파이프 (관)

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1. 개요
2. 용도
- 2.1. 배관
- 2.2. 파이프라인 수송
3. 역사
4. 제조
5. 재료
6. 규격
7. 설치
8. 기타 용도
참조

1. 개요

파이프는 액체나 기체를 수송하거나 구조적 지지 등의 다양한 목적으로 사용되는 관 모양의 부품이다. 배관, 파이프라인, 압축 공기 시스템, 건설, 석유 산업, 공정 플랜트 등에서 활용되며, 난간, 관악기, 빨대, 가구 등 유체 수송 외의 용도로도 사용된다. 파이프는 용접, 나사산 연결, 압축 피팅, 플랜지 등 다양한 방식으로 연결되며, 재료로는 금속, 플라스틱, 콘크리트 등 여러 가지가 사용된다. 파이프의 크기는 국가 및 국제 표준에 따라 지정되며, 제조 과정은 원심 주조, 압출, 용접 등 여러 공정을 거친다. 파이프 설치는 특수 도구와 기술을 활용하며, 누출 검사 및 지지대 설치가 중요하다.

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파이프 (관)
개요
정의	액체나 기체를 운반하는 데 사용되는 속이 빈 원통형 물체
용도	다양한 산업 분야에서 액체, 기체, 고체 입자 등을 운반하는 데 사용됨
재료
금속	강철 스테인리스강 구리 알루미늄 주철
비금속	플라스틱 (PVC, CPVC, 폴리에틸렌, PEX, ABS 등) 콘크리트 점토 유리 섬유
종류
용도별 분류	배관: 건물 내에서 물, 가스 등을 운반하는 데 사용 송유관: 장거리로 석유나 가스를 운반하는 데 사용 하수관: 하수를 처리장으로 운반하는 데 사용 보일러 튜브: 보일러 내부에서 물을 가열하는 데 사용
재료별 분류	위에 명시된 재료에 따라 다양한 종류가 존재
연결 방식별 분류	나사식 연결 용접 연결 플랜지 연결 소켓 연결
표준 및 규격
국제 표준	ISO (국제 표준화 기구)
미국 표준	ASME (미국 기계 학회) ASTM (미국 재료 시험 협회) API (미국 석유 협회)
유럽 표준	EN (유럽 표준)
일본 표준	JIS (일본 산업 표준)
제조 과정
압출	플라스틱 파이프 제조에 주로 사용됨
인발	금속 파이프 제조에 사용됨
용접	대구경 파이프 제조에 사용됨
주조	주철 파이프 제조에 사용됨
특징
장점	액체나 기체를 효율적으로 운반 가능 다양한 재료와 크기로 제작 가능 설치 및 유지 보수가 비교적 용이
단점	부식, 마모, 파손 등의 위험 존재 내부 압력에 따라 파손될 수 있음 설치 환경에 따라 제한적인 사용
관련 용어
배관	파이프를 사용하여 액체나 기체를 운반하는 시스템
피팅	파이프를 연결하거나 방향을 바꾸는 데 사용되는 부품
밸브	파이프 내부의 흐름을 제어하는 데 사용되는 장치
펌프	파이프 내부의 액체를 이동시키는 데 사용되는 장치
기타
주의사항	파이프의 재료와 용도에 맞는 적절한 선택 필요 설치 시 관련 규정 준수 필요 정기적인 점검 및 유지 보수 필요

2. 용도

배관
수도
관개
파이프라인: 가스 또는 액체를 장거리 수송
압축 공기 시스템
건설 프로젝트에 사용되는 콘크리트 말뚝의 케이싱
고온 또는 고압 제조 공정
석유 산업:
* 유정 케이싱
* 정유 설비
공정 플랜트에서 유체(기체 또는 액체)를 공정의 한 지점에서 다른 지점으로 전달
식품 또는 공정 플랜트에서 벌크 고체를 공정의 한 지점에서 다른 지점으로 전달
고압 저장 용기 건설 (대형 압력 용기는 벽 두께와 크기 때문에 파이프가 아닌 판으로 제작됨).

또한 파이프는 유체를 수송하는 것과 관련이 없는 많은 목적으로 사용된다. 난간, 비계 및 지지 구조는 특히 산업 환경에서 구조용 파이프로 제작되는 경우가 많다.

