API 5L, A106 및 A333 파이프: 등급, 압력 등급 및 테스트

세 가지 표준, 세 가지 다른 직업

탄소강 파이프를 처음 접하는 구매자는 API 5L, ASTM A106 및 ASTM A333을 동일한 제품에 대한 상호 교환 가능한 설명으로 취급하는 경우가 많습니다. 왜냐하면 한눈에 각각 비슷한 크기 범위의 이음매 없는 탄소강 파이프를 포함하기 때문입니다. 그것들은 서로 바꿔 사용할 수 없습니다. 각 표준은 서로 다른 서비스 조건에 맞게 작성되었으며 각 표준은 해당 서비스에 적합한 방식으로 화학, 열처리 및 테스트를 관리합니다. API 5L은 석유와 가스의 전달을 중심으로 작성된 라인 파이프 사양으로 두 가지 제품 사양 수준으로 강도 등급별로 구성되어 있습니다. ASTM A106은 공정 배관에 사용되는 이음매 없는 탄소강 파이프에 대한 고온 서비스 사양으로, 제어 특성은 실온에서의 인장 강도와 ASME B31.3이 고온에서 할당하는 허용 응력 값을 더한 것입니다. ASTM A333은 저온 서비스 사양으로, 등급 시리즈의 전체 설계가 영하 온도에서의 노치 인성에 의해 좌우됩니다.

세 가지 표준은 서로 다른 탄소 및 망간 한도, 서로 다른 탈산 관행, 서로 다른 테스트 빈도 및 서로 다른 비파괴 검사를 허용하기 때문에 올바른 제품군을 얻는 것이 중요합니다. 하나를 만족하는 파이프는 자동으로 다른 것을 충족시키지 않으며, 이중 인증 파이프는 두 가지를 동시에 충족해야 합니다. 아래 섹션에서는 각 표준이 제품을 정의하는 방법, 압력 억제를 계산하는 방법, 구매자가 로트를 승인하기 전에 확인해야 할 사항을 설명합니다.

압력 억제: 직경, 벽 및 등급을 연결하는 계산

내부 압력 억제는 벽이 얇은 원통의 후프 응력을 내부 압력에 직경을 곱하고 벽 두께의 두 배로 나누어 표현하는 Barlow 관계식으로 계산됩니다. 설계를 위해 재배치된 허용 압력은 허용 응력과 벽 두께를 외부 직경으로 나눈 값의 두 배입니다. 모든 배관 및 파이프라인 코드는 해당 기본 표현 위에 수정자를 추가합니다. ASME B31.8은 통행권의 인구 밀도에 따라 달라지는 설계 계수와 조인트 계수 및 온도 감소 계수를 적용하는 반면, ASME B31.3은 코드 계수를 적용하고 이미 온도 종속 감소를 포함하는 표로 작성된 허용 응력을 사용합니다.

조달의 결과는 동일한 공칭 등급이 어떤 코드와 어떤 설계 요소가 적용되는지에 따라 매우 다른 압력 성능을 제공한다는 것입니다. API 5L X52에서 벽이 8mm이고 외경이 323.9mm인 파이프는 다른 계수와 더 낮은 허용 온도를 적용하는 정유소 코드에 따라 프로세스 배관으로 사용되는 동일한 파이프보다 낮은 설계 계수의 전송선 코드에 따라 훨씬 더 높은 설계 압력을 포함합니다. 따라서 구매자는 설계 압력, 설계 온도, 관리 코드 및 허용 응력 기준을 서면으로 받아야 합니다. 벽 두께는 등급만으로는 확인할 수 없기 때문입니다.

두 가지 실용적인 사항이 이어집니다. 첫째, 지정된 벽 두께는 마이너스 공차가 허용되는 공칭 값이며 압력 계산에서는 공칭 벽이 아닌 최소 벽을 사용해야 합니다. API 5L은 제조 경로와 크기에 따라 달라지는 벽 두께에 대한 마이너스 공차를 허용합니다. 둘째, 부식 허용치는 계산된 벽에서 빼는 것이 아니라 추가됩니다. 따라서 허용치 없이 계산된 벽에 기록된 주문은 젖거나 산성 환경에서 설계 수명 동안 두께가 부족해집니다.

