PE관 및 관접합

2009. 1.

GSC 건설 품질팀

(REV. 02)

PE PIPE

[2]

1. PE PIPE 1.석유화학 가공제품

[3]

1. PE PIPE 2.폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 이란?

▶ 폴리에틸렌은 에틸렌을 중합시켜 에틸렌 모노머가 수만에서 수십만 이상이 결합되어있는 플라스틱 -(CH 2 -CH 2 )n- 의 구조를 갖는 합성고분자로 가장 많이 사용되는 범용수지 중 하나임 H H H H H H C = C . . . - C - C - C - C - . . .

H H H H H [폴리에틸렌] H [에틸렌] *모노머(Monomer) : 단량체(one unit), 폴리머를 구성하는 기본단위 화합물.

*폴리머(Polymer) : 모노머를 중합해서 수만~수십만 이상 서로 결합되어 있는 화합물 ▶ PE는 밀도에 따른 구분 구 분 밀 도 (g/㎤) 용 도 HDPE 0.941~0.965

상,하수도관 MDPE 0.926~0.940

가스관 LDPE 0.910~0.925

농업용비닐 비고 ASTM D 3350 [4]

1. PE PIPE 3.PE Material 개발 현황

개발 변천 과정 σLPL값 (MPa) 최소요구강도(MRS) MPa (kgf/㎠) 2000 PE112 개발 (제 4세대) 11.2≤

…

＜12.5 11.2 (114.2) 1991 SOLVEY PE100 개발 (제 3세대) 10.0≤

…

＜11.2 10.0 (102.0) 1971 PHILLIPS PE80 개발 (제 2세대) 8.0≤

…

＜10.0 8.0 (81.6) 1960 Hoechst PE63 개발 (제 1세대) 1. ISO/DIS 12162.2의 장기수압물성에 따라 분류 2. σLPL : Lower Prediction Limit 3. MRS : Minimum Required Strength 6.3≤

…

＜8.0 6.3 (64.3) [5]

1. PE PIPE 4.장기내구성 인증 Data (PE100)

LTHS (Long Term Hydrostatic Strength LPL (Lower Prediction Limit, 하한신뢰한계) : 97.5% 인증기관 : Bodycote (스웨덴) [6]

1. PE PIPE 5.PE Pipe의 상용내압 산출

[단위:bar] PE 등급 MRS [MPa] SDR 11 SDR 13.6

SDR 17 PE 100 10.0

16 12.5

PE 80 8.0

12.5

10 * SDR (Standard Dimension Ratio, 표준치수비) : SDR = 관의 외경 ÷ 두께 10 8 ☞ 20℃ 물을 50년 동안 사용 가능한 배관의 최대사용압력(MOP)

MOP



C

2  ( 

MRS SDR

 1 ) * C (Design Factor) : 1.25 적용 1보다 큰 값을 적용하며 KS 3408 및 ISO 4427에서 수도관은 1.25 적용 * MOP (Maximum operating Pressure) [7]

1. PE PIPE 7.압출 성형 설비- Extruder

-수지를 전기적 및 내부 마찰열로 용융 시켜 Screw 회전으로 용융수지를 Die로 이송 시켜주는 기능 - Hopper, Barrel, Barrel Heaters, Cooling System, Screw, Motor 등으로 구성 Hopper Barrel Heater Barrel Screw Driving Motor [8]

1. PE PIPE 8.Pipe 성형 방법

Haul off Cooling Vacuum & Cooling Die Extruder

[9]

1. PE PIPE 9.PE PIPE의 특성 내화학성 및 위생성 내충격성, 내지진성 내후성, 내구성 내한성 시공성

 산, 알카리, 유류등에 대한 내약품성이 뛰어남  해조류, 박테리아 등 세균류가 번식하지 못함  염분에 강하여 해수, 습지에서도 부식하지 않음  재질 자체에 철분이나 기타 쉽게 유출되어 나오는 물질이 없기 때문에 내용물의 순도가 유지되며 물의 맛을 변질시키지 않으므로 식수 공급관으로서 최적의 조건을 갖추고 있다  외부 충격에 강하여 지반침하의 경우에도 파열 되지 않으며, 변형시 복원성이 우수함  다양한 첨가제가 개발되어 있어 햇빛에 의한 분해, 산화반응에 대한 물성변화가 거의 없어 매설배관으로 사용시 50년 이상 사용할 수 있음  비전도체이므로 전식에 의한 피해 없음  영하 80 ℃까지 동파되지 않음  열융착으로 이음부 접합이 완벽함.

