[기계안전기술사] 문제풀이 2024년 133회 133-3-5 배관 신축이음(expansion joint) 종류 및 특징

5. 배관의 신축이음(expansion joint)의 종류 및 특징에 대하여 설명하시오.

문제풀이
1. 신축이음의 필요성
(1) 배관 신축이음이란
  급탕이나 스팀 배관의 경우, 온수나 스팀을 공급했다가 중지하였을 경우 온도차가 심하여 배관이 늘어나고 줄어드는 신축이 발생하였을 때 배관의 신축, 팽창량을 흡수하는부속기기를 말함
(2) 종류: 슬리브형, 벨로즈형, 루프형, 스위블형, 볼 조인트, 익스텐션 조인트 등이 있음

배관 시스템은 온도 변화에 따라 열팽창 및 수축이 발생하며, 장기적으로 큰 응력을 받음.
이를 흡수하지 못하면 배관의 피로와 파손 위험이 커지므로, 안전성과 내구성을 확보하기 위해 신축이음의 적용이 필수적.
신축이음은 배관의 팽창 및 수축에 따른 스트레스를 완화하여 배관 시스템의 수명을 연장하는 중요한 구성 요소.

2. 신축이음의 종류 및 특성

(1) 슬리브형 신축이음 (Sleeve Type Expansion Joint)
구조: 슬리브 내에 삽입된 패킹이 밀폐 기능을 제공하며, 내부 팽창과 수축을 허용하는 구조
특징: 슬리브형은 신축량이 크며 유지보수가 용이한 장점을 가지지만,
        고온 및 고압 환경에서는 제한적으로 적용. 또한 패킹 마모에 의한 누수 가능성 존재
적용 분야: 난방, 급수 배관과 같이 비교적 저압의 온수 배관에서 사용됨

(2) 벨로우즈형 신축이음 (Bellows Type Expansion Joint)
구조: 주름 모양의 벨로우즈가 신축을 흡수하여 공간 효율이 우수
특징: 설치 공간을 최소화할 수 있어 공간 제약이 있는 설비에 적합하며, 저압 배관 시스템에서 탁월한 신축 성능을 발휘.
        그러나 고압 환경에서 사용 시 벨로우즈 파손 가능성 있음
적용 분야: 건축 설비 배관, 저압 스팀 배관 등

(3) 신축곡관 (Loop Type Expansion Joint)
구조: 배관을 원형 또는 ㄷ자 형태로 곡관하여 신축을 흡수하는 구조
특징: 고압에 강하며 내구성이 우수하지만 설치 시 넓은 공간 필요
적용 분야: 천장 수평관, 옥외 고압 가스 배관 등 공간이 확보된 환경에 적합

(4) 스위블 조인트 (Swivel Joint)
구조: 엘보 형태의 구조로 굽힘 및 회전을 통해 신축을 흡수하는 구조
특징: 설치가 간편하나 신축 흡수량이 제한적이며, 구조적 결합부에서 누수 가능성 있음
적용 분야: 저압 배관, 방열기 주변 배관

(5) 볼 조인트 (Ball Joint)
구조: 내측 및 외측 케이스가 일정 각도 내에서 자유로운 회전이 가능하여 다양한 방향으로 신축을 흡수하는 구조
특징: 고온 및 고압에서도 견딜 수 있으나 유지보수가 어렵고 초기 비용이 높음
적용 분야: 수직 분기 횡지관, 고온 고압 직각 배관 등

3. 신축이음의 선정 기준
배관 재질: 강관, 동관, PVC 등 재질별 신축 특성에 맞는 신축이음 선택
환경 조건: 온도, 압력, 유체의 화학적 성질을 고려하여 적합한 신축이음 선정
예상 신축량: 배관의 열팽창량을 계산하여 필요한 신축 흡수 능력을 가진 제품 선택
설치 공간: 설치 가능한 공간을 고려해 적절한 크기와 형태의 신축이음 결정
경제성: 초기 설치 비용과 유지보수 비용까지 고려해 경제적 선택 필요

4. 신축이음의 설치 및 유지보수
신축이음은 설계 시 배관 시스템의 동적 특성에 맞춰 정확하게 설치해야 하며, 이후에도 정기적인 점검 및 유지보수 필수.
특히 고온, 고압 배관에서 신축이음의 성능 저하가 발생할 수 있으므로 정기적 검사 및 교체 요구.
누수, 진동 등 이상 발생 시 즉각적인 조치 필요.

5. 기타 고려 사항
방진 효과: 신축이음은 배관의 진동을 흡수하여 소음 감소에 기여
내진 성능: 지진 발생 시 배관 손상을 방지하기 위해 내진 기능을 가진 신축이음 선택이 유리
재료 선택: 신축이음의 재료는 사용 환경에 따라 스테인리스강, 탄소강, 고무, PTFE 등이 사용되며,
                 내화학성, 내열성, 내마모성 등을 고려하여 적합한 재료 선택

6. 결론
배관 시스템의 효율적이고 안전한 운용을 위해 각 환경에 맞는 신축이음의 선정과 설치 중요.
신축이음은 배관의 온도 변화로 인한 응력을 완화하여 시스템의 안정성과 수명을 증가시키며,
적절한 유지보수를 통해 신뢰성 유지 가능.