플랜지를 위한 개스킷 선택 방법
생성 날짜 09.26
파이프라인 시스템 및 장비 연결에서 플랜지 개스킷은 밀봉 성능을 보장하는 핵심 구성 요소입니다. 이들의 선택의 합리성은 시스템 운영의 안전성, 안정성 및 경제성에 직접적인 영향을 미칩니다. 부적절한 개스킷 선택은 매체 누출, 장비 부식, 에너지 낭비 및 심지어 화재 및 폭발과 같은 심각한 안전 사고로 이어질 수 있습니다. 플랜지 개스킷 선택에 대한 핵심 고려 사항을 시작으로, 이 기사는 운영 압력 및 온도, 화학적 호환성, 플랜지 표면 상태 및 볼트 하중이라는 네 가지 주요 차원을 분해하여 과학적인 선택 방법을 자세히 설명하며, 엔지니어 및 기술 인력을 위한 실용적인 지침을 제공합니다.
I. 플랜지 개스킷 선택을 위한 핵심 고려사항
플랜지 개스킷의 선택은 "적응성, 안정성 및 안전성"이라는 세 가지 원칙을 준수해야 합니다. 공식 선택 전에, 다음의 4가지 기본 전제 조건에 집중하여 초기 생략으로 인한 선택 편차를 피해야 합니다:
1、매체 특성 명확화 우선: 먼저 매체의 종류(예: 가스, 액체, 증기, 부식성 유체), 농도, 순도 및 플랜지가 전달하거나 접촉하는 입자 불순물이 포함되어 있는지 확인해야 합니다. 예를 들어, 강산을 전달하는 플랜지는 일반 물을 전달하는 플랜지와 비교할 때 개스킷의 내식성 요구 사항이 크게 다릅니다. 매체 특성을 무시하면 다른 매개변수가 일치하더라도 개스킷이 빠르게 고장날 수 있습니다.
2、시스템의 작동 경계 조건을 고정합니다: 플랜지가 위치한 시스템의 정격 작동 압력, 순간 최대 압력, 장기 작동 온도, 극한 온도 변동 범위를 얻어야 하며, 단순히 설계된 명목값을 참조해서는 안 됩니다. 예를 들어, 고온 증기 파이프라인은 "갑작스러운 온도 상승 및 하강" 조건을 경험할 수 있으며, 이는 가스켓이 고온 안정성과 열 충격 저항을 모두 충족해야 함을 의미합니다.
3、플랜지와 볼트의 기본 매개변수 일치: 플랜지 유형(예: 슬립온 플랜지, 용접 넥 플랜지, 소켓 용접 플랜지), 밀봉면 형태(예: 평면, 돌출면, 남녀 면, 홈과 돌기 면) 및 볼트 재료, 사양 및 사전 조임 토크 요구 사항을 확인합니다. 서로 다른 밀봉면 형태는 서로 다른 구조의 가스켓에 해당합니다(예: 홈과 돌기 면은 위치 링이 없는 가스켓을 요구함) 및 볼트 하중은 가스켓의 압축량과 밀봉 효과에 직접적인 영향을 미칩니다.
4、산업 및 안전 기준 준수: 선택한 가스켓이 관련 산업 사양(예: 석유화학 산업의 GB/T 9126, 화학 산업의 HG/T 20606, 국제 기준의 ASME B16.20)을 충족하는지 확인합니다. 특히 인화성, 폭발성, 독성 또는 유해한 매체가 포함된 시나리오에서는 가스켓이 밀봉 테스트 및 안전 인증을 통과해야 하며, 기준 미준수로 인한 잠재적 위험을 피해야 합니다.
II. 플랜지 가스켓의 과학적 선택 방법: 네 가지 주요 치수 분석
플랜지 가스켓의 선택은 "작동 조건 적응"을 중심으로 해야 합니다. 작동 압력 및 온도, 화학적 호환성, 플랜지 표면 상태, 볼트 하중을 하나씩 분석함으로써 정확한 매칭을 달성할 수 있습니다.
