스케줄 번호란 무엇일까?

배관에서 SCH40, SCH80, SCH10S 등의 용어는 배관의 두께를 나타내기 위해 사용된다. 왜 배관의 두께를 스케줄 번호를 사용해서 나타내게 되었을까? 초기 배관산업의 역사를 살펴보자.

 

배관의 크기와 두께

 

배관의 크기는 내경(ID:Inside Diameter)과 외경(OD:Outside Diameter)으로 표현할 수 있다. 내경은 유체가 이동하는 단면적이다. 이것은 유량과 직결되는 요소이다. 유속이 일정한 경우 단면적이 증가할수록 유량도 증가한다. 외경은 배관의 두께를 포함한 전체 크기를 나타낸다. 내경은 일정하지만 두께에 따라 외경은 변하게 되는 것이다. 그렇다면 두께는 어떤 요소로 인해 달라지는 것일까?

 

두께를 결정짓는 요소
배관의 두께는 사용재질, 사용압력 및 온도의 영향을 크게 받는다. 같은 재질을 사용한 배관의 경우, 사용압력 및 온도가 증가할 경우 배관의 두께는 두꺼워진다. 사용압력 및 온도가 다양하지 않은 경우에는 한 가지 두께의 배관의 사용이 편리하다.

 

IPS(Iron Pipe Size) 규격
초기 산업시대의 배관은 철(Iron)을 이용해서 만들어 졌다. 이때문에 이 시기에 사용되던 배관규격의 이름이 IPS인 것이다. 이때의 배관 사용압력 및 온도는 현재처럼 다양하지도 않았다. 따라서 다양한 두께가 필요 없었기 때문에 한 가지 두께만을 사용하게 되었는데 이것이 STD(Standard)또는 STD WT(Standard Weight)로 불리우는 두께이다.

 

IPS 규격은 배관의 내경을 기준으로 사용되었는데 한 가지 두께만을 사용하던 시기에 두께를 포함한 외경은 의미가 없는 것이기 때문이다. 산업이 발달하면서 보다 높은 압력의 사용이 요구되었다. 같은 재질을 사용해서 보다 높은 압력을 견디기 위해서 기존에 사용되던 STD(Standard)두께보다 두꺼운 Extra Strong(XS)두께를 사용하게 된다. Extra Strong(XS) 또는 Extra Heavy(XH)로 불리기도 한다.

Double Extra Strong(XXS) 또는 Double Extra Heavy(XXH)로 불리우는 두께는 한 단계 더 두꺼운 것임을 직관적으로 알 수 있다. Extra Heavy, Double Extra Heavy와 같이 두께에 무게단위가 들어가는 이유는 두께를 측정하는 방법에서 기인한 것이다. 철의 무게와 배관의 부피를 알고 있다면 제작된 배관의 무게를 달아 보는 것만으로 두께를 측정할 수 있는 것이다.

 

배관재질의 발전
보다 다앙한 환경에서의 배관의 사용이 점차 요구 되었고, 단순히 두께를 조절해서 그러한 요구에 대응하는 것의 비효율성으로 인해 배관 재질의 연구가 활발하게 진행된다. 이러한 배관재질의 대한 관심은 현재 사용되는 다양한 종류의 배관을 낳게된다. 철에 일정량의 탄소(Carbon)를 첨가하면 강도는 증가하지만 연성(Ductility)과 용접성(Weldability)이 낮아지게 된다. 산업적으로 사용하기에 적절한 성질을 갖도록 탄소를 첨가하여 만든 것이 바로 탄소강(Carbon Steel)이다.

탄소강은 현재 가장 널리쓰이는 강의 종류이다. 탄소강은 부식에 취약한 성질이 있는데 이러한 점을 개선하기 위해 개발한 것이 스테인리스강(Stainless Steel)이다. 일정량의 크롬을 첨가해 표면에 산화막을 형성하여 부식을 방지하는 스테인리스강은 첨가물의 종류및 양에 따라 그 성질이 다양하다.

 

Ductile Iron Pipe	Carbon Steel Pipe	Stainless Steel Pipe

 

이러한 배관재질의 발전은 보다 얇은 두께로 높은 압력을 견딜수 있게 하였고 배관두께를 표현하는 방식의 다양성을 요구하게 된다. 또한, 기존의 IPS 규격으로 제작된 배관과 함께 사용하기에는 큰 문제점이 발생하였는데 그것은 바로 외경이 맞지 않음으로 발생하는 문제였다.

 

기존의 IPS규격의 배관은 내경을 기준으로 제작되었는데 두께가 일정하였기 때문에 사용에 큰 문제가 없었다. 하지만 재질의 발전으로 인해 다양한 두께의 배관이 사용됨에 따라 내경을 기준으로 하는 IPS규격은 더이상 사용할 수 없었다.

 

NPS(Nominal Pipe Size) 규격
NPS규격은 배관의 외경을 기준으로 사용한다. 인치(Inch)단위를 사용하며 국내에서는 '공칭경'이란 용어로 사용되기도 한다. 'NPS 4'라고 하면 '외경의 크기가 약 4인치인 배관'을 말하는 것이다.

NPS 12이하의 배관은 실제 외경이 공칭경보다 크고 NPS 14이상의 배관은 실제외경이 공칭경과 같다. 예를 들면, 공칭경 NPS 2는 실제외경이 약 2.375인치이다. 2.375인치는 2인치 보다 큰 것이다. 하지만 NPS 14이상의 배관은 실제외경과 공칭경이 일치한다.

 

DN(Diameter Nominal)
배관의 크기를 나타내는 규격중에 DN이라는 것이 있다. 이것은 ISO에서 인치단위로 표현된 NPS규격을 미터법으로 변환한 것이다. 우리나라에서는 미터법을 사용하지만 미국에서는 인치단위를 일반적으로 사용한다. 아래의 NPS규격과 DN규격 비교표를 참고하기 바란다.

 

NPS규격의 스케줄 번호
NPS규격은 배관의 두께를 나타내기 위해 스케줄 번호를 이용한다. 산업적으로 사용하기 편리한 두께를 각 배관 사이즈마다 정해놓고 각 두께를 숫자를 이용해서 나타낸다.

 

5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160

Schedule(SCH)은 운전압력(P)을 배관재질의 최대허용응력(S) 값으로 나눈 값에 1000을 곱한 것으로써 압력과 최대허용응력의 단위는 psi(pounds per square inch)를 사용한 것이다. 스케줄 번호가 클수록 더 두꺼운 두께를 의미한다. 스케줄 번호가 같다고 해서 실제 두께가 다 같지 않음에 주의해야 한다. SCH40이라고 하면 NPS4에서는 6.02mm이지만 NPS6에서는 7.11mm를 나타낸다.

 

Letter 'S'
5S, 10S, 20S 하는 식으로 스케줄 번호뒤에 S가 붙어 있는 것들이 있다. 이것은 스테인리스강의 스케줄을 나타내는 것이다. 스테인리스강은 탄소강보다 연성이 좋아서 보다 얇은 두께로 같은 압력을 견딜수 있다. 따라서 두께를 표현함에 있어서 구별을 하기 위해서 S를 붙인다.

IPS규격에서 배관의 두께를 나타내는 STD, XS, XXS 등의 표현은 NPS규격에 상응하는 두께에 함께 표현된다. NPS10 이하의 배관은 SCH40이 STD두께이고 NPS8이하의 배관에서 SCH80은 XS두께이다. 자세한 치수는 ASME B36.19와 B36.10을 참고하기 바란다.

---

이 글의 출처는 배관정복의 프리웨이(ds23)님이 작성한 글입니다.