API 5L: 두 가지 품질 수준을 갖춘 강도 등급 라인 파이프

API 5L은 L175/A25부터 L830/X120까지의 등급 지정과 제품 사양 수준별로 제품을 구성합니다. PSL1은 정의된 화학 테이블, 인장 테스트, 수압 테스트 및 제한된 비파괴 검사 등 기본 수준입니다. PSL2는 더 높은 수준이며 외관상의 차이보다는 상당한 차이가 있습니다. PSL2는 최소 항복 강도와 함께 최대 항복 강도를 추가하고, 본체, 용접 및 열 영향 구역의 샤르피 V 노치 충격 테스트를 의무화하고, 인과 황을 강화하고, 탄소 등가물을 제한하고, 용접 제품의 용접 이음새에 대한 비파괴 검사를 요구합니다.

구매자의 경우 PSL2는 파손 제어 계획이 있는 전송 코드에 맞게 라인이 설계되거나 설계 온도가 0 미만으로 떨어지거나 파이프가 젖거나 산성 탄화수소를 운반하는 모든 곳에서 올바른 선택입니다. PSL1은 경제적이며 송수관, 슬러리 라인, 저압 유틸리티 서비스 및 구조적 응용 분야에 완전히 적합합니다. 동일한 등급 이름(예: L245/B)이 레벨에 따라 서로 다른 최소 항복 강도(PSL1에서 최소 245MPa, PSL2에서 241~448MPa 대역)를 갖기 때문에 두 가지를 하나의 프로젝트에 혼합하는 것은 일반적인 혼란의 원인입니다.

ASTM A106: 고온 서비스용 무봉제 탄소강

ASTM A106은 A, B, C 세 가지 등급의 고온 서비스용 이음매 없는 탄소강 파이프를 다루며 공정 배관, 보일러 공급 라인, 증기 헤더 및 고온 오일 회로에 대한 주요 사양입니다. 사양은 등급 구조가 의도적으로 단순하고 품질 요구 사항이 까다롭습니다. 파이프는 킬드 스틸로 만들어져야 하고 이음매가 없어야 하며 인장 테스트, 굽힘 테스트 또는 평탄화 테스트, 수압 테스트 및 열 분석에 대한 제품 분석 검사를 통과해야 합니다.

B등급은 강도와 ​​용접성의 균형이 잘 잡혀 시장을 지배하고 있습니다. 등급 A는 성형 및 용접이 엄격하고 낮은 강도가 허용되는 경우에 사용되며, 등급 C는 더 높은 인장 강도가 감소된 용접성과 자격을 갖춘 절차 및 제어된 예열의 필요성을 정당화하는 경우 선택됩니다. A106은 고온 사양이기 때문에 가장 중요한 특성은 단순히 실온 인장 값이 아니라 설계 코드가 온도 범위 전반에 걸쳐 할당하는 허용 응력과 장기적인 크리프 동작을 예측 가능하게 유지하는 입자 크기 제어입니다.

A106은 기본적으로 충격 테스트가 필요하지 않습니다. 이는 API 5L PSL2 및 A333과의 중요한 차이점입니다. 공정 배관이 저온에서 작동하거나 소유자 사양에서 저온 충격 요구 사항을 보충 요구 사항으로 언급하는 경우 구매자는 이를 명시해야 합니다. A106 등급 B 파이프가 밀 테스트 인증서를 가지고 있기 때문에 충격 테스트를 받았다고 가정하는 것은 빈번하고 비용이 많이 드는 오해입니다.

ASTM A333: 저온 등급 시리즈

ASTM A333은 저온 서비스용 이음매 없는 용접 탄소 및 합금강 파이프를 다루며, 그 등급 구조는 충격 시험 온도를 중심으로 구축되었습니다. 1등급은 기본 탄소강 등급이고, 6등급은 액화 가스 및 한랭 기후 배관에 가장 널리 사용되는 저탄소 등급이며, 3등급에는 약 -100°C까지 서비스할 수 있도록 명목상 3.5% 니켈이 포함되어 있습니다. 시리즈의 높은 등급은 니켈 함량이 증가하여 극저온 영역까지 범위를 더욱 확장합니다.

