해 사용되었고, 따라서 증가하는 시골과 후기 도시 인구에게 신선한 식수를 가져다 주었다. UPVC 배관은 NSF Standard 61에 따라 식수에 안전한 것으로 인증되어 북미 전역과 전 세계 물 분배 및 송수관 등에 광범위하게 사용된다. uPVC는 가정 내 폐선에도 허용되며 위생 하수구에 가장 많이 사용된다.

하수관, 토양 및 폐기물, 가스(저압) 및 케이블 보호 분야에서 추가적인 압력 및 비압력 적용이 곧 이어졌다. 따라서 이 재료가 공중 보건, 위생 및 복지에 기여한 바가 크다.

폴리염화비닐 또는 uPVC(비플라스틱화 폴리염화비닐) 파이프는 온수 라인에 잘 맞지 않아 2006년부터 미국 내 주택용 급수 라인 내부 사용이 제한돼 왔다. 코드 IRC P2904.5 uPVC 나열되지 않음

uPVC는 작동 온도 범위에서 높은 내화학성을 가지며, 광범위한 작동 압력 밴드를 가지고 있다. 최대 작동 온도는 140 °F(60 °C)에서 보고되며 최대 작동 압력은 450 psi(3,100 kPa)이다. 장기 강도 특성, 높은 강성 및 비용 효율성으로 인해 uPVC 시스템은 플라스틱 배관 설치에서 많은 부분을 차지하고 있으며 일부 추정에서는 현재 전체 애플리케이션에서 200만 마일(3200,000km) 이상의 uPVC 배관이 사용되고 있다고 한다.

UPVC 변형

표준 폴리염화비닐 소재에 기초해 다른 3가지 변종이 사용되고 있다.

OPVC, 즉 PVCO라고 불리는 한 변종은 플라스틱 파이프 기술의 역사에서 중요한 랜드마크를 나타낸다. 분자 중심의 이축 고성능 버전은 높은 강도와 추가 충격 저항성을 결합한다.

연성변형은 아크릴 또는 염소 처리된 PE로 수정된 MPVC, 폴리염화비닐이다. 균열 및 응력 부식에 대한 내성이 중요한 고수요 용도에 파단 저항성이 높은 연성 재료를 사용한다. 여러 연구에서 uPVC 배관의 긴 트랙 기록이 조사되었다. 독일 KRV와 네덜란드 TNO의 최근 조사는 올바르게 설치되었을 때 uPVC 수압 파이프의 유효 수명이 100년 이상임을 확인했다.[12]

특성.

플라스틱 배관 시스템의 수명

플라스틱 파이프는 50년 이상 사용되어 왔다. 플라스틱 배관 시스템의 예상 수명이 100년을 초과한다. 몇몇 산업 연구들이 이러한 예후를 입증했다.

플라스틱 파이프 재료는 항상 장기 압력 시험에 기초하여 분류되어 왔다. 파이프 벽의 응력 함수로서 측정된 수명은 소위 회귀 곡선에서 입증되었다.

측정된 수명에 기초한 외삽은 50년에 도달하도록 계산되었다. 50년 후의 예측 고장 스트레스는 그 분류의 근거로 삼았다. 이 값은 MISS, 최소 필요 스트레스(Minimum Required Stress)로 50년에 불린다.[13]

파이프 시스템 고장

플라스틱 배관 시스템이 고장날 수 있는 몇 가지 이유는 설치 중 제품 접합/접착 불량과 나무 뿌리 침투와 같은 자연 발생적인 물리적 손상 때문이다.

유연성

플라스틱 파이프는 고리 강성으로 분류된다. 몇 가지 제품 표준에 설명된 선호 강성 등급은 SN2, SN4, SN8 및 SN16이며, 여기서 SN은 공칭 강성(kN/m2)이다. 설치 중 외부 하중을 견디려면 배관의 강성이 중요하다. 수치가 높을수록 파이프가 딱딱해진다.

올바른 설치 후 파이프 편향은 제한적으로 유지되지만 당분간 어느 정도 지속된다. 플라스틱 파이프가 내장되어 있는 토양과 관련하여, 플라스틱 파이프는 '유연성'으로 작용한다. 이것은 파이프 주위의 토양의 침전에 따라 시간의 추가 편향이 결정된다는 것을 의미한다.