(1) 단계 1: 작동 압력 및 온도를 기준으로 개스킷 재료의 일반 범주를 결정합니다.
운전 압력과 온도는 개스킷 재료를 결정하는 핵심 요소이며, 이들은 함께 개스킷 선택을 위한 "기본 경계"를 형성합니다. 서로 다른 재료의 개스킷은 압력-온도(P-T) 범위 내에서 허용 오차에 상당한 차이를 보이며, 엄격한 매칭이 필요합니다:
1、저압 및 저온 조건
(압력 ≤ 1.6MPa, 온도 ≤ 100℃):
물, 공기 및 저압 증기와 같은 매체를 전달하는 시나리오에 적합합니다. 비금속 개스킷이 권장되며, 여기에는 천연 고무 개스킷(우수한 탄력성, 저비용), 니트릴 고무 개스킷(천연 고무보다 더 나은 내유성), 석면 고무 개스킷(점차 제한되고 있으며, 석면 없는 섬유 개스킷이 대안으로 사용됨)이 포함됩니다. 이러한 개스킷은 설치가 용이하지만, 노화 및 경화를 유발할 수 있는 온도 상한선을 초과하지 않도록 주의해야 합니다.
2、중압 및 중온 조건
(압력: 1.6-10MPa, 온도: 100-350℃):
석유화학 및 화학 산업의 프로세스 파이프라인에 적용 가능합니다. 반금속 개스킷이 권장되며, 예를 들어 금속 클래드 개스킷(금속 외피 + 비금속 코어 재료, 밀봉 성능과 온도 저항 모두 갖춤) 및 나선형 감긴 개스킷(금속 스트립과 비금속 스트립으로 감겨져, 우수한 압축성과 탄성을 제공하여 중압 조건에서 "범용 선택"이 됨)입니다. 주의: 나선형 감긴 개스킷의 금속 스트립 재료(예: 304 스테인리스 스틸, 316L 스테인리스 스틸)는 매체의 부식에 따라 추가 확인이 필요합니다.
3、고압 및 고온 조건
(압력 ≥ 10MPa, 온도 ≥ 350℃):
고압 증기 파이프라인, 수소화 반응기, 고온 열교환기 등에 적합합니다. 전금속 개스킷이 필요하며, 금속 톱니 개스킷(톱니 압축을 통해 밀봉을 달성하며, 남녀 면 플랜지에 적합) 및 금속 링 개스킷(예: 팔각형, 타원형 개스킷, 홈과 튼튼한 면 플랜지에 적합, 매우 강력한 밀봉 성능을 가지지만 플랜지 밀봉면의 정밀도에 대한 높은 요구 사항이 있음) 등이 있습니다. 전금속 개스킷은 플랜지 재질과 일치해야 합니다(예: 탄소강 플랜지에는 탄소강 개스킷, 스테인리스강 플랜지에는 스테인리스강 개스킷) 전기화학적 부식을 피하기 위해서입니다.
주요 사항:
- "압력과 온도의 시너지 효과"는 동시에 고려해야 합니다. 예를 들어, 특정 개스킷은 2MPa의 압력에서 300℃를 견딜 수 있지만, 5MPa에서는 250℃만 견딜 수 있습니다. 개스킷 제조업체가 제공하는 "P-T 곡선"을 참조해야 하며, 단일 매개변수를 기준으로 판단해서는 안 됩니다.
- 극단적인 온도 변화가 있는 상황(예: 갑작스러운 온도 강하 ≥ 100℃)에서는, 좋은 열충격 저항성을 가진 재료를 선택해야 합니다. 예를 들어, 유연한 흑연 나선형 와셔(흑연은 고온 저항성과 낮은 열팽창 계수를 가지고 있음)를 사용하여 열 팽창 및 수축으로 인한 가스켓 밀봉 실패를 방지해야 합니다.