모든 A333 파이프는 열처리되어야 하며 사양에 따라 등급에 지정된 온도에서 각 로트에 대한 충격 테스트가 필요하며 결과는 흡수 에너지 및 측면 팽창으로 보고됩니다. 열처리는 일반적으로 완전 노멀라이즈, 노멀라이즈 및 템퍼링, 또는 합의된 경우 담금질 및 템퍼링입니다. 이것이 A333과 A106의 구조적 차이점입니다. A106은 고온 재료를 제공하고, A333은 지정된 저온에서 인성을 보장하며, 문서화된 엔지니어링 평가 없이는 두 재료를 대체할 수 없습니다.

이 제품군에서 가장 일반적인 현장 오류는 -45°C에서 서비스를 위해 A333 등급 6을 주문한 다음 공장에 재고가 있고 실온 인장 특성이 동일해 보이기 때문에 A106 등급 B를 수락하는 것입니다. 해당 서비스와 동일하지 않습니다. A106 등급 B에는 샤르피 요구 사항이 없으므로 하단 선반에서의 동작은 알 수 없으며 차가운 액화 가스 라인의 부서지기 쉬운 파손은 점진적인 고장 모드가 아닌 치명적인 파손 모드입니다.

화학 및 기계적 비교

아래 표에는 입찰 평가에서 가장 자주 비교되는 속성이 나와 있습니다. 값은 기본 등급에 대한 표준 요구 사항입니다. 추가 요구 사항, 프로젝트 사양 및 두께에 따른 규칙으로 인해 이러한 요구 사항이 더욱 강화될 수 있습니다.

행 전체를 읽으면 디자인 논리가 드러납니다. A106 등급 B와 A333 등급 6은 화학적 성질이 매우 유사하고 최소 인장 강도도 동일하지만 단 하나만 저온에서 충격 에너지를 보장합니다. A106 등급 C는 0.35%의 탄소 한도를 희생하여 70MPa의 추가 인장 강도를 구입합니다. 이것이 등급 C의 용접 절차에 등급 B보다 더 많은 예열 제어가 필요한 이유입니다. API 5L X42 행은 라인 파이프 사양이 다른 점을 보여줍니다. 즉, 낮은 탄소 한도, 미세 합금을 위한 더 넓은 망간 창, 단일 최소값이 아닌 강도 밴드입니다.

인성 테스트 및 승인 규칙

충격 시험은 이러한 사양을 구별하는 기준이므로 등급과 동일한 주의를 기울여 지정해야 합니다. 필수 매개변수는 시험 온도, 시편 크기 및 방향, 최소 흡수 에너지, 최소 측면 팽창 및 샘플링 빈도입니다. 일반적인 조달 실수는 파이프 본체, 용접 금속 및 열 영향 영역에 적용할지 여부를 지정하지 않고 테스트 온도를 지정하는 것입니다. 왜냐하면 라인 파이프 사양은 이 세 가지 모두에 적용되는 반면 플레이트 파생 사양은 본체만 다룰 수 있기 때문입니다.

추운 기후의 파이프라인의 경우 테스트 온도는 일반적으로 여유가 있는 가장 낮은 예상 서비스 온도 이하로 설정되며 허용 기준은 일반적으로 세 개의 시편 세트에 대한 최소 평균 흡수 에너지에 단일 시편에 대한 하한을 더한 값입니다. 중요한 임무의 경우 사양에서는 전단 파괴에 대한 저항성을 확인하기 위해 낙하 중량 인열 테스트를 추가하거나 용접 결함에 대한 엔지니어링 중요 평가를 지원하기 위해 균열 팁 개방 변위 테스트를 추가할 수 있습니다. 구매자는 실제 테스트 값이 인증서에 인쇄되도록 요구해야 합니다. 파이프가 준수하는 진술은 숫자를 대체하지 않습니다.

