플랜지 누설 원인 — 개스킷을 갈기 전에 면 평행도부터 봅니다

새는 것을 본 순간 먼저 가르는 것은 배어남인가 뿜는가입니다. 뿜고 있으면 다가가지 않습니다 — 승압을 멈추고 펌프를 격리한 뒤, 위치는 서 있던 자리에서 대략만 적고 나머지는 감압·배수가 끝난 다음에 확인합니다. 면을 타고 천천히 배어 나오는 정도라면, 점검압으로 낮춘 뒤 육안 확인을 하는 동안 볼트 번호와 시계 방향으로 위치를 적습니다. 볼트 두세 개 구간에만 몰려 있는지, 둘레를 따라 고르게 번지는지 — 이 한 줄이 원인 후보의 절반을 지웁니다. 사진도 점검압에서, 볼트 번호가 같이 찍히게 남깁니다. 나중에 분해했을 때 개스킷 압착 자국과 대조할 근거가 이것뿐입니다.

이 기록 없이 감압부터 하면 대개 개스킷을 새것으로 갈고 다시 조입니다. 그리고 재시험에서 같은 자리가 또 샙니다.

감압을 시작하면 되돌릴 수 없는 기록

육안 확인 중에 남길 것은 네 가지입니다. 새는 위치, 물이 나오는 모습, 승압 몇 단계에서 처음 나왔는지, 그리고 이 조인트가 신설 조립인지 뜯었다 다시 조인 것인지입니다. 시험압과 승압 단계를 어떻게 정했는지가 이 기록의 해상도를 결정합니다. 단계 없이 한 번에 시험압까지 올려 버리면 "샜다"는 사실만 남습니다.

낮은 압력에서 이미 나온 누설과 시험압 근처에서 나온 누설은 원인이 다릅니다. 승압 초기부터 나오면 개스킷이 규격과 다르거나 아예 제대로 물리지 않은 쪽을 먼저 봐야 하고, 시험압 근처에서만 나오면 하중이 경계선에 걸쳐 있는 것입니다.

같이 적어 둘 것이 하나 더 있습니다. 그 조인트에 걸린 배관 하중입니다. 증기 배관에 물을 채우면 설계에 없던 무게가 걸립니다. 임시 서포트나 스프링 행거 고정을 시험 절차서대로 두지 않으면 그 무게가 플랜지에 굽힘으로 들어옵니다. 개스킷은 아무 잘못이 없는데 한쪽만 벌어집니다.

분해한 뒤에야 보이는 자국들

가압 중에 확인되는 것은 새는 위치까지입니다. 원인은 배수하고 조인트를 연 다음, 빼낸 개스킷의 압착 자국으로 읽습니다. 뜯어낸 개스킷은 버리기 전에 12시 방향을 표시해 두고 플랜지 면과 같은 방향으로 놓고 봅니다.

면 평행도와 간극은 조이기 전에 결정된다

볼트를 손으로 끼워 넣기만 한 상태에서 플랜지 사이 간극을 12·3·6·9시 네 지점에서 잽니다. 최대와 최소의 차이가 그 조인트의 평행도입니다. 이 값이 허용치를 넘는데 볼트로 당겨 붙이면 개스킷은 처음부터 한쪽만 물게 됩니다. 조립 전 정렬 허용값과 시트면 결함 판정 기준은 ASME PCC-1 이 다룹니다. 허용값은 플랜지 클래스와 판정 등급에 따라 달라지므로 적용 전에 최신판과 현장 시방서를 함께 확인합니다.

볼트 구멍이 안 맞아 드리프트 핀을 박아 돌리는 순간, 그 조인트는 이미 강제 정렬입니다. 배관을 볼트 힘으로 끌어다 붙였다는 뜻이고, 그 힘은 조인 뒤에도 사라지지 않고 플랜지를 벌리는 쪽으로 남아 있습니다. 지지대와 가이드가 먼저 서 있어야 하고, 스풀 길이가 안 맞으면 배관을 다시 재단하는 것이 순서입니다.

조인 뒤에도 같은 네 지점을 다시 잽니다. 이번에는 값이 개스킷의 압축 후 두께와 맞아야 하고, 네 점의 편차가 거의 없어야 합니다. 스파이럴 와운드 개스킷이면 외측 링이 압축 스토퍼 역할을 하므로 링이 시트면에 고르게 닿았는지가 눈으로 보입니다. 한쪽 링만 눌리고 반대쪽에 틈이 남아 있으면 그 조인트는 토크를 더 준다고 잡히지 않습니다.

동심원 자국은 남기고, 반경 방향 흠집만 본다

여기서 자주 뒤집히는 것이 가공 자국입니다. 시트면의 동심원 자국은 흠이 아니라 개스킷을 물기 위해 일부러 남긴 조도입니다. 그것을 매끈하게 갈아 없애면 밀봉은 오히려 나빠집니다.