(2) 단계 2: 화학적 호환성 검증을 통해 부적합한 물질 제거
화학적 호환성은 가스켓의 장기 안정적인 작동을 보장하는 데 매우 중요합니다. 가스켓이 매체와 화학적으로 반응할 경우(예: 부식, 팽창, 열화), 가스켓의 밀봉 성능이 저하될 뿐만 아니라 매체를 오염시키거나 유해 물질을 생성할 수 있습니다. 검증 방법은 다음과 같습니다:
1、매체의 "부식 요인"을 명확히 하십시오:
먼저, 매체의 화학적 성질을 분석합니다: 산성인지(예: 염산, 황산), 알칼리성인지(예: 수산화나트륨, 암모니아수), 산화성인지(예: 질산, 염소가스), 환원성인지(예: 황화수소, 수소) 또는 용매(예: 메탄올, 에탄올)나 오일(예: 원유, 윤활유)을 포함하는지 확인합니다. 예를 들어: 일반 탄소강 개스킷(부식에 취약)은 산성 매체에 사용을 피해야 하며, 316L 스테인리스강 및 하스텔로이와 같은 내식성 재료를 선택해야 합니다; 천연 고무 개스킷(팽창에 취약)은 오일 매체에 사용을 피해야 하며, 니트릴 고무 또는 불소 고무 개스킷을 선택해야 합니다.
2、"호환성 차트" 및 실험 데이터를 참조하십시오:
가스켓 제조업체는 일반적으로 "재료-매체 호환성 차트"를 제공하며, 특정 매체에서 다양한 재료의 허용 오차 수준을 표시합니다 (예: "우수, 양호, 불량"). 특수 매체(예: 고부식성, 고순도 매체)의 경우, 제조업체에 제3자 호환성 테스트 보고서를 요청하거나 소규모 모의 작업 조건 테스트를 수행하십시오 (예: 침수 테스트: 가스켓 샘플을 매체에 침수시키고 72시간 후에 중량 변화, 변형, 용해 등이 있는지 관찰합니다).
3、"숨겨진 화학 반응"에 주의하세요:
일부 매체는 고온 및 고압에서 가스켓 재료와 분해되거나 "숨겨진 반응"을 겪을 수 있습니다. 예를 들어: 고온의 수증기는 일부 비금속 가스켓의 첨가제와 반응하여 불순물을 생성할 수 있습니다. 따라서 실온에서 호환 가능하더라도 고온 및 고압에서의 안정성을 반드시 확인해야 합니다.
(3) 3단계: 플랜지 표면 상태를 평가하고 가스켓 구조 및 압축성을 일치시킵니다
플랜지 밀봉면의 평탄도, 거칠기 및 손상 상태는 가스켓의 압축 및 적합 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 가스켓 재료가 적합하더라도 플랜지 표면에 긁힘, 움푹 들어간 곳 또는 일관되지 않은 거칠기가 있으면 누수가 발생합니다. 다음 3가지 사항에 집중해야 합니다:
1、플랜지 표면 거칠기 (Ra):
다양한 유형의 가스켓은 거칠기에 대한 요구 사항이 다릅니다:
- 비금속 가스켓(예: 고무, 석면 없는 가스켓): 플랜지 표면은 상대적으로 매끄러워야 하며, 거칠기는 Ra ≤ 3.2μm이어야 합니다(거친 표면이 가스켓을 긁거나 과도한 간격으로 인해 누수를 일으키지 않도록 방지하기 위해).
- 반금속 가스켓(예: 나선형 감긴 가스켓): 적당한 거칠기가 필요하며, Ra = 1.6-6.3μm(너무 매끄러운 표면은 가스켓이 미끄러지게 할 수 있고, 너무 거친 표면은 가스켓의 표면 밀봉층을 손상시킬 수 있습니다).
- 풀 메탈릭 가스켓(예: 톱니형, 링 가스켓): 플랜지 표면은 고정밀 가공이 필요하며, 거칠기는 Ra ≤ 1.6μm이어야 합니다(금속 간의 밀착을 보장하고 불균일한 표면으로 인한 밀봉 실패를 피하기 위해).