2. 1. 배관

파이프는 설비 또는 구조물에 연결되어 사용되며, 이러한 연결 작업을 배관이라고 한다. 배관 시 파이프는 이음매를 사용하여 연결된다. 다만 이음매는 파이프 자체보다 강도가 약하기 때문에, 고압 유체 등을 통과시킬 때는 특수 설계된 파이프를 사용하기도 한다.

파이프는 일반적으로 용접으로 연결되거나, 나사산이 있는 파이프와 부속품을 사용한다. 연결부를 밀봉하기 위해 파이프 나사산 복합제, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 나사산 밀봉 테이프, 오컴 등을 사용하거나 기계식 커플링을 사용한다. 공정 배관은 일반적으로 TIG 또는 MIG 공정을 사용하여 용접으로 연결된다. 가장 일반적인 공정 파이프 조인트는 맞대기 용접이며, 용접할 파이프 끝은 필러 용접 금속을 수용하기 위해 37.5도 각도로 된 끝 용접 준비(EWP)가 필요하다. 북미에서 가장 일반적인 파이프 나사산은 국립 파이프 나사산 (NPT) 또는 Dryseal (NPTF) 버전이다.

구리 파이프는 납땜, 브레이징, 압축 피팅, 플레어링 또는 크림핑으로 연결된다.

플라스틱 파이프는 용제 용접, 열 융합 또는 탄성 중합체 밀봉으로 연결될 수 있다.

자주 분리해야 하는 경우에는 개스킷 파이프 플랜지 또는 유니온 피팅이 나사산보다 더 나은 신뢰성을 제공한다. 연성 재료의 얇은 벽 파이프는 압축 피팅으로 연결될 수 있다.

''''는 일반적으로 개스킷을 압축하는 "푸시온" 스타일의 파이프를 사용한다.^[15] 파이프 조인트 윤활제를 파이프 조립에 사용해야 한다.^[15] 매설된 조건에서 개스킷 조인트 파이프는 토양 이동으로 인한 측면 이동과 온도 차이로 인한 팽창/수축을 허용한다.^[15] 플라스틱 MDPE 및 HDPE 가스 및 수도관은 종종 전기 융착 피팅으로도 연결된다.

대형 지상 파이프는 일반적으로 플랜지 조인트를 사용한다. 기계식 홈이 있는 커플링 또는 Victaulic 조인트는 잦은 분해 및 조립에 사용된다.

도시의 가스관, 수도관, 배수관은 동물의 혈관처럼 도시 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

2. 2. 파이프라인 수송

파이프라인은 가스나 액체를 장거리로 수송하는 데 사용되는 파이프 시스템이다.

3. 역사

고대 문명에서부터 파이프가 사용되었다. 최초로 알려진 파이프의 사용은 고대 이집트에서였다. 기원전 25세기 경에 완공된 사후레 피라미드는 380m 이상의 구리 파이프를 포함하는 정교한 배수 시스템을 갖춘 사원을 포함하고 있었다.^[2]

나폴레옹 전쟁 동안 버밍엄 총기 제작자들은 압연 공장을 사용하여 철제 머스킷 총신을 만들려고 시도했다.^[3] 1817년, 헨리 오스본은 비교적 효과적인 공정을 개발하여 1820년경부터 철제 가스관을 만들기 시작했으며, 일부를 가스 조명 개척자 새뮤얼 클레그에게 판매했다.^[4]

19세기에 강철 파이프가 도입되었을 때, 처음에는 리벳으로 고정되었고, 나중에는 H자형 바를 사용하여 클램핑되었다. 1870년대에 이미 무용접 강철 튜브를 만드는 방법이 알려졌음에도 불구하고,^[5] 1930년대 초까지 이러한 방법은 오늘날에도 널리 사용되는 용접으로 대체되었다.^[6]

4. 제조

금속 파이프 제조에는 세 가지 주요 공정이 있다. 뜨거운 합금 금속의 원심 주조는 가장 두드러진 공정 중 하나이며, 연성 철관은 일반적으로 이러한 방식으로 제조된다. 금속 외에 플라스틱 파이프는 압출 방식으로 제조된다.