 경량으로 운반 및 시공이 용이  유연성이 좋아 완만한 굴곡에는 이음관 불필요  토양의 지반침하로 부터 가장 안전 [10]

1. PE PIPE

‘ 95년 고배 지진시 피해율 : 진도 7.2

- 거리 10km 당 피해건수 16 14 12 10 8 6 4 2 0 주철관 15.1

PV C관 14.3

12.1

강관(가스) 강관(수도) 4.4

PE관 0 [11]

관 접합

[12]

2. 관 접합 1.PE관 접합 방법

구분 Fusion 종류 열융착 - Butt (자동/수동) - Socket - Saddle 전기융착 - E/F Socket - E/F Saddle 특징 .모재를 용융 압착하여 접합 .공정이 다소 번거로움 .부등침하, 수충격 등에도 접합부 수밀성 완벽 Mechanical Flange KP PS 조임식 소켓 .공정이 편리함 .초기 수밀 양호 .부등침하, 수충격 등에 접합부가 이탈되지 않도록 조치 요망 .고무링의 경화와 본관 재질인 PE보다 내약품성이 불량함으로 적용시 주의 요망 Steel Ring + PE Adapter(Stub-end) .보수, 타관과 접합시 주로 적용 [13]

2. 관 접합 관 접합 종류

Butt Fusion E/F Fusion Gasket 조임식 소켓 접합 고무링 확대도 KP 접합 소켓 아답터 고무링 압착링 볼트,너트 PS 접합 PE Adapter Bolt Steel Flange Flange 접합 [14]

2.

관 접합 2.열융착

1)종류 구분 개념 적용 범위 맞대기 융착 (Butt Fusion) 직관과 직관,직관(Pipe)과 이음관(Fitting)의 말단면 을 열판을 이용하여 용융 접합 관對관 : 50호 이상 관對이음관 : 75호 이상 융착 온도 210℃±10℃ 소켓 융착 (Socket Fusion) 직관의 외면과 이음관의 내면을 용융 접합 관對관 : 75호 이하 관對이음관 : 75호 이하 260℃±10℃ 새들 융착 (Saddle Fusion) 직관의 외면과 새들 이음 관의 안장부를 용융 접합 직관 기준 2단계 이하의 관경으로 분기시 적용 260℃±10℃ 접합 형상 [15]

융착기(장비) 명칭

Heater 면취기 시편 6" Controller Pipe Clamp [16]

2.

관 접합

1 2)맞대기융착 공정(순서 시계방향) a.면취 작업 - 먼저 면취기를 장착 후 파이프를 클램프에 장착한다.

- 파이프단면이 고르게 면취될 때까지 면취한다.

- 면취기가 회전하는 상태에서 압착압력을 풀고 공회전을 2~3회 한 후 융착기를 연다.

b.육안 확인 - 두 파이프단면이 완벽하게 일치하는지 눈으로 직접 확인한다.

c.가압용융 - 히타를 장착하고 파이프를 히타표면에 정해진 압력으로 압착한다.

- 압력범위 : 1.0 ~ 1.5 ㎏/㎠ 6 5 2 3 4 [17]

2.

관 접합

1 d.가열유지(사진 순서 시계 방향) - 용융수지를 확보하기 위해 가했던 압력을 중립시킨 상태에서 가열지속 - 압력범위 : 0.1 ~ 0.15 ㎏/㎠ - 규정된 시간 준수 e.히터제거 - 용융된 수지가 냉각되지 않도록 히터를 신속히 제거 - 이물질 삽입주의 f.압착 - 일정한 압력을 가하여 용융부위를 접합 - 압력범위 : 1.0 ~ 1.5 ㎏/㎠ 5 6 g.냉각 - 융착부위가 자연상태에서 완전히 냉각될 때 까지 냉각시간 유지 - 고정상태에서 냉각 - 융착부위에 충격방지 2 3 4 [18]

2.