문제가 되는 것은 반경 방향으로 시트면을 가로지르는 흠집입니다. 흠집이 안쪽에서 바깥쪽까지 이어져 있으면 깊이를 재서 판정합니다. 깊이 게이지나 조도 비교편으로 재고, 합·부는 PCC-1 의 결함 판정 기준과 현장 시방서에 맞춰 정합니다. 눈으로 잡히는 폭과 깊이라면 개스킷 하나로 덮을 생각을 하지 않는 편이 낫습니다. 용접 스패터, 이전 개스킷을 스크레이퍼로 뜯어낸 자국, 운반 중 부딪힌 자국이 대부분입니다.

그라인더로 문지르면 그 자리만 오목해져서 평면도가 더 깨집니다. 플랜지 페이싱 머신으로 면 전체를 규정 조도로 다시 내는 것이 정답입니다. 밸브가 물린 조인트라면 밸브 쪽 면을 현장에서 가공하기 어려워, 밸브를 떼어 정비 공장에서 면을 다시 내는 편이 결과가 낫습니다.

토크가 아니라 볼트에 걸린 하중이다

개스킷은 토크로 밀봉되지 않습니다. 볼트가 늘어나면서 만든 하중이 시트면에 응력으로 걸려야 밀봉됩니다. 토크는 그 하중을 만드는 간접 수단이고, 중간에서 마찰이 얼마를 먹느냐에 따라 실제 하중이 크게 갈립니다.

그래서 같은 토크값이 조건마다 다른 하중을 만듭니다. 나사산과 너트 자리면에 윤활을 했는지, 무슨 윤활제인지, 경화 와셔를 썼는지, 조일 때 스터드가 같이 돌지는 않았는지에 따라 달라집니다. 마른 나사에 윤활 기준 토크를 주면 하중은 한참 모자랍니다. 토크표는 개스킷 제조사와 조립 절차서가 정한 값을 그대로 쓰되, 조건이 바뀌면 값도 바뀝니다. 조임 기록에 윤활 여부가 안 적혀 있으면 그 기록으로는 재현이 안 됩니다.

개스킷 쪽에서 하중을 잡아먹기도 합니다. 제조사는 종류마다 최소 시트 응력을 제시합니다. 시트 폭이 넓을수록 같은 응력을 걸기 위해 필요한 볼트 하중이 커집니다. 레이즈드 페이스에 전면 개스킷을 끼웠거나 내경 치수가 틀려 시트 폭이 규격보다 넓어진 경우가 여기 해당합니다. 두꺼울수록 크리프로 빠져나가는 하중이 커서, 면 상태가 허락하는 한 얇은 쪽을 씁니다.

볼트 자체도 확인 대상입니다. 등급이 다른 볼트가 한 조인트에 섞이면 같은 토크에도 늘어나는 양이 달라집니다. 이미 항복 근처까지 조였던 볼트를 다시 쓰면 하중이 제대로 실리지 않습니다. 너트 밖으로 나온 나사산이 모자라면 결합 나사수가 부족해 하중을 못 받습니다. 이걸 가압 중에 볼트를 다시 조여 만회하려는 판단은 재조임이 남기는 후유증 쪽을 먼저 보고 정합니다.

조일수록 더 새는 조인트

지금까지의 설명은 전제가 하나 있습니다. 하중이 모자라면 더 걸어 주면 된다는 것입니다. 그 전제가 뒤집히는 조인트가 있습니다. 구경이 크고 ANSI 클래스가 낮은 플랜지, 그중에서도 슬립온이나 랩 조인트처럼 허브가 얇은 쪽입니다. 여기서는 토크를 올릴수록 누설이 커집니다.

플랜지 회전입니다. 볼트 하중은 볼트 원 위에 걸리고 개스킷 반력은 그보다 안쪽에 걸리므로, 플랜지에는 링을 젖히는 모멘트가 생깁니다. 플랜지가 그 모멘트를 못 버티면 바깥쪽은 붙고 안쪽이 벌어집니다. 조일수록 안쪽이 더 벌어지니 새는 양도 같이 늡니다. 이 상태에서 볼트를 더 조이면 볼트가 먼저 늘어나거나 플랜지가 영구 변형됩니다. 한 번 휜 플랜지는 이후 어떤 개스킷으로도 잡히지 않습니다.

손댈 곳은 반대편입니다. 걸어 주는 하중을 올리는 것이 아니라 필요한 하중을 낮춥니다. 시트 폭을 좁히고, 두께를 줄이고, 낮은 시트 응력에서 밀봉되는 종류로 바꿉니다. 캠프로파일처럼 금속 코어에 홈을 파고 연질 면재를 입힌 개스킷이 이 자리에 자주 들어갑니다. 금속 코어가 하중을 받고 연질 면재가 면의 미세한 요철을 메우는 구조라, 같은 조인트에서 필요한 시트 응력이 낮게 잡히는 경우가 많습니다. 다만 필요한 응력값은 제조사가 형식별로 제시하므로 그 값으로 볼트 하중을 다시 계산해야 하고, 코어 재질과 면재는 유체와 온도에 맞춰 다시 골라야 합니다. 같은 치수로 개스킷만 바꿔 끼우는 식으로는 되지 않습니다.

새는 조인트의 플랜지 규격·클래스와 지금 쓰는 개스킷 사양을 문의로 보내 주시면 그 조인트에서 확인할 항목을 정리해 회신합니다.