이음매 없는 파이프(SMLS)는 고체 빌릿을 관통봉 위로 드로잉하여 속이 빈 쉘을 만드는 로터리 피어싱이라는 공정을 통해 형성된다. 제조 공정에 용접이 포함되지 않으므로 이음매 없는 파이프는 더 강하고 신뢰할 수 있는 것으로 인식된다.

1970년대 이후 재료, 공정 제어 및 비파괴 검사 기술이 발전하면서, 올바르게 지정된 용접 파이프가 많은 분야에서 이음매 없는 파이프를 대체할 수 있게 되었다. 용접 파이프는 판재를 롤링하고 이음매를 용접하여 형성된다(일반적으로 전기 저항 용접("ERW") 또는 전기 융합 용접("EFW")으로). 스카핑 블레이드를 사용하여 내부 및 외부 표면 모두에서 용접 플래시를 제거할 수 있다. 용접 부위를 열처리하여 이음매를 덜 보이게 할 수도 있다. 용접 파이프는 이음매 없는 유형보다 치수 공차가 더 좁은 경우가 많으며 제조 비용이 저렴할 수 있다.

ERW 파이프를 생산하는 데는 여러 공정이 사용될수 있는데 강철 구성 요소가 파이프로 합쳐지거나 병합되도록 한다. 용접해야 하는 표면을 통해 전류가 통과한다. 용접되는 구성 요소가 전류에 저항하면서 열이 발생하여 용접부를 형성한다. 강한 전류가 금속을 통과하면서 두 표면이 연결되는 곳에 용융 금속 풀이 형성된다. 이러한 용융 금속 풀은 두 개의 맞닿은 구성 요소를 결합하는 용접부를 형성한다.

ERW 파이프는 강철의 종 방향 용접으로 제조된다. ERW 파이프의 용접 공정은 간헐적으로 별개의 섹션을 용접하는 것과 달리 연속적이다. ERW 공정은 강철 코일을 원료로 사용한다.

고주파 유도 기술 (HFI) 용접 공정은 ERW 파이프 제조에 사용된다. 이 공정에서 파이프를 용접하는 데 필요한 전류는 튜브 주변의 유도 코일을 통해 적용된다. HFI는 에너지 부문에서 사용되는 것과 같은 중요한 용도뿐만 아니라 라인 파이프 응용 및 케이싱 및 튜빙을 포함한 다른 용도에 사용되는 파이프를 제조할 때 "일반" ERW보다 기술적으로 우수한 것으로 일반적으로 간주된다.

대구경 파이프 (25cm 이상)는 ERW, EFW 또는 서브머지드 아크 용접("SAW") 파이프일 수 있다. 이음매 없는 공정 및 ERW 공정으로 생산할 수 있는 강철 파이프보다 큰 크기의 강철 파이프를 제조하는 데 사용할 수 있는 두 가지 기술이 있다. 이러한 기술을 통해 생산되는 두 가지 유형의 파이프는 종방향 서브머지드 아크 용접 (LSAW) 파이프와 스파이럴 서브머지드 아크 용접 (SSAW) 파이프이다. LSAW는 넓은 강철 판을 구부리고 용접하여 만들어지며 석유 및 가스 산업 분야에서 가장 일반적으로 사용된다. 높은 비용으로 인해 LSAW 파이프는 수도관과 같은 저가 비 에너지 응용 분야에서는 거의 사용되지 않는다. SSAW 파이프는 강철 코일을 나선형 (나선형) 용접하여 생산하며 강철 판 대신 코일을 사용하므로 LSAW 파이프보다 비용 이점이 있다. 따라서 나선형 용접이 허용되는 응용 분야에서는 SSAW 파이프가 LSAW 파이프보다 선호될 수 있다. LSAW 파이프와 SSAW 파이프는 모두 직경 40–60cm 범위에서 ERW 파이프 및 이음매 없는 파이프와 경쟁한다.