플랜지 표면 거칠기가 일관되지 않으면 연마가 필요합니다(비금속 개스킷에 적합한 플랜지는 고운 사포로 연마해야 하며, 전금속 개스킷에 적합한 플랜지는 정밀 연삭기로 가공해야 합니다).
1、플랜지 표면 손상 검사:
설치 전에 플랜지 밀봉면에 스크래치(깊이가 > 0.2mm일 경우 수리 필요), 움푹 들어간 곳(면적이 > 5mm²일 경우 충전 필요), 또는 변형(평탄도 편차가 > 0.1mm/m일 경우 수정 필요)이 있는지 육안으로 검사하거나 피어링 게이지를 사용하여 확인하십시오. 경미한 스크래치는 연마를 통해 수리할 수 있으며, 손상이 심한 경우 가스를 설치하기 전에 플랜지를 교체해야 합니다.
2、플랜지 밀봉면 형상의 일치:
가스켓 구조는 플랜지 밀봉 표면 형식과 엄격히 일치해야 합니다:
- 플랫 페이스 (FF) 플랜지: 비금속 개스킷(예: 평면 개스킷)에 적합합니다. 개스킷의 외경이 플랜지 볼트 구멍을 덮어 볼트 구멍에서 매체 누출을 방지해야 합니다.
- Raised Face (RF) flanges: 반금속 개스킷(예: 나선형 감긴 개스킷, 금속 클래드 개스킷) 또는 두꺼운 비금속 개스킷에 적합합니다. 개스킷의 내경은 플랜지의 내경과 일치해야 하며, 그렇지 않으면 매체가 고여 "목이 좁아지는" 현상이 발생할 수 있습니다.
- Male-Female (MFM) 및 Tongue-and-Groove (TG) 플랜지: 반금속 개스킷 또는 전금속 개스킷(예: 위치 링이 있는 나선형 감긴 개스킷, 금속 링 개스킷)에 적합합니다. 남성-여성/혀와 홈 구조는 개스킷 이동을 방지하기 위해 위치 지정을 위해 사용되며, 이는 특히 고압 조건에 적합합니다.
(4) 4단계: 볼트 하중을 계산하여 가스켓이 최적 압축량에 도달하도록 합니다.
볼트 하중은 가스켓 밀봉을 달성하기 위한 "전원"입니다. 불충분한 볼트 사전 조임력은 가스켓이 완전히 압축되는 것을 방지하여 밀봉면의 적합성이 저하됩니다; 과도한 사전 조임력은 가스켓의 과도한 압축을 초래하여 (비금속 가스켓은 파손될 수 있고, 금속 가스켓은 소성 변형을 겪을 수 있음) 탄성을 잃고 시스템 압력이 이후에 변동할 때 쉽게 누수를 초래합니다. 구체적인 작업 단계는 다음과 같습니다:
1、가스켓에 필요한 "최소 밀봉 하중"을 결정합니다: 가스켓 제조업체는 일반적으로 두 가지 주요 매개변수를 제공합니다: "가스켓 계수(m)"와 "최소 사전 조임 특정 압력(y)"(ASME B16.5 또는 GB/T 9126 참조):
- 최소 프리타이트닝 하중 (Fp): 매체 압력 없이 가스켓이 단단히 맞도록 보장하는 하중으로, 다음 공식을 통해 계산됩니다: Fp = y × A (A는 가스켓의 유효 밀봉 면적으로, 가스켓 크기를 기준으로 계산해야 합니다).
- 운전 하중 (Fm): 시스템 작동 중 매체 압력에 의해 가스켓이 열리는 것을 방지하는 하중으로, 다음 공식을 통해 계산됩니다: Fm = m × P × A (P는 시스템 작동 압력입니다).
총 볼트 하중은 Fp와 Fm을 모두 충족해야 하며, 즉 총 볼트 하중 F ≥ max (Fp, Fm)이어야 합니다.
