죔쇠의 조임력에 관한 기술지침(M-106-2012)

 

o 관련규격 및 자료
   - IRI(Industrial Risk Insurers)(죔쇠의 조임력)
o 관련 법규․ 규칙․ 고시 등
   - 산업안전보건 기준에 관한 규칙 별표 7(화학설비 및 그 부속설비의 종류)

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죔쇠의 조임력에 관한 기술지침(M-106-2012)

 

 

1. 목 적

2. 적용범위

3. 용어의 정의

4. 죔쇠작업 사양서에 포함할 내용

5. 죔쇠에 대한 일반사항

6. 죔쇠의 파손요인

7. 토크가 걸린 상태에서 윤활의 영향

8. 죔쇠를 조이기 위한 방법

 

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1. 목 적
이 지침은 산업안전보건기준에관한 규칙(이하 “안전보건규칙”이라 한다) 별표 7(화학설비 및 그 부속설비의 종류)의 규정에 의한 화학설비 배관에 있어서 연결 조임에 사용되는 죔쇠의 조임력에 관한 기술적 사항을 정함을 목적으로 한다.

2. 적용범위
이 지침은 배관상에 설치되는 볼트, 스터드볼트, 너트 등의 조임에 대하여 적용한다.

3. 용어의 정의
(1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.
(가) “죔쇠(Fastener)”라 함은 배관등의 플랜지와 플랜지의 연결조임을 위하여 사용되는 것으로서 스패너 또는 토크렌치를 사용하여 조일 수 있는 구조를 가진 볼트, 스터드볼트, 너트류를 말한다.
(나) “스터드볼트”라 함은 일반 육각머리를 가진 일반볼트와는 달리 볼트머리가 없고 환봉 양단에 나사산이 나 있으며, 이 나사산 양단에 너트를
끼울 수 있는 형태의 볼트를 말한다.

(2) 그 밖에 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에 특별한 규정이 있는 경우를 제외하고는 산업안전보건법, 같은 법 시행령, 같은 법 시행 규칙, 안전보건규칙 및 고용노동부 고시에서 정하는 바에 의한다.

 

4. 죔쇠작업 사양서에 포함할 내용
(1) 죔쇠가 기기제조자의 사양서에 따라 설치되었는가를 확인하고 모든 주요 기기에 대해서는 정비지침에 다음과 같은 내용이 포함된 죔쇠 조임절차를 준비한다.
(가) 죔쇠사양, 재료 및 등급의 확인절차
(나) 죔쇠 재사용 및 조건 평가기준
(다) 정확한 조임절차 및 사양
(2) 작업자에게 적절한 죔쇠 조임기술을 훈련시켜야 하며, 죔쇠를 적절하게 조일 수 있도록 적절한 토크렌치 또는 하중 측정계기가 지급되도록 한다.

5. 죔쇠에 대한 일반사항
(1) 죔쇠가 부적절하게 조여지면 설계조건을 모두 만족할지라도 파손될 수 있으며, 부품들이 분리 또는 변형되어 누출의 원인이 되므로 기기제조자 사양서의 요구사항에 따라 시공하고 죔쇠를 정확하게 설치하여야 한다.
(2) 죔쇠 및 와셔가 사양을 만족하도록 구매 관리를 철저히 하여야 한다.
(3) 볼트와 너트의 품질 및 등급이 사용하기에 적합한지 확인하여야 한다.
(4) 볼트의 허용길이는 최소한 너트 밖으로 두, 세 개의 완전한 나사산이 나타나도록 하여야 한다.
(5) 중요한 곳의 죔쇠는 기기 제작시 설계된 조임 절차서에 따라야 한다.
(6) 높은 응력이 작용되는 죔쇠의 조임시에는 기기제조자의 절차서에 따라 단계별로 조임을 실시한다.
(7) 과하중을 한 번이라도 받은 죔쇠를 재사용해서는 안된다.
(8) 볼트 혹은 스터드볼트의 조임하중은 배관에 가해지는 반복하중을 포함한 최대 하중과 같거나 커야 한다.
(9) 나사산과 너트면간의 마찰 토크값을 줄이기 위해서는 나사산용 윤활유를 사용하여야 한다. 이때 윤활유가 제조물질과 공정물질에 모두 적합한 것인지 여부를 확인하여야 한다.
(10) 만일 볼트 혹은 스터드볼트 조임부에 누설이 있을 경우 누설 부위 가까이에 위치한 볼트를 단순히 조여 주는 것은 볼트를 파손할 우려가 있고 탄성 상호작용에 의해 다른 볼트들을 이완시키거나 혹은 조임으로 인한 변형을 초래할 수가 있으므로 수리작업을 시도하기 전에 누설 원인을 충분히 분석하여야 한다.