비파괴 검사, 수압 테스트 및 접합 효율성

세 가지 사양 모두 표준에 정의된 최소 기간 동안 유지되고 벽 두께와 등급에서 계산된 압력에서 수행되는 모든 길이의 수압 테스트를 요구합니다. 시험압력은 내압성과 구조적 완전성을 검증하는 것이지 파괴에 대한 보증시험이 아니며, 시험 자체가 배관을 손상시키지 않도록 천장을 규정하고 있습니다. 링 테스트 기록, 압력 차트 기록 및 작업자 식별 정보를 모두 보관해야 합니다.

용접 이음매의 비파괴 검사는 사양이 가장 크게 달라지는 부분입니다. 이음매 없는 파이프는 주문 요구 사항에 따라 초음파 또는 플럭스 누출 방법을 사용하여 적층 및 세로 방향 결함을 검사합니다. PSL2에 따른 용접선 파이프는 이음새 검사가 필요하며 범위와 방법은 표준과 구매자가 요청하는 추가 요구 사항에 따라 정의됩니다. ASME B31.3과 같은 코드에 따른 공정 배관에는 파이프 이음새가 아닌 둘레 용접부에 대한 방사선 검사 또는 초음파 검사가 필요할 수 있으며, 압력 계산에 사용되는 접합 효율은 달성된 검사 수준에 따라 달라집니다. 방법, 참조 표준 및 합격 기준을 명시한 보고서 없이 공급자의 내부 검사 보고서에 근거하여 파이프를 수락하는 구매자는 설계에서 가정한 접합 효율성을 확인할 방법이 없습니다.

용접 파이프의 경우, 압력 계산 시 접합 효율은 일반적으로 이음매가 관리 규정에서 요구하는 수준까지 검사된 경우에만 1.0으로 간주됩니다. 적절하게 표준화된 이음새와 전체 검사를 갖춘 전기 저항 용접 파이프는 자격을 갖추고 있습니다. 퍼니스 맞대기 용접 파이프는 그렇지 않으며 낮은 접합 계수가 요구되는 벽 두께에 반영되어야 합니다.

코팅, 끝단 보호 및 장기적인 무결성

이 세 가지 사양 중 어느 것도 외부 부식 방지를 다루고 있지 않지만 코팅 선택은 강철 등급만큼 매설 라인의 서비스 수명을 결정합니다. NACE SP0169에 따라 적절하게 설계된 음극 보호 시스템과 함께 ISO 21809-1 또는 DIN 30670을 통해 지정된 블라스트 세척 표면에 적용되는 3층 폴리에틸렌 시스템은 매설 탄소강 파이프라인에서 50년 이상의 설계 수명을 위한 일반적인 기초입니다. ISO 21809-2에 따른 융합 결합 에폭시는 작동 온도가 적당하고 기계적 손상 위험이 낮은 경우 일반적인 단일 레이어 선택입니다.

파이프 끝부분은 별도의 주의가 필요합니다. 맨 끝 밴드는 둘레 용접을 위해 남겨집니다. 즉 끝 부분은 운송 및 보관 중에 기계적 손상, 타원형 및 습기에 가장 많이 노출되는 파이프 부분임을 의미합니다. 무거운 베벨 보호 장치, 엔드 캡 및 외부 랩은 나중에 고-저 오정렬 및 용접 수리를 유발하는 흠집과 타원형을 방지합니다. 보관할 때 파이프는 바닥에 코팅되지 않은 상태로 목재나 고무 지지대 위에 놓아야 하며 슬링은 체인이 아닌 넓은 나일론이어야 합니다.

