가스, 조선, 화학 등 다양한 분야에서 사용되는 플랜지에서
토크의 역할은 아주 중요한 부분을 차지합니다.
플랜지 토크 조임에 있어 필요한 부분과
필수적인 내용을 간추려 설명합니다.
파이프 라인의 유격을 방지하고 가스켓의 정확한 설치를 위해서는 볼트에 적당한 텐션 (늘어짐)이 가해져야 하고, 플랜지 상의 각 볼트들에 균등한 힘의 분배가 이루어져야 한다. 토크 조임을 통해 (화스너의 너트 조임으로 인해 작업 부위의 탄성을 얻는 방법) 올바른 볼트 텐션을 얻을 수 있다.
볼트의 올바른 토크 조임이란 해당 볼트의 탄성 구간을 제대로 활용하는 것이다. 볼트가 마치 스프링처럼 작용해야만 올바른 작업 결과라 할 수 있다. 토크 작업을 하는 것은 볼트에 축 방향의 힘을 발생시킨다고 할 수 있다. 해당 축력 만큼의 동일한 힘으로, 연결되어 있는 두 판재가 서로 고정된다고 할 수 있으며 이는 곧
"조이는 힘" 혹은 "텐션 강도" 라고 할 수 있다.
토크렌치란 일반적으로 수지식 조임 공구라 할 수 있으며, 너트 혹은 볼트를 원하는 힘으로 일정하게 조일 수 있다. 작업자가 프로세스에 따라 요구되는 회전력(토크)을 그대로 적용할 수 있다.
적절한 플랜지 볼트 조임 기술의 선택은 작업자의 경험과 과거 작업에서의 정보를 토대로 한다. 어떠한 기술이든지 성공적인 작업을 위해서는 작업자와 작업에 사용되는 토크렌치의 능력과 자격이 매우 중요하다. 아래는 플랜지 토크 작업에 가장 널리 쓰이는 토크 장비들이다.
- 수동 렌치
-
임팩트 렌치
- 해머 렌치
- 유압식 토크렌치
- 수동식 토크렌치
- 유압 볼트 텐셔너
어느 볼팅 부위든지 토크 손실 가능성은 항상 내재되어 있다. 볼트 자체의 고착 현상 (작업 후 24시간 내 약 10% 가량), 가스켓의 변형, 시스템의 진동, 열 팽창 및 작업 중 탄성 활동 등이 토크의 손실에 영향을 미친다. 토크 손실의 정도가 극심한 경우 가스켓을 정 위치에 잡아주는 내부 압력이 초과하게되며 이는 곧 리크 및 블로우-아웃을 발생시킨다.
이러한 영향을 최소화하기 위해서 가장 중요시 되어야 할 부분은 가스켓의 올바른 설치다. 가스켓 설치 시 최소 4개의 볼트로 균형을 잡아주며 플랜지를 천천히 균형잡힌 상태로 위치시킨다. 그리고 올바른 볼트 조임
순서에 따른다면 차후에 유지 보수 비용은 절감하고 작업의 안전성은 증가함을 확인할 수 있다.
가스켓의 적절한 두께 또한 중요한 부분이다. 가스켓이 두꺼울수록 변형될 가능성이 높고 이는 곧 토크 손실로 이어진다. ASME 표준의 RF 타입 플랜지에서는 일반적으로 1.6mm 두께의 가스켓을 추천한다. 반대로 얇아질수록 가스켓에 가해지는 힘이 커지며, 이는 곧 내부 압력의 증가로 이어진다.
윤활을 통해 토크 조임 시 발생하는 마찰력과 작업 실패 가능성을 최소화 할 수 있으며 동시에 볼트의 수명을 연장시킬 수 있다. 다양한 윤활제는 각기 다른 마찰 계수를 가지고 있으며 이는 곧
토크에 따른 볼트의 축력에 영향을 준다. 동일한 토크 조임을 실시하더라도 마찰 계수가 높을수록 적은 양의 축력이 발생하게 된다. 작업 부위에 요하는 토크 값에 정확히 맞추기 위해서는 해당 윤활 제작사로부터 제공되는 마찰 계수를 확인할 필요가 있다.
윤활제는 볼트의 나사산 이외에도 너트와 볼트가 판재에 닿는 부분까지 적용될 필요가 있다.
첫번째 조임 구간에서는 첫번째 볼트를 기준으로 반대편 볼트로, 그리고 직전 볼트의 1/4만큼에 위치하는 다음 볼트 작업 후 또 반대편 볼트를 가볍게 조여준다. 4번의 동-서-남-북 형태로 다음 볼트 또한 작업한다. 정확한 사항은 상단 이미지 참조.
플랜지로 연결된 배관의 가장 중요한 부분은 유격을 차단하는 것이다. 유격의 발생 원인은 대부분 부적절한 설치 방법 때문이라고 할 수 있다. 볼팅 작업 전 아래 체크 포인트를 통해 리크 현상을 피할 수 있다.
1. 플랜지 면의 청결을 유지하고 스크래치 등의 손상이 있는지 확인한다. (칩이나 기타 금속 분진이 없도록 깨끗이 닦는다.)
2. 볼트 및 너트의 나사산에 손상된 부분이 없는지 육안으로 검사한다. 볼트나 너트가 손상된 부분이 있으면 즉각
대체한다.
3. 나사산에 있는 불순물 (철조각 등)을 제거한다.
4. 볼트 나사산, 볼트 머리와 너트가 판재와 맞닿는 부분까지 윤활제를 바른다. 와셔를 적용할 경우 강도가 높은 자재를 적용한다.
5. 새 가스켓을 설치하며 균형이 잘 잡혀 있는지 확인한다. 이미 사용된 적이 있는 가스켓 혹은 여러 개의 가스켓을 사용하지 않는다.
6. ASME B31.3 Process Piping 에 따라 플랜지의 정렬작업을 실행한다. 1) 1/16" 이내에 수평 (parallel) 얼라이먼트 1/8" 이내 만큼 수직 (Offset) 얼라이먼트
7. 조임 작업 후 너트 상으로 2~3개의 나사산이 항상 외부로 나와있어야
한다.
볼팅 작업의 방식에 관계없이 상기 체크 포인트는 반드시 행해져야 한다.
다양한 산업군에 적용되는 토크는 산업군의 특수성에 따라
필요로 하는 토크 방식 혹은 절차가 상이합니다.
한새코리아에서는 다양한 산업군에서 적용하고 있는
수 많은 토크 방식 및 절차를 블로그를 통해 정기적으로 포스팅하도록 하겠습니다.