6. 죔쇠의 파손요인

죔쇠의 파손요인죔쇠의 파손요인으로서 다음과 같은 사항을 들 수 있다.

6.1 부적절한 등급
(1) 일반적으로 부적절한 등급의 볼트를 사용하는 것이 가장 큰 파손의 원인이 된다.
(2) 부적절한 등급의 와셔를 사용하는 것도 파손을 초래할 수 있다. 특히 진동 또는 다른 동하중이 작용할 경우 균열이 발생할 수 있다.

6.2 재사용
(1) 재사용하는 죔쇠는 새 죔쇠보다 파손되기 쉽다.
(2) 사용된 너트는 압축력이 너트 나사산을 손상하기 때문에 너트를 재사용할 때에는 주의하여야 한다. 일반적으로 너트를 6회 재사용하는 것은 새 너트를 사용하는 것에 비해 약 절반의 인장강도 감소효과가 있다.

6.3 잘못 짝지어진 부품
(1) 잘못 짝지어진 죔쇠 부품도 파손의 요인이 될 수 있다. 볼트와 너트의 등급이 같아야 하며 나사산 체결이 같아야 한다. 잘못 짝지어진 죔쇠들은 과도한 마찰 또는 아주 헐거운 체결과 같은 문제점이 발생된다.
(2) 나사산들이 도금 또는 코팅을 하기에 충분한 여유를 갖지 않을 경우 체결이 불가능하다. 너트와 볼트 양자의 나사산에 아연 또는 카드뮴의 전기용융도금이 가능하도록 충분한 여유를 가져야 한다. 열간방식으로 도금된 죔쇠는 나사산간의 체결이 잘 이루어질 수 있도록 도금두께가 고려되어야 한다.

6.4 과도한 조임
(1) 누설을 멈추게 하기 위하여 죔쇠를 과도하게 조이는 것도 파손의 원인이
될 수 있다.
(2) 볼트가 진동 또는 충격요인에 의한 동하중을 받거나 하중이 허용 조임하중을 초과할 때는 금속피로를 일으킬 수도 있다. 허용 조임하중 이상의 반복하중은 볼트를 계속 인장시켜 표면 피로균열 성장의 원인이 되며 이 균열은 응력이 집중된 곳에 나타나기 시작한다. 나사산의 뿌리, 볼트머리와 몸체가 만나는 필렛 지점, V-노치와 긁힘 부분과 같은 표면결함부 등이 응력 집중부위가 된다.
(3) 탄성범위내에서 항복응력보다 약간 적은 응력하에서 인장력을 받은 볼트는 하중이 제거될 때 원래의 길이로 되돌아가게 된다. 그러나 볼트가 항복점 또는 그 이상으로 인장될 때는 영구변형 즉 소성변형이 생긴다. 동하중이 존재하는 곳에서는 피로파괴를 방지하기 위해서는 볼트에 적절하게 사전하중을 가해 주어야 한다.

6.5 부정확한 길이
(1) 볼트가 너무 길어도 파괴가 발생될 수 있다. 볼트의 가장 파괴되기 쉬운 부위는 나사산 바로 윗 부분이다. 그러나 나사가 난 길이가 길수록 충격과 진동을 흡수하는데 더 장점이 있다.
(2) 진동이 심한 부분에서는 볼트보다 스터드볼트를 사용하는 것이 피로파괴를최소화시킬 수 있다.
(3) 너트에서 최초 나사산이 하중의 약 38%를 부담하고, 2번째 및 3번째 나사산이 각각 25% 및 18%를 부담하며, 6번째 나사산은 하중의 1% 이하만을 부담한다. 6번째 나사산을 지나면 나사산의 측면은 접촉하지 않으므로 불필요하게 긴 볼트의 사용은 바람직하지 않다.

6.6 예리한 끝단
볼트머리 하부의 필렛부위에 V-노치 등의 예리한 선단이 존재하면 볼트머리가 파손되는 요인이 될 수 있다.

