본 글은 산업 현장에서 널리 사용되는 PP, PE, PFA, PVDF 등 강화플라스틱 배관재질의 특성, 장단점, 적용 분야를 체계적으로 정리하여 실무자가 배관 재질을 선택할 때 필요한 정보를 제공하는 데 목적이 있다.
플라스틱 배관재의 분류와 의의
금속 배관이 지배적이던 과거와 달리, 산업계는 부식·오염·중량 문제를 해결하기 위해 다양한 플라스틱 배관을 도입하였다. 플라스틱 배관은 내식성, 경량성, 시공 편의성을 동시에 추구한다. 그중에서도 강화플라스틱 배관은 화학 공정, 반도체, 수처리 등 고부가가치 산업에 집중 적용되고 있다.
PP 배관 (Polypropylene) 특징과 적용처
- 내화학성이 우수하여 강산·강알칼리 배관에 적합하다.
- 최대 사용 온도는 약 90 ~ 100 ℃이다.
- 밀도가 0.9 g/cm3로 가볍고 시공이 쉽다.
- 계면활성제·도금액·폐산 배관, 반도체 웨트 스크러버 배관, 식·음료 CIP 배관 등에 사용된다.
- 유연성이 낮아 열충격이 반복되는 배관은 보강 링이나 팽창 조인트를 설계한다.
PE 배관 (Polyethylene) 특징과 적용처
- HDPE, MDPE, LDPE 등 밀도별 등급이 존재한다.
- 충격 강도가 뛰어나 지중 매설 및 저온 배관에 유리하다.
- 최대 사용 온도는 60 ~ 70 ℃로 비교적 낮다.
- 디젤·슬러리 배관, 소화수·냉각수 라인, 해양 배출관, 가스 배관 등에 광범위하게 쓰인다.
- 산·염기에는 강하지만 방향족·할로젠화 용제에는 팽윤이 발생한다.
PFA 배관 (Perfluoroalkoxy) 특징과 적용처
- PTFE급 완전불소계로 모든 화학약품에 사실상 불활성이다.
- 연속 사용 온도는 260 ℃로 고온 공정에 적합하다.
- 매우 낮은 침출·중금속 불순물로 초고순도 UPW·CMP Slurry 라인에 사용된다.
- 내마모성은 PVDF보다 낮아 마찰 손실을 줄이기 위해 바이패스 루프를 설계한다.
- 가격이 높아 고순도 및 극한 화학환경에 전략적으로 사용한다.
PVDF 배관 (Polyvinylidene Fluoride) 특징과 적용처
- 불소계 중 기계적 강도가 가장 균형적이다.
- 최대 사용 온도는 150 ~ 160 ℃이다.
- 난연성 (V-0)으로 반도체 FAB 청정실 배관에 유리하다.
- 불소계 수지 중 가성비가 높아 산세·전해 도금 배관, 제약용 RO 수 라인 등에 폭넓게 쓰인다.
- UV 안정성이 높아 옥외 배관에도 적용되나 충격취약온도(-35 ℃ 이하)에서는 크랙에 주의한다.
재질 선정 체크리스트
“배관 재질 선택은 화학적·열적·기계적·경제적 요인을 균형 있게 고려해야 안전과 비용을 동시에 확보할 수 있다.”
- 운전 온·압 조건은 재질 최고·최저 한계 내에 있는가.
- 유체의 화학적 조성과 침전·마모 가능성을 확인했는가.
- 시공 환경(옥외·청정실·지중)과 유지보수 빈도를 평가했는가.
- 라이닝·복합관·금속관 대체 시 전체 수명비용(TCO)을 비교했는가.
소재별 주요 물성 비교 테이블
| 항목 | PP | PE (HDPE) | PFA | PVDF |
|---|---|---|---|---|
| 밀도 (g/cm3) | 0.90 | 0.95 | 2.15 | 1.78 |
| 연속 사용 온도 (℃) | 100 | 70 | 260 | 150 |
| 인장 강도 (MPa) | 35 | 27 | 25 | 50 |
| 화학 내성 | 산·알칼리 우수 | 산·물·슬러리 우수 | 모든 화학약품 최상 | 산·용제 우수 |
| 대표 산업 | 도금·폐수 | 가스·수처리 | 반도체 CMP | 제약·배터리 |
| 상대 단가 | ★ | ★ | ★★★★ | ★★★ |
적용 사례 모음
1) 도금공장에서는 황산·염산 라인에 PP 배관을, 니켈전착용 고온 라인에는 PVDF 배관을 병행하여 부식 저감율 30 %를 달성하였다.
2) 반도체 FAB은 과불산·과산화수소 혼합액 배관을 전량 PFA로 교체하여 미세 금속 이온 농도를 0.02 ppb 이하로 유지하였다.
3) 하·폐수 처리장은 슬러리 송출을 위해 HDPE 이중벽 배관을 적용하여 배관 교체 주기를 10 년 이상으로 연장하였다.
4) 2차 전지 전해액 제조사는 PVDF 스파이럴 배관으로 용매 증발 감소율을 15 % 줄였다.
FAQ
Q1. PP와 PE 배관을 혼합 연결해도 문제가 없을까?
A1. 두 소재 모두 탄화수소계이지만 열변형 온도와 화학 팽윤 거동이 다르므로 동일 계통에서는 한 가지 소재를 일관 적용하는 것이 안전하다.
Q2. PFA 배관은 왜 가격이 높은가?
A2. FEP보다 높은 불소함량, 정제 공정, 초고순도 인증 비용이 포함되어 소재 원가가 높다. 고순도 프로세스 손실을 줄이는 편익이 이를 상쇄한다.
Q3. PVDF 배관 시 고주파 용접과 열풍 용접 중 무엇이 적합한가?
A3. 50 A 이하 소구경은 자동 열풍 용접이 경제적이며, 65 A 이상은 고주파 전단 융착이 균일한 융합율을 확보한다.
Q4. PE 배관을 지중 매설할 때 매립 깊이는 얼마가 적당한가?
A4. 동결선 이하 0.8 m를 기본으로 하되 차량하중이 있는 경우 보호관 또는 RC 관거를 병행하여 1.2 m 이상 확보한다.
Q5. 배관 내면 라이닝 대신 전체 배관을 플라스틱으로 교체할 때 고려할 점은?
A5. 순수 플라스틱 배관은 인장계수(E)가 낮아 지지 스팬을 금속관 대비 30 % 축소해야 한다. 또한 열팽창이 크므로 U-루프 또는 익스팬션 조인트를 설계한다.