배관 헤더(Header) 용도, 설계, 시공, 보온, 설치 시 주의사항

  안녕하세요. 오늘은 건축설비 배관 중 중요한 역할을 하는 압력용기인 헤더(Header)에 대해 알아보려고 합니다. 현장에서는 흔히 헷더, 헷다, 분배기 등으로 불리곤 하는데요. 굉장히 단순해 보이는 장치일지라도 어떻게 설계하고, 설치함에 따라 헤더 제대로 역할을 할 수 있는지 여부가 달리곤 합니다. 오늘은 지역난방 배관 계통을 통해서 한 번 헤더에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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1. 헤더(Header)의 용도

  헤더는 보일러, 열교환기, 냉동기 등 장비에서 생성된 유체를 한 곳에 모으고 이를 각 사용처(FCU, 공조기 등)에 고루 공급될 수 있도록 분기가 되어 있는 일종의 분배기관의 의미합니다. 사람의 이동으로 따지면 터미널의 환승센터이며, 전기로 이야기하면 멀티탭과 같은 역할을 합니다.

 그리고 헤더에는 각 계통별로 제어밸브가 설치되어 유체의 흐름 제어를 한 곳에서 가능케하며, 차압조절밸브, 팽창기수분리기 등도 연결되어 계통 흐름이 원활히 유지될 수 있도록 하게 합니다. 또한 온도센서, 압력센서 등을 설치하여 자동제어의 변수 값이 되는 온도와 압력을 측정할 수도 있게 합니다.

  그리고 헤더는 유체의 흐름 방향에 따라 환수헤더와 공급헤더로 나눌 수 있는데 유체가 장비로 돌아오면 환수헤더, 사용처로 유체가 공급되면 공급헤더라고 나눌 수 있습니다.

  아래 배관 계통에서 어디 부분에 설치가 되는지 아래 계통도를 통해 헤더가 설치되는 위치를 확인해 보겠습니다.

사진1. 지역난방 배관 계통도에서 헤더의 위치

 

  만약 헤더가 없다면 어떻게 될까요? 장비 1대에 배관계통 1개를 1:1로 배치를 해야하고, 밸브를 각 계통 배관마다 설치해야 하며, 온도와 압력값을 따기 위해 계통마다 따로 센서를 설치해야 합니다. 그리고 한 장비에 이상이 생겼을 때 그 계통이 모두 죽어 유지 보수에 불리합니다.

 

 

2. 헤더 설계 시 주의사항

1) 헤더의 Body 관경 산정

  헤더의 제작 과정을 보면 헤더의 몸체(Body)가 되는 큰 파이프에 구멍을 뚫고 몸체 파이프 관경보다 작은 분기관 파이프를 용접하여 제작됩니다. 이 때 중요한 것이 몸체(Body)가 되는 파이프의 관경을 정하는 것인데, 몸체 파이프의 관경은 가장큰 분기관 관경의 최소 2단계 큰 관경으로 산정해야 합니다. 예를 들면 분기관의 관경이 200A이면 Body관의 관경은 1단계 큰 250A가 아닌 2단계 큰 300A 이상으로 선정해야 합니다. 그 이유는 관경을 한단계만 크게 하면 분기관 설치 위해 타공되는 범위가 과도하게 넓어지게 되고 이는 헤더의 내구력이 저하로 이어지게 됩니다. 내구력이 저하되면 사용 시 헤더의 뒤틀림, 누수 등이 발생할 우려가 생깁니다. 따라서  Body의 관경은 분기관의 2단계 이상으로 선정해야합니다.

 

2) 헤더의 분기관 사이 간격

  헤더의 분기관 사이 간격도 설계 시 확인해야 합니다. 분기관에는 각 계통을 제어하기 위한 버터플라이 밸브가 설치되는 경우가 대부분입니다. 이때 만약 분기관 사이 간격을 너무 좁게 설정하면 버터플라이 밸브끼리 겹치게 되어 설치가 불가한 상황이 발생할 수 있습니다. 특히 구경이 커지면 커질수록 밸브의 사이즈도 커지기 때문에 관경에 따라 헤더 사이의 공간이 충분한 지 확인해야 합니다. 또한 밸브가 시공되더라도 밸브 보온까지 해야 하기 때문에 보온이 가능한 간격까지 확보해야 합니다.

사진2.헤더의 시공 중 사진과 차압조절밸브

 

3) 헤더의 분기관 순서 설정

  헤더는 여러 용도의 배관이 한 곳에 묶이는 분배관이기 때문에 접합되는 배관의 용도를 잘 구분하여 순서를 정하는 것이 중요합니다. 유체의 경우 한 방향으로 흘러가는 것이 원활한 순환에 용이하기 때문에 장비로부터 들어오는 분기관들을 한쪽으로 몰고, 헤더에서 토출 되는 분기관들은 들어오는 쪽 반대 부분에 몰아 배치하여 유체가 한 방향으로만 이동할 수 있게 하는 것이 좋습니다.

 

4) 차압조절밸브,  팽창기수분리기 분기관 위치 관련

  차압조절밸브는 환수헤더와 공급헤더 사이에 설치되어 환수관과 공급관 차압이 특정 압력 이상이 되면(사용처가 유체를 사용하지 않을 때) 개방되고,  특정 압력 이하가 되면(사용처가 유체를 사용할 때) 폐쇄되어 원활한 순환 및 계통을 보호하는 역할을 합니다. 따라서 환수헤더와 공급헤더 사이 가장 가까운 곳에는 차압조절 밸브를 위한 분기관을 하나 설치해야 합니다.

