위의 그림은 P&ID상에 표기된Slope를 도식화하여 표기한 것으로 배관 설치가 경사로 된 것을 의미합니다. 다시 말해 배관구간 지면을 기준으로 수평으로 설치되어 있는 것이 아닌 경사지게 설치된 것을 뜻합니다.
배관은 수평, 수직으로 제작 설치하는 것이 일반적이기 때문에 경사로 설치하는데 어려움이 발생할 수 있지만 이를 고려해야 할 때가 있습니다.
가스 상태의 유체는 특성상 경사면이 크게 중요하지 않지만, 특정 배관 Route에서 액체나 상(Phase)이2개 이상의 액체, 기체 혼합 상태의 유체를 이송하는 배관에서 Slope 를 고려해야 합니다.
Slope 기호의 종류와 표기 방법
배관 경사 기호는 2가지가 있습니다.
정방향 Slope : 유체의 흐름 방향으로 배관 경사를 구성
역방향 Slope : 유체의 흐름 역방향으로 배관 경사를 구성
P&ID상에서 표기할 때 주의할 점은 유체의 흐름을 고려해서 표기해야 한다는 것인데 예를 들어 Tank 의 배수 구간의 Slope 를 역방향으로 표기할 경우 이는 제작, 설치에 반영하는 부분으로 배수시 영향을 받게 되어 제작오류가 발생하게 되는 것입니다.
정방향 역방향을 기준으로 하나 빠지지 말아야 할 것이 있는데 이는 경사 크기를 나타내는 척도의 표기입니다.
정방향 Slope 하단에 1/100 이라는 Slope 척도를 표기하였습니다. 배관의 Slope 를 표기할 때는 백분율이나 분수를 사용하며 각도는 실질적으로 표기하지는 않습니다. 배관 척도 표기 방법을 정리하면 다음과 같습니다.
1/100
1:100
0.01%
1/100, 1:100, 0.01% 는 모두 같은 Slope 를 의미하는 것으로 단위 길이당 높이 편차를 의미합니다. 예를 들어 단위 길이가 mm 이라면 1/100 이 의미하는 것은 100mm 당 기울기 높이 편차가 1mm 인 것을 뜻합니다.
단위 길이는 SI, US 단위에 따라서 차이가 있을 수 있지만 뜻하는 바는 동일하다는 점을 기억해야겠습니다. 완성된 배관 Slope 도식을 P&ID 상에 표기하면 다음과 같습니다.
배관 Slope 를 설치하는 목적은 유체의 흐름에 정체가 생기는 것이 주목적으로 P&ID 상에서는 배수 구간, 안전밸브의 후단에 연결되는 배관에 표기된 것을 종종 볼 수 있습니다.
앞서 기술한 것처럼 기체가 아닌 액체 상태 유체 흐름일 경우 고려하는 것을 원칙으로 합니다. 안전밸브의 경우 지속운전이 아닌 비상시만 작동하는 간헐운전으로 출구쪽에 발생하는 유체의 흐름이 평상시에 연속적이지 않습니다.
따라서 액체상의 유체를 토출하는 안전밸브 후단의 연결 배관은 경사를 고려해야 할 때가 있습니다. 이는 간헐적으로 발생한 유체가 지정된 장소로 이송되야 하는데 토출시에는 압력을 받아 이동하지만 안전밸브가 정상상태인 닫힌 상태가 되면 토출된 유체는 배관 어딘가에 정체된 상태로 존재하게 됩니다.
이렇게 누적된 액체는 안전밸브가 다시 작동할 때 토출 유체의 흐름에 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 출구쪽 배관은 경사를 유지하여 배관 내부에 유체가 정체된 상태가 없도록 유지하는 것이 올바른 설치방법이라는 것을 기억해야겠습니다.
또 다른 예로 스팀을 사용하는 배관 내에서는 경사의 방향을 고려해야 하는데 증기가 배관내에서 정체되고 배관과 외부의 온도 차에 의해서 내부에서 응결이 발생하게 될 가능성이 있습니다.
따라서 스팀 배관의 경우 스팀의 이송 방향을 기준으로 정방향 -> 스팀트랩, 증기트랩 쪽으로 기울기를 주는 것을 고려해야 합니다.
Piping Slope 의 계산은 프로젝트 엔지니어링 단계에서 고려돼야 하며 해당 유체의 점성과 특성에 따라 차이가 있으나 일반적인 Slope 는 2/10(0.2%)~1/10(0.1%)을 적용합니다.
Slope 를 5%까지 고려할 수 있다고 하나 경사가 너무 가파르면 유속이 빨라짐으로 공정상에 영향에 있는지를 사전에 확인할 필요성이 있습니다.
배관 기울기를 2/10, 1/1000 으로 이론적으로 표기하지만 설치시 때에 따라서는 원시적인 방법으로 설치하는 경우가 종종 있습니다.
예를 들어 경사 척도가 없는 공정상 중요하지 않은 배관, 예를 들어 배수구간의 경우 Slope 를 구현(제작)하기 위해 주전자, 생수통에 물을 받아 배관 내에 인공적으로 유체흐름을 만들어서 물이 나오는 방향을 확인하고 양을 어림잡아 설치하는 경우도 종종 있습니다.
배관 길이가 짧고, 구경이 작은 경우에는 경사 구현이 쉽지만 그렇지 않은 경우 배관 척도에 따른 경사를 구성하는 것이 간단하지 않다는 것을 기억해야겠습니다.
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