5. 재료

파이프는 세라믹, 유리, 섬유 유리, 금속, 콘크리트, 플라스틱 등 다양한 재료로 만들어진다.^[7] 과거에는 나무와 납이 사용되기도 하였으며, '배관'이라는 단어는 라틴어로 납을 의미하는 ''plumbum''에서 유래했다.^[7]

일반적으로 금속 파이프는 강철(미가공, 검은색(래커), 탄소강, 스테인리스강, 아연 도금 강), 황동, 연성 철 등으로 만들어진다.^[7] 철 기반 파이프는 산소 함량이 높은 물에서 부식될 수 있다.^[7] 알루미늄 파이프는 철이 서비스 유체와 호환되지 않거나 무게가 문제일 때, 그리고 냉매 시스템과 같은 열 전달 튜브에 사용된다. 구리 튜브는 가정용 수도 시스템과 열 교환기에 사용된다. 인코넬, 크롬 몰리, 티타늄 강철 합금은 고온 및 고압 환경에서 사용되며, 크리프 및 과민화 효과를 고려해야 한다.

납 파이프는 독성 때문에 더 이상 식수용으로 사용되지 않으며, 건축 법규에 따라 교체가 요구된다.^[8] 1991년 미국 환경 보호국은 납 및 구리 규칙을 발표하여 공공 음용수의 납과 구리 농도를 제한했다.^[9]

플라스틱 튜브는 가볍고, 내화학성이 있으며, 부식성이 없고, 연결하기 쉬워 널리 사용된다.^[10] 폴리염화 비닐(PVC),^[10] 염소화 폴리염화 비닐(CPVC), 섬유 강화 플라스틱(FRP),^[11] 강화 폴리머 모르타르(RPMP),^[11] 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 가교 고밀도 폴리에틸렌(PEX), 폴리부틸렌(PB), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 등이 사용된다.

콘크리트나 세라믹 파이프는 저압, 중력 흐름, 배수 등에 사용된다. 하수도용으로는 콘크리트 또는 유리질 점토 파이프가 주로 사용되며, 철근 콘크리트는 대구경 파이프에 사용된다.

파이프용 합금은 밀 테스트 보고서(MTR)를 통해 재료 조성을 확인하고, 추적성을 유지한다.^[12] 양성 재료 식별(PMI) 장치를 사용하여 재료를 검사하기도 한다.

강철 파이프는 천연 가스나 프로페인 운반, 화재 스프링클러 시스템에 사용된다. 연결은 나사산, 용접, 기계식 커플링 등을 사용한다.

구리 튜브는 온수 및 냉수 공급, HVAC 시스템의 냉매 배관에 주로 사용되며, 연질 및 경질 구리 튜브가 있다.

6. 규격

파이프 크기는 다양한 국가 및 국제 표준에 따라 지정된다.^[13] 파이프 크기를 나타내는 방법은 여러 가지가 있는데, 북미에서는 NPS(공칭 관경)를 사용하고 유럽에서는 DN(공칭 직경)을 사용한다. NPS는 인치를 기반으로 하며, DN은 밀리미터를 기반으로 한다.

NPS 14인치(DN 350) 미만의 파이프는 실제 외경(OD)과 공칭 값이 다르다. 예를 들어 NPS 2인치 파이프의 실제 OD는 2.375인치이다. 반면 NPS 14인치 이상의 파이프는 NPS 값이 실제 직경(인치)을 나타내고, DN 값은 NPS에 25를 곱한 값을 50의 배수로 반올림한 값이다.

파이프의 외경은 고정되어 있지만, 내경은 파이프의 벽 두께에 따라 달라진다. 예를 들어, 2" 스케줄 80 파이프는 2" 스케줄 40 파이프보다 두꺼운 벽을 가지고 있어 내경이 더 작다.

강철 파이프의 크기 체계는 오랫동안 사용되어 왔으며, PVC와 아연 도금 파이프에도 적용되고 있다. JIS 파이프와 같이 국가별로 고유한 표준을 사용하는 경우도 있다.

철 파이프 크기(IPS)는 현재도 일부 사용되는 이전 시스템으로, 스케줄은 표준 벽(STD), 특강(XS), 이중 특강(XXS)으로 제한된다. 연성철관 크기(DIPS)는 IPS보다 큰 OD를 가진 또 다른 오래된 시스템이다.

주거용 배관에 사용되는 구리 '''튜브'''는 구리 튜브 크기(CTS)라는 별도의 시스템을 따르며, 공칭 크기는 내경이나 외경과 다르다. 농업 분야에서는 플라스틱 관개 파이프(PIP) 크기가 사용된다.