  팽창기수분리기는 대게 환수헤더에 설치되어 소실된 유체를 보충해 주고, 온도에 따른 유체의 부피 변화를 완충하면서, 관내 발생한 공기를 제거합니다.(자세한 내용 블로그 내 팽창기수분리기 글 참고) 이 팽창기수분리기 설치 시 중요한 것은 원활한 작동을 위해 팽창기수분리기와 연결된 팽창수 흡입관, 공급관을 최소 1m 띄어야 한다는 것입니다. 따라서 환수 헤더에서 팽창기수분리기 흡입관과 공급관을 위한 분기지점을 선정할 때 절대 나란히 배치하면 안 되고 최소 1m 이상 떨어진 구간에 각각 배치해야 합니다.(필자는 나란히 배치하는 실수를 범해 추후 수정하였음)

사진3. 헤더 사진과 팽창기수분리기 관 사이 간격 및 차압조절밸브 연결관

 

5) 헤더의 지지대 관련

  헤더의 지지대는 Body 길이에 따라 다르지만 가능하면 3점 지지로 하는 것이 좋습니다. 헤더 자체가 항상 유체가 채워져 있기 때문에 큰 하중이 계속 작용합니다. 따라서 생산 전 지지점을 추가하여 안정성을 확보하는 것이 좋습니다. 또한 지지대의 관경이 너무 작은 것은 아닌지도 확인하여야 하고, 지지대와 헤더 사이에 고무패킹등이 설치되어 유체의 흐름에 의해 발생하는 진동을 잡고, body와의 틈새가 밀실 하게 채워졌는지도 확인해야 합니다.

 

 

3. 헤더의 시공 과정 및 확인 사항

1) 헤더 시공, 설치 과정

  헤더는 사실 복잡한 장비가 아니기 때문에 반입 후 패드 위에 설치하고, 추후 배관이 다 연결이 되면 보온을 하는 과정을 거치게 됩니다. 정리하면 반입 - 설치 - 보온 세 가지 과정으로 나눌 수 있습니다. 각 과정에서 주의 사항을 간략히 정리해 보겠습니다.

  반입 시에는 당연히  지지대와 몸체가 분리되어 반입이 되며, 아무래도 길이가 긴 장비이기 때문에 반입 경로에 대한 계획을 잘 짜야합니다. 그리고 반입 시 보양 상태를 확인해야 하는데, 헤더의 경우 설치가 되면 배관이 연결되기 전까지 수개월 동안 방치되므로 각 분기관에는 비닐 등으로 보양하여 이물질이 들어가지 못하게 해야 합니다.

  시공은 먼저 패드에 지지대를 앙카 고정하고 수평을 맞춘 후 지지대에 고무패드를 놓고 그 위에 몸체(Body)를 얹으면 끝나게 됩니다. 여기서 특이한 점은 몸체와 지지대를 용접등으로 고정하지 않는다는 것입니다. 필자는 처음에 당연히 고정해야 한다고 생각했지만 고정을 해버리면 추후 설비에서 배관 시공 중 플랜지 접합 시 수평을 맞추기 힘들고, 고무패드를 통한 방진 효과가 적어지기 때문에 얹는 식으로 시공을 마무리한다고 합니다. (제조사마다 다를 수 있습니다.)

사진4. 헤더 설치 후 사진

 

2) 헤더의 보온

  헤더의 보온은 굉장히 중요합니다. 아무래도 8℃의 냉수와 50℃의 온수가 지나는 분기관이다 보니 결로가 많이 발생하게 됩니다. 따라서 보온에 굉장히 신경 써야 하는데, 보온은 먼저 비닐을 감고, 그 이후 유리솜으로 감싼 뒤 칼라함석을 설치하여 마무리하게 됩니다. 또는 고무발포로 마감 짓는 경우도 있기 때문에 어떻게 보온을 할 것인지 정해야 합니다.

  그리고 가끔 지지대에 보온을 하지 않는 경우가 있습니다. 그러나 지지대도 온도가 전도되어 결로가 발생하는 경우가 종종 있으므로 지지대에도 보온을 하는 것이 좋습니다.

사진5. 헤더 보온 시공 사진

 

3) 자동제어 온도, 압력 센서의 위치

  냉동기와 열교환기의 자동제어는 유체의 온도와 압력의 값을 측정하여 신호로 전달하여 작동하게 됩니다. 따라서 온도와 압력값이 제대로 측정될 수 있는 곳에 센서를 설치하는 것이 좋습니다. 그리고 보통 시공 시 헤더의 가장 끝부분에 온도센서와 압력센서를 설치하는 배치되어 있는 경우가 많습니다. 그러나 필자가 이번 현장에서 겪은 문제점은 냉동기에서 나온 8℃의 유체 온도를 헤더 끝부분에 센서가 설치되어 제대로 감지하지 못했던 것입니다. 따라서 온도에 따라 냉동기의 대수 제어를 하려고 했지만 실패하고 센서위치를 수정했었습니다. 따라서 자동제어 센서의 경우 냉수 유입관 근처에 설치하여 제대로 된 변수 값을 얻을 수 있도록 해야 합니다.

사진6. 시공과 보온까지 완료된 헤더 사진

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  이렇게 하여 오늘은 헤더에 대해 알아보았습니다. 사실 유체를 각 계통으로 보내주는 분배기 역할을 하는 간단한 장치이지만 제대로 계통이 순환하고 장비가 작동되게 하기 위해 반드시 필요하고 또 잘 설계하고 설치해야 하는 중요한 장치임을 알 수 있었습니다. 다음에는 지열 관련 된 내용을 찾아뵙겠습니다.

 

오늘도 긴 글 읽어 주셔서 감사합니다.