기본적으로 배관은 기술자들이 부르는 대로 흙의 이동이나 역충전의 정착을 따른다. 배관을 잘 설치하면 토양 정산이 잘 된다는 뜻이다. 추가 편향은 제한적일 것이다.

유연한 파이프의 경우, 토양 하중은 주변 토양에 의해 분배되고 지지된다. 배관의 편향으로 인한 응력 및 균주는 배관 벽 안에서 발생할 것이다. 그러나 유도 응력은 절대 허용 한계값을 초과하지 않는다.

파이프 재료의 열가소성 거동은 유도 응력이 낮은 수준으로 이완되는 것과 같다. 유도된 균주가 허용치를 훨씬 밑돌고 있다는 점에 유의해야 한다.

이 유연한 행동은 파이프가 고장나지 않는다는 것을 의미한다. 고장 없이 기능을 유지하면서 더 많은 굴절만 보일 것이다.

그러나 강체 파이프는 본질적으로 유연하지 않고 지상의 움직임을 따르지 않는다. 그들은 토사 침하가 무엇이든, 모든 지상 하중을 견디게 될 것이다. 이는 강성 파이프가 과도한 하중을 받을 경우 응력 값의 한계에 더 빨리 도달하고 끊어진다는 것을 의미한다.

따라서 플라스틱 파이프의 유연성은 추가적인 안전성을 제공한다는 결론을 내릴 수 있다. 매설된 파이프는 유연성이 필요하다. [14]

플라스틱 압력 파이프 시스템의 구성 요소

파이프, 부속품, 밸브 및 부속품은 플라스틱 압력관 시스템을 구성한다. 각 파이프 시스템의 파이프 지름 범위는 다양하다. 단, 크기는 12~400mm(0.472~15.748인치)이며, 3⁄8 ~ 16 인치(9.53 ~ 406.40 mm). 파이프는 돌출되어 있으며 일반적으로 LDPE와 HDPE의 경우 3m(9.84ft), 4m(13.12ft), 5m(16.40ft), 6m(19.69ft) 직선과 25m(82.02ft), 50m(164.04ft), 100m(328.08ft), 200m(656.17ft) 코일로 제공된다.

파이프 부속품은 몰딩되어 있으며, 다양한 크기로 제작된다: 티 90° 균등(직선 및 감소), 티 45°, 크로스 균등, 엘보 90°(직선 및 감소), 엘보 45°, 짧은 반경 벤딩 90° 소켓/커플러(직선 및 감소), 유니언, 엔드 캡, 환원 부시 및 스터브, 풀페이스, 블랭킹 플랜지. 밸브는 몰딩되어 있으며 볼 밸브(다중 포트 밸브), 나비 밸브, 스프링, 볼 및 스윙 체크 비반환 밸브, 다이어프램 밸브, 나이프 게이트 밸브, 글로브 밸브 및 감압/감압 밸브 등 여러 종류가 있다. 부속품은 용제, 세척제, 접착제, 클립, 배킹 링 및 개스킷이다.

참고 항목

참조

  1. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Production processes".
  2. ^ "Why Use HDPE - What is HDPE Pipe?". Acu-Tech Piping Systems. Retrieved 2019-01-04.
  3. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Why use Plastic Pipe Systems".
  4. ^ "What is HDPE".
  5. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Fast Guide to Materials".
  6. ^ "HDPE Pipe". Retrieved 16 March 2021.
  7. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Fast Guide to materials".
  8. ^ "HDPE" (PDF). Plastics Pipe Institute. Retrieved 2011-12-29.
  9. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Fast guide to materials".
  10. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Fast guide to materials".
  11. ^ "PVDF Performance Characteristics & Data" (PDF). Arkema.
  12. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Fast guide to materials".
  13. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Why use plastic pipe systems".
  14. ^ TEPPFA, The European Plastic Pipes and Fittings Association. "Why use Plastic pipe systems".

외부 링크

  • NCCER (2006). Plastic Pipe and Fittings: Trainee Guide. Prentice Hall. ISBN 0-13-160042-7.
  • David Willoughby (2002). Plastic Piping Handbook. McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-135956-7.
  • Thomas Sixsmith & R. Hanselka (1997). Handbook of Thermoplastic Piping System Design. Marcel Dekker Ltd. ISBN 0-8247-9846-5.