압력 배관의 제조 및 설치는 ASME 보일러 및 압력 용기 코드(BPVC) 기반의 ASME "B31" 코드 시리즈에 의해 규제되며, 이는 법적 효력을 가진다. 파이프 제조 표준은 화학 조성 및 기계적 강도 테스트를 요구하며, '''제조 공정 추적 보고서'''와 '''재료 시험 보고서'''(MTR)를 통해 결과를 보고한다.

널리 사용되는 파이프 표준에는 API 5L (ISO 3183), ASME SA106 Grade B, ASTM A312 등이 있다.

경질 폴리염화비닐관(단위: mm)
호칭 지름	VP(HIVP)(두꺼운 관)		VU(얇은 관)
호칭 지름	외경(⌀)	내경(⌀)	외경(⌀)	내경(⌀)
40	48	40	48	44
50	60	51	60	56
65	76	67	76	71
75	89	77	89	83
100	114	100	114	107
125	140	125	140	131
150	165	146	165	154
200	216	194	216	202
250	267	240	267	250
300	318	286	318	298

7. 설치

파이프 설치는 자재 비용보다 더 비싼 경우가 많으며, 이를 돕기 위해 다양한 특수 도구, 기술 및 부품이 개발되었다.^[14] 파이프는 일반적으로 "스틱" 또는 파이프 길이(일반적으로 6m)로 배송되거나, 엘보, 티, 밸브와 함께 미리 조립된 파이프 스풀 형태로 제작되어 현장에 설치된다. 파이프 스풀은 현장에서의 설치 효율성을 높이기 위해 작업장에서 준비되며, 바코드가 부착되고 보호를 위해 끝부분은 캡으로 덮여 있다. 일반적으로 5cm보다 작은 파이프는 미리 제작되지 않는다. 파이프와 파이프 스풀은 대규모 상업/산업 작업의 창고로 배송되며, 실내 또는 야적장에 보관된다.

파이프 또는 파이프 스풀은 회수, 배치, 장비 장착 후 제자리에 들어 올려진다. 대규모 공정 작업에서는 크레인과 호이스트 및 기타 자재 리프트를 사용하여 들어 올린다. 일반적으로 파이프 지지대가 부착되거나 다른 방식으로 고정될 때까지 빔 클램프, 스트랩 및 소형 호이스트를 사용하여 강철 구조에 임시로 지지된다. 작은 배관 파이프(나사산 끝) 설치에는 파이프 렌치가 사용된다. 작은 파이프는 무게가 가벼워 설치 기능공이 제자리에 들어 올릴 수 있지만, 공장 가동 중단 또는 정지 기간 동안에는 작은 파이프도 설치를 신속하게 하기 위해 미리 제작될 수 있다.

파이프가 설치된 후에는 누출 검사를 하고, 검사 전에 공기 또는 증기를 불어내거나 액체로 세척하여 청소해야 할 수 있다. 파이프는 파이프 지지대를 사용하여 아래에서 지지되거나 위에서 매달린다. 지지대는 파이프 바닥에 용접된 I-빔의 절반과 유사한 파이프 "슈"처럼 단순할 수 있다. 클레비스를 사용하거나 파이프 행거라고 하는 트라페즈 유형의 장치를 사용하여 "매달아" 놓을 수도 있다. 모든 종류의 파이프 지지대는 열팽창을 보상하거나, 진동 절연, 충격 제어 또는 지진 운동으로 인한 파이프의 진동 여기 감소를 위해 스프링, 스너버, 댐퍼 또는 이러한 장치의 조합을 통합할 수 있다.

파이프는 일반적으로 용접으로 연결되며, 나사산 파이프와 부속품을 사용한다. 파이프 나사산 복합제, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 나사산 밀봉 테이프, 오컴, 또는 PTFE 문자열로 연결부를 밀봉하거나 기계식 커플링을 사용한다. 공정 배관은 일반적으로 TIG 또는 MIG 공정을 사용하여 용접으로 연결된다. 가장 일반적인 공정 파이프 조인트는 맞대기 용접이다. 북미에서 가장 일반적인 파이프 나사산은 국립 파이프 나사산 (NPT) 또는 Dryseal (NPTF) 버전이다. 다른 파이프 나사산에는 영국 표준 파이프 나사산(BSPT), 정원 호스 나사산 (GHT) 및 소방 호스 커플링 (NST)이 포함된다.

