이 유량에 맞는 배관 크기는 어떻게 결정해야 할까요?
배관 설계 현장에서 누구나 한 번쯤 고민하는 문제입니다. 본 글에서는 10초 만에 계산하는 방법을 소개합니다.
엔지니어가 이 방법을 알고 있다면, 현장에서 상담을 받았을 때 즉시 대응이 가능합니다. 아무 생각 없이 현장에 갔는데, “딱 맞네요!”라며 제조 관리자로부터 갑자기 상담을 받을 수도 있습니다. 상담 내용은 주로 운전 중 문제로, “물이 흐르지 않는다”와 같은 경우가 많으며, 원인은 대부분 펌프입니다.
특히 예전 플랜트에서는 제대로 설계되지 않아 문제가 발생하고, 현재의 적절한 설계로 쉽게 해결되는 경우가 많습니다.
배관 직경과 유량, 그리고 펌프 유량과의 관계를 정확히 알고 있으면 즉답이 가능하고, 제조 부서로부터 신뢰도를 한층 높일 수 있습니다.
업무를 스스로 조절하기 쉽고, 경력 관리에도 유리하므로 반드시 익혀두어야 할 내용입니다.
이 글은 유량 계산 시리즈의 일부입니다.
- 탱크 내 액체를 호스를 사용해 방류할 때 유량 계산
- 헤드 송액에서 유속과 유량의 관계: 시간 변화 이해
- 배관 설계 효율화! 표준 유속(평균 유속) 활용으로 빠른 설계 가능
자세한 계산은 이 폼을 이용하세요.
배관 직경과 유량의 개략 계산
배관 직경과 유량의 개략 계산 방법을 소개합니다.
배치형 화학 플랜트에서는 매우 중요한 개념으로, 암기하여 바로 사용할 수 있는 내용이 포함됩니다.
기계 설계를 10년 가까이 담당했어도, 이 개념과 관련된 문제에 즉시 대응하지 못하는 엔지니어도 있습니다.
강조해도 지나치지 않을 만큼 중요한 내용이므로, 다양한 접근 방식으로 설명하겠습니다.
표준 유속
배치형 화학 플랜트에서는 표준 유속 개념이 매우 중요합니다.
표준화와 모듈화는 앞으로 배치형 화학 플랜트의 트렌드가 될 것입니다.
- 여러 생산 라인에서 같은 장비 사용
- 생산 라인마다 사용 조건(유량·압력·온도) 다름
- 개별 최적화가 가능한 연속 플랜트와 달리, 여러 패턴에 적용해야 하는 것이 배치형 플랜트의 핵심
펌프 주변 배관 직경을 결정할 때, 표준 유속 개념이 큰 역할을 합니다.
- 액체: 1~2 m/s
- 가스: 10 m/s
- 증기: 20~30 m/s
표준 유속만으로 배치형 플랜트 배관 직경의 약 80~90%를 결정할 수 있습니다.
직경 × 유속 = 유량
배관 직경과 유속으로 유량을 계산하는 방법입니다.
계산식은 아주 간단합니다.Q=A×v
변수는 2개지만, 현장에서 즉시 결정하려면 유속을 고정합니다.
이것이 표준 유속 개념입니다. 몇 가지 표준 숫자를 외우면 충분합니다.
직경과 유량 기본
- 40A → 110 L/min
- 50A → 170 L/min
이를 외우면 간단한 계산으로 응용이 가능합니다.
예:
- 25A → 50A의 1/4 → 약 40 L/min
- 80A → 40A의 4배 → 약 440 L/min
- 100A → 50A의 4배 → 약 680 L/min
표준 유속만 정하면, 유량은 직경의 제곱에 비례합니다.
두 개 숫자를 현장 수준에서 활용할 수 있다면 응용 범위가 넓어집니다.
표준 유량 예시
| 직경 | 액체 | 가스 | 증기 |
|---|---|---|---|
| – | 1.5 m/s | 10 m/s | 30 m/s |
| 25A | 40 | 300 | 1,200 |
| 40A | 110 | 750 | 2,250 |
| 50A | 170 | 1,200 | 3,600 |
| 80A | 440 | 3,000 | 9,000 |
| 100A | 680 | 4,800 | 14,400 |
문제되는 유량은 대부분 액체이며, 주요 40~50A 배관으로 80% 정도 해결 가능합니다.
배치형 화학 플랜트에서의 문제 사례
현장에서 발생하는 문제의 50% 이상이 펌프 관련입니다.
예:
- 10 L/min 유량을 100 L/min 펌프, 40A 배관으로 송액하려는 경우
펌프 지식이 조금만 있어도, 최소 유량 확보 가능 여부를 판단할 수 있습니다.
100 L/min 펌프는 최소 유량 약 20~30 L/min 정도 가능하며, 10 L/min는 바로 송액할 수 없습니다.
이 경우, 순환하며 조금씩 송액하는 방법을 사용해야 합니다.
순환 라인과 송액 라인의 압력 손실 균형이 중요하며, 현실적으로 수동 밸브 조정이 필요하지만 한계가 있습니다.
자동 조절 밸브를 달아도 CV값이 너무 높으면 제어가 어렵습니다.
이럴 때 임펠러 컷 또는 제한 오리피스를 사용하게 됩니다.
조금 더 자세히 학습하고 싶다면…
이 개략 계산은 실무에서 매우 유용합니다.
계산 소프트웨어를 도입할 정도는 아니지만, 다음 책이 참고가 됩니다.
- Excel로 배우는 배관 설계법 [사이토 요시미]
- 알기 쉽고 활용 가능한 배관 설계 입문 [니시노 유지]
정확한 계산을 확인하려면 원리와 기본식으로 되돌아가는 것이 좋습니다.
이 기본식이 바로 이번 글의 개략 계산입니다.
마무리
현장에서 유용한 배관 직경과 유량의 개략 계산을 설명했습니다.
- 표준 유속
- 직경과 유속으로 유량 계산
- 필요한 유량과 펌프 유량 확인
40A → 110 L/min, 50A → 170 L/min 두 숫자만 외워도 응용 범위가 넓어집니다.
화학 플랜트 설계·유지보수·운전 관련 질문이나 고민이 있다면, 댓글에 자유롭게 남겨주세요.
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