2、볼트 사전 조임 토크 계산:
총 볼트 하중 F를 기반으로 볼트 재료(예: Q235, 304 스테인리스 스틸), 규격(예: M16, M20) 및 윤활 조건(나사 그리스가 적용되었는지 여부)과 결합하여 다음 공식을 사용하여 사전 조임 토크를 계산합니다: T = K × F × d (K는 토크 계수이며, 일반적으로 0.12-0.2로 볼트 표면 처리 방법에 따라 결정됩니다; d는 볼트의 공칭 직경입니다).
실제 작업에서는 토크 렌치를 사용하여 계산된 토크에 따라 볼트를 고르게 조여야 합니다(플랜지 변형을 피하기 위해 "대각선 단계별 조임 방법"을 따릅니다) 및 경험에 따른 조이는 것은 엄격히 금지됩니다.
3、볼트 하중 과부하 피하기:
볼트의 최대 허용 하중(볼트 재료의 항복 강도를 기준으로 계산됨)을 확인하고 총 볼트 하중 F가 볼트의 최대 허용 하중의 80%를 초과하지 않도록 해야 합니다(볼트의 신장 변형 또는 파손을 방지하기 위해 안전 여유가 확보됩니다). 볼트 하중이 부족한 경우, 볼트 수를 늘리거나 고강도 볼트로 교체하여 해결할 수 있습니다; 볼트 하중이 과도한 경우, 더 큰 압축량을 가진 가스켓(예: 유연한 그래파이트 나선형 가스켓)을 선택하거나 가스켓 크기를 조정하여(유효 밀봉 면적 A를 증가시켜 필요한 하중을 줄임) 해결할 수 있습니다.
III. 선택 후 검증 및 유지 관리: 장기 밀봉 성능 보장
가스켓을 선택한 후, 설치 검증 및 사후 유지보수가 필요하여 밀봉 효과를 더욱 보장해야 합니다:
1、설치 검증: 가스를 설치한 후 압력 테스트(예: 수압 테스트, 공기 밀폐성 테스트)를 실시하고, 압력을 정격 작동 압력에서 30분 동안 유지하며 누수를 관찰합니다(비누 물을 밀봉면에 적용할 수 있으며, 기포가 없으면 합격을 나타냅니다). 누수가 발생하면 볼트 토크가 충분한지, 가스켓이 잘못 정렬되었는지, 플랜지 표면이 손상되었는지 확인하고, 문제를 하나씩 해결한 후 재테스트를 실시합니다.
2、정기적인 유지보수: 작업 조건의 심각성에 따라 가스켓 유지보수 주기를 개발합니다 (예: 저압 및 정상 온도 조건에서는 1-2년마다 점검, 고압 및 고온 조건에서는 3-6개월마다 점검). 다음에 집중합니다:
- 가스켓이 노화, 경화 또는 균열(비금속 가스켓의 경우) 또는 부식, 변형(금속 가스켓의 경우)이 있는지 여부.
- 볼트가 느슨한지 여부(재조이는 것은 토크 렌치를 사용하여 수행할 수 있습니다).
- 매체 누출의 징후가 있는지 여부(예: 매체 잔여물, 밀봉면 근처의 부식 자국).
가스켓 고장 징후가 발견되면, 결함이 확대되는 것을 피하기 위해 적시에 교체하십시오.
결론
플랜지 가스켓의 선택은 작업 조건 매개변수, 매체 특성, 플랜지 및 볼트 조건을 종합적으로 고려해야 하는 "체계적인 프로젝트"입니다. 정확한 선택은 "일반 재료 범주 결정 → 화학적 호환성 검증 → 플랜지 표면 매칭 → 볼트 하중 계산"의 네 단계 과정을 통해 이루어질 수 있습니다. 동시에 선택 후 설치 검증 및 정기적인 유지보수도 필수적입니다. "선택 - 설치 - 유지보수"의 폐쇄 루프를 형성해야만 플랜지 밀봉 시스템의 장기적인 안정적인 작동을 보장할 수 있으며, 이는 산업 생산의 안전성과 효율성을 보장합니다.