구리 파이프는 납땜, 브레이징, 압축 피팅, 플레어링 또는 크림핑으로 연결된다. 플라스틱 파이프는 용제 용접, 열 융합 또는 탄성 중합체 밀봉으로 연결될 수 있다. 자주 분리해야 하는 경우 개스킷 파이프 플랜지 또는 유니온 피팅은 나사산보다 더 나은 신뢰성을 제공한다. 연성 재료의 일부 얇은 벽 파이프는 압축 피팅으로 연결될 수 있다.

지하 파이프는 일반적으로 두 개의 인접한 조각 사이에 형성된 공간에 개스킷을 압축하는 "푸시온" 스타일의 파이프를 사용한다. 푸시온 조인트는 대부분의 파이프 유형에서 사용할 수 있으며, 파이프 조인트 윤활제를 파이프 조립에 사용해야 한다. 매설된 조건에서 개스킷 조인트 파이프는 토양 이동으로 인한 측면 이동과 온도 차이로 인한 팽창/수축을 허용한다.^[15] 플라스틱 MDPE 및 HDPE 가스 및 수도관은 종종 전기 융착 피팅으로도 연결된다. 대형 지상 파이프는 일반적으로 플랜지 조인트를 사용하며, 이는 일반적으로 연성 철 파이프 및 일부 기타 파이프에서 사용할 수 있다. 기계식 홈이 있는 커플링 또는 Victaulic 조인트는 잦은 분해 및 조립에도 자주 사용된다. 밸브 또는 게이지와 같은 네트워크 관리를 위해 다른 구성 요소가 필요한 챔버에서 파이프가 연결될 때 장착/탈착을 용이하게 하기 위해 일반적으로 분해 조인트를 사용한다.

8. 기타 용도

파이프는 관악기, 빨대, 배관 자재, 파이프 셔터, 가구등 다양한 용도로 사용된다. 또한 난간, 안전 난간 및 울타리 제작에도 널리 사용된다. 도쿄 스카이트리 건설에도 파이프가 사용되었다.

참조

_[1] 웹사이트 ISO – Pipe, Tube and Fittings Standards and Specifications http://www.engineeri[...] 2010-09-09
_[2] 웹사이트 Egyptian Pharaoh Had Copper Plumbing https://www.copper.o[...] 2022-11-06
_[3] 서적 Cyclopædia of useful arts & manufactures, ed. by C. Tomlinson. 9 divs https://books.google[...] 1852
_[4] 서적 Mechanics' Magazine https://books.google[...] Knight & Lacey 1842
_[5] 서적 Iron and Steel Manufacture. A series of papers on the manufacture and properties of iron and steel; with reports on iron and steel in the Paris Exhibition of 1867 ... With numerous engravings. Reprinted from "Engineering." Revised and enlarged by the author https://books.google[...] William MacKenzie 1873
_[6] PDF https://www.awwa.org[...] 2024-08
_[7] 웹사이트 Potable Water Pipe Condition Assessment For a High Rise Condominium in The Pacific Northwest http://crmanage.com/[...] GSG Group Inc., Community Engineering Services 2012-12-03
_[8] 뉴스 Porter: Gravy Train Cuts Mean More Lead In Our Water https://www.thestar.[...] Toronto Star 2012-10-23
_[9] 웹사이트 Saltwire | Halifax http://thechronicleh[...] 2016-04-20
_[10] 문서 2004
_[11] 문서 AWWA M45 Fiberglass Pipe Design 1.1
_[12] 웹사이트 Material Test Report FAQ: MTR Frequently Asked Questions And Answers https://encompass-in[...]
_[13] 웹사이트 Notes on Pipe http://www.gizmology[...] Gizmology.net 2012-08-13
_[14] 웹사이트 Pipe Support Hardware http://www.pipingtec[...] Piping Technology and Products 2011-12-27
_[15] 문서 2007
_[16] 웹사이트 【管・パイプの基礎知識】管・パイプとは何か https://www.haikanbu[...] 配管百科 2024-12-09

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