관 접합

3)Butt융착 조견표 호 칭 D50 D75 D100 D125 D150 D200 D250 D300 D350 D400 D450 D500 D550 D600 D700 D800 가압력 (kg/ ㎠ ) 가압용융 관둘레에 비드가 발생될 때까지 D300 D350 이하 (2~3mm) 이상 (3~4mm) 1.0~1.5

가열유지 40 초 1 분 1 분 30 초 1 분 50 초 2 분 10 초 2 분 30 초 3 분 3 분 30 초 4 분 10 초 4 분 50 초 5 분 40 초 6 분 20 초 7 분 10 초 8 분 10 초 9 분 50 초 10 분 50 초 0.1~0.15

히터제거 5 초 이내 5 초 이내 5 초 이내 5 초 이내 5 초 이내 5 초 이내 5 초 이내 5 초 이내 10 초 이내 10 초 이내 10 초 이내 15 초 이내 15 초 이내 15 초 이내 15 초 이내 15 초 이내 압 착 40 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 60 초 1.0~1.5

SDR 11 기준 냉 각 3 분 이상 10 분 이상 10 분 이상 15 분 이상 15 분 이상 20 분 이상 20 분 이상 30 분 이상 30 분 이상 40 분 이상 45 분 이상 50 분 이상 55 분 이상 60 분 이상 60 분 이상 60 분 이상 [19]

2.

관 접합 3.전기융착

1)정의 열선이 내장된 전기융착이음관(Electrofusion Fitting)에 전기를 공급, 열선의 발열로 용융 접합하는 것.

2)종류 구분 개념 적용 범위 접합 형상 소켓 융착 (Socket Fusion) 관의 외면과 전기융착소켓의 내면 을 용융 접합하는 방법 20호 ~ 500호 새들 융착 (Saddle Fusion) 관의 외면과 전기융착 새들의 안장 부를 용융 접합 제작 품목별 사용 [20]

2.

관 접합

3)원리 융착기를 통해 일정한 접압과 전류를 전기소켓에 공급하여 소켓 내의 코일에 열원을 발생시켜 PE 특성인 부피 팽창을 일으키게 하여 접합.

4)특성 - 안전성 - 하자 보수성 - 작업 편리성 [21]

2.

관 접합 4.시공관리

1)운반 및 취급 ①관말 보호캡으로 보호 ②장기간 야적 보관시 차광막으로 직사광선 차단 ③각종 열원으로부터 분리 : 화재 예방 ④과다 적재는 피할 것 : 변형 방지 2)매설배관 ①터파기는 최대한 좁게 팔 것.

②터파기 공간 내에 암석 등 뾰족한 이물질 제거.

③배관 주위는 모래부설을 원칙으로 한다.

④양질의 토사로 되메우기 작업하며 여러 번 람마 다짐 → 도로 침하 방지 ⑤관의 측면 다짐을 철저히 시행한다.

3)지상배관 ①노출 배관시 자외선 차단 필요 여부 검토 ②수축팽창 문제 고려 ③Support 배관시 처짐을 고려하며 관경별 지지 간격 고려할 것.

4)수중배관 ① 현장 여건 등에 따라 무게추의 중량, 간격 및 고정방법을 고려할 것.

[22]

2.

관 접합 5.융착부 검사

1.융착부 검사방법 가.비드의 형상은 둥글고 균일하게 형성 나.비드의 표면은 매끄럽고 청결 다.비드와 비드사이 경계면은 배관의 외면보다 높게 형성 라.시공이 불량한 융착이음부는 절단하여 제거하고 재시공. 2.비드 폭 (참조 사항) 가.B max : 5+0.75t (mm) 나.B min : 3+0.5t (mm) [23]

2.

관 접합

3.유형별 비드생성 및 발생원인 가.정상적인 Bead 형상 Bead 형상이 둥글고 고르게 나옴 나.Bead가 V자 형상으로 섰음 ⇒ 원인 : ① 가열유지시간이 짧은 상태에서 압력을 높여 압착할 경우 ② 히터 온도가 낮은 경우 ③ 히터 제거후 압착까지의 시간이 지체된 경우 [24]

2.