구매자를 위한 사양 체크리스트

주문을 발주하기 전에 다음 사항을 서면으로 확인하십시오: 지배적인 설계 코드 및 설계 인자, 설계 압력 및 설계 온도, 인성 평가를 위한 최소 및 최대 금속 온도, 몸체, 용접 및 열 영향부에 대해 요구되는 충격 시험 온도 및 허용 값, 모든 API 5L 항목에 대한 제품 사양 수준, 요구되는 비파괴 검사 방법 및 솔기에 대한 허용 수준, 제3자 검사 기관의 테스트 참관 여부, 표준 및 두께 등급이 포함된 코팅 시스템, 최종 마감 및 베벨 세부 사항, 밀 테스트 인증서 내용 및 열처리 기록을 포함한 문서 패키지.

수령 시 파이프에 찍힌 등급 및 조건 접미사가 인증서와 일치하는지, 열 번호가 일치하는지, 화학적 및 기계적 결과가 단순히 보고되는 것이 아니라 표준 요구 사항에 속하는지, 충격 값이 지정된 시편 방향으로 지정된 온도에서 얻어졌는지 확인하십시오. 예를 들어 API 5L과 ASTM A106 모두에 인증된 파이프와 같이 이중 인증 파이프가 제공되는 경우, 화학 물질이 두 제한 중 더 엄격한 기준을 충족하는지, 테스트 방식이 두 요구 사항을 모두 충족하는지 확인하십시오. 이중 인증은 증거가 완전한 경우에만 가치를 추가하기 때문입니다.

자주 묻는 질문

Q: 저온 가스 라인에 ASTM A106 Grade B 파이프를 사용할 수 있습니까?
엔지니어링 평가 없이는 불가능합니다. A106은 충격 시험이 필요하지 않으므로 영하의 온도에서의 노치 인성은 특성화되지 않습니다. 저온 라인은 설계 최소 금속 온도보다 낮은 지정된 충격 테스트 온도를 갖는 ASTM A333 등급 6 또는 API 5L PSL2 등급을 사용해야 합니다.

Q: API 5L PSL1 파이프는 ASTM A106 등급 B보다 품질이 낮습니까?
그들은 다른 품질 계층보다는 다른 임무를 다룹니다. PSL1 라인 파이프는 변속기 서비스에 대한 강도와 압력 견고성을 검증하는 반면, A106은 고온 공정 서비스에 대한 특성을 검증하고 킬드 스틸이 필요합니다. 어느 것이 더 나은지는 설계 코드, 온도 및 인성 요구 사항에 따라 다릅니다.

Q: ASTM A333의 어떤 등급이 가장 낮은 온도를 제공합니까?
니켈 함량이 증가함에 따라 계열이 아래쪽으로 확장됩니다. 1등급과 6등급은 약 -45°C에 해당하고, 명목상 3.5% 니켈이 포함된 3등급은 약 -100°C에 도달하며, 시리즈의 니켈 등급이 높을수록 더 낮은 수준으로 떨어지며 각각 고유한 충격 테스트 온도가 필요합니다.

Q: 최대 허용 작동 압력은 어떻게 계산됩니까?
Barlow 관계에서 외부 직경과 최소 벽 두께를 사용하고, 관리 코드에서 제공하는 허용 응력 또는 설계 계수와 접합부 및 온도 경감 계수를 사용합니다. 계산을 위해 최소 벽 대신 공칭 벽을 사용해서는 안 됩니다.

Q: 동일한 등급이 PSL1과 PSL2에서 서로 다른 항복 강도를 나타내는 이유는 무엇입니까?
PSL2는 바닥과 천장 모두에 대한 강도 대역을 정의하므로 공칭 최소값은 해당 대역과 일치하는 값으로 조정되는 반면 PSL1은 바닥만 정의합니다. 파이프의 종류는 다르지 않지만 승인 창과 관련 테스트가 다릅니다.

Q: 이러한 사양에는 용접 및 열 영향부에 대한 충격 테스트가 필요합니까?
API 5L PSL2는 본체, 용접 및 열 영향 구역에 대한 충격 테스트를 요구합니다. ASTM A333에서는 세부 사항이 사양에 따라 설정된 저온 제품인 파이프에 대한 충격 테스트를 요구합니다. ASTM A106은 구매자가 위치와 허용 기준을 명시해야 하는 보충 요구사항을 요청하지 않는 한 충격 시험을 요구하지 않습니다.