6.7 절차서에서 고려되어야 할 사항
조임 설계 및 조임 절차서에는 다음과 같은 파손을 초래할 수 있는 요인들이 고려되어야 한다.
6.7.1 묻힘
나사산 및 조인트면과 같이 접촉하는 표면이 높은 지점이 제일 먼저 상호 접촉하중을 받게 되고, 과도한 하중하에서 형태가 손상되거나 또는 상대표면에 묻힌다.
6.7.2 가스킷 크리이프
가스킷 혹은 실링 재질은 시간이 경과되면서 형태가 손상되고 두께가 감소하는 현상이 발생한다.
6.7.3 탄성상호작용
볼트를 조여 주는 것은 이미 조여진 주위의 타 볼트에서의 인장력을 감소시키는 영향을 미치게 된다. 설계절차에 따라 단계별로 볼트를 조여 주어야 하는 것은 이러한 이유 때문이다.
6.7.4 진동이완
진동은 죔쇠를 뒤로 밀어낼 수도 있고 묻힘 또는 가스킷 크리이프를 발생시키는 요인이 될 수도 있다.
6.7.5 응력변형
크리이프 혹은 다른 금속학적 현상 등의 원인에 의하여 죔쇠의 변형이 발생된다.

7. 토크가 걸린 상태에서 윤활의 영향
(1) 나사산용 윤활유는 나사산과 너트면간의 마찰토크값을 감소시킨다. 윤활하지 않은 나사산에 적용되는 토크의 약 40%가 나사산 마찰을 해소하는데 필요하다. 다른 50%는 너트면과 모재 재질간의 마찰 해소에 그리고 나머지 10%는 볼트의 인장에 필요하다.
(2) 윤활유를 신중하게 선정하는 것이 중요하다. 나사산을 가진 죔쇠에 사용할 목적으로 구입된 대부분의 윤활유는 베어링 압력한계를 갖고 있으며, 고기능의 전용 윤활유는 볼트가 거의 항복응력까지 조여질 수 있도록 충분히 높은 베어링 압력한계를 갖고 있다.
(3) 죔쇠를 조이는 것은 마찰을 일으키거나 또는 표면에 흠집을 남길 수 있다.
볼트를 조여 주는 경우에는 인장응력에 비틀림응력을 더해 주게 되어 볼트가 비록 인장으로 인해 파괴되지 않더라도 인장과 비틀림에 의한 복합응력은 볼트를 파괴 또는 항복시키는 요인이 될 수 있다.
(4) 윤활유의 성분도 고려하여야 한다. 예를 들면 염화물은 오스테나이트계 스테인리스강을 손상시키며, 석유를 포함하는 제품은 산소 혹은 염소 분위기에서는 사용하지 않는다.

8. 죔쇠를 조이기 위한 방법

8.1 너트를 조이는 방법
너트는 조임이 완벽할 때까지 조여야 한다. 볼트가 정위치 하는 동안 너트를 규정된 회전수로 회전시켜 사전하중을 가해 준다.

8.2 토크렌치를 사용하는 방법
토크렌치를 사용하여 요구되는  정확한 조임 토크값과 반복토크 하중을 제공해 준다.

8.3 열을 사용하는 방법
스터드볼트 또는 볼트를 순환가스나 전열기로써 가열하여 신장시킨다. 스터드가 냉각된 이후에 신장이 결정되므로 만일 신장이 너무 과다하거나 불충분하면 이 작업을 반복한다.

8.4 초음파 측정방법
(1) 인장을 가해 주는 동안 볼트신장을 측정하기 위하여 초음파 측정장비를 사용할 수 있다. 다만 이 방법은 볼트의 외관이나 제조물질이 초음파측정을 방해할 수도 있기 때문에 모든 종류의 볼트 혹은 스터드볼트에 사용할 수는 없다.
(2) 펄스에코시스템(Pulse echo system)과 같은 측정장비를 사용할 수 있다.
이 경우 스터드볼트에 설치된 탐촉자에서는 초음파가 전달되어 볼트를 통과해서 스터드볼트 끝단에 에코를 남기고 탐촉자로 되돌아오며 통과시간의 변화는 조여진 상태에서 볼트 길이의 조정여부를 결정한다.

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[첨부자료] 죔쇠의 조임력에 관한 기술지침(M-106-2012)

M-106-2012 죔쇠의 조임력에 관한 기술지침.pdf

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