관 접합

다.Bead가 적고 공극이 있음 ⇒ 원인 : ①가열유지시간이 짧거나, 열판의 온도가 낮아 용융이 불충분한 상태에서 압착한 경우 라.Bead의 폭은 정상적인 높이지만 K값이 "0"보다 작음 ⇒ 원인 : ①히터 제거후 압착까지의 시간이 길어 용융 부위가 냉각된 경우 [25]

2.

관 접합

마.Bead의 형상은 정상적이지만 비드가 크고 넓게 퍼짐 ⇒ 원인 : ①가열유지시간이 너무 긴 경우 바.한쪽 Bead가 작은 형상 ⇒ 원인 : 한쪽 면의 용융정도가 적을 경우 ①한쪽 면의 용융정도가 적을 경우 [26]

2.

관 접합

사.Bead 형상이 단차 발생 ⇒ 원인 : ①양쪽 배관의 정렬 불량 ②융착시 양면의 어긋남 [27]

2.

관 접합

4.

비드의 형상예 구 분 정상 비드 비드 과대 비드 과소 비드 크기 틀림 비드 불일치 비 드 형 상 불 량 원 인 가열온도 너무 높은 경우 가열시간 너무 긴 경우 가압력 너무 큰 경우 가열온도 너무 낮은 경우 가열시간 너무 짧은 경우 가압력 부족 경우 면취불량 경우 바람영향 큰 경우 히터판 정렬 불량 경우 히터제거 불량 경우 히터표면온도 불균일 히터표면 코팅박리 바람영향 큰 경우 [28]

2.

관 접합 6.융착장비관리

원활한 공정관리와 융착작업을 확실하게 수행하기 위해서 융착 장비의 유지 관리가 필요하며 정기적인 점검과 작업 전,후의 일상점검을 시행한다.

1.융착기 몸체 ① 클램프의 미끄럼을 점검하여 조이거나 그리스 주입 등의 조치를 한다.

② 면취기 칼날이 면취에 적당한지 점검하여 칼날 교체, 나사 조임, 위치 조정 등의 조치를 취한다.

③유압유 leak 여부를 점검하여 보수한다.

④각 부 체결볼트가 느슨함이 없는지 확인하고 조치한다.

[29]

2.

관 접합

2.히터 ①표면온도계를 사용하여 히터 표면온도 분포를 측정하고 (무풍 상태에서) 각 부분의 온도 편차가 10℃ 이상이면 히터 단선 유무를 확인하여 보수한다.

또한 온도계와의 온도차가 발생한다면 온도계를 보수한다.

② 히터 표면을 육안으로 확인하고 코팅 면이 흠이나 박리가 되었을시 재코팅한다.

③전원 케이블과 플러그 손상을 확인하고 보수 또는 교체한다.

[30]

적용 사례

[31]

3.

적용 사례

1. 수도관 2. 정수장 약품 배관 3. 반도체공장 폐수라인 4. 대학 실험실 5. Plant 폐수 및 약품라인 6. 화력발전소 해수 인입라인 7. 화력발전소 Ash 이송라인 8. 양식장 해수 인입배관 9. 해상 가두리 10. 해수 담수화 배관 11. Air Duct 배관 12. 소방배관 13. 골프장 스프링클러 라인 14. 농업용수 라인 15. 준설배관 16. 지열배관 17. 심층수 인입라인 18. 사장교 Sheath Pipe [32]

3.

적용 사례 삼성전자 반도체공장 폐수라인

[33]

3.

적용 사례 준설 배관

[34]

3.

적용 사례 양식장 해수인입라인

[35]

3.

적용 사례 해상 가두리

[36]

3.

적용 사례 농업용수라인

[37]

3.

적용 사례 Sheath Pipe

[38]

3.

적용 사례 화력발전소 냉각수 라인

[39]

3.

적용 사례 화력발전소 Ash 이송라인

[40]

3.

적용 사례 지열배관

[41]

3.

적용 사례 매립장 메탄가스 포집 이송라인

[42]