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[기술기고] 산업용 유체 시스템에 적합한 밸브의 고려 사항은?
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[기술기고] 산업용 유체 시스템에 적합한 밸브의 고려 사항은?

기사입력 2022-04-03 12:41:37
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[산업일보]
밸브 선택은 산업, 배관 및 계장 시스템에서 적절한 설계와 유지보수를 시행할 때 중요한 부분을 차지한다. 애플리케이션에 적합한 밸브를 선택하지 않으면, 부적절하거나 품질이 낮은 유체 시스템 성능, Downtime 증가, 피할 수도 있는 안전 관련 사고가 발생할 수 있다.

[기술기고] 산업용 유체 시스템에 적합한 밸브의 고려 사항은?

밸브는 주로 유체 시스템 설계 초기에 선택한다. 일반적으로 시스템의 수명이 다할 때까지 밸브 및 기타 대부분의 자재를 이미 시스템에 존재하는 동일한 타입으로 교체하기 때문에, 처음부터 올바른 밸브를 선택하는 것이 중요하다.

적절한 밸브 선택을 위해 설계자와 기술자는 STAMPED 방법을 따를 수 있다. STAMPED는 크기(Size), 온도(Temperature), 애플리케이션(Application), 유체(Media), 압력(Pressure), 연결구 혹은 피팅(Ends or fittings), 그리고 납기(Delivery) 등 총 7가지 작동 조건을 의미한다.

[기술기고] 산업용 유체 시스템에 적합한 밸브의 고려 사항은?
S: 크기(Size)
밸브의 크기는 유량에 영향을 주기 때문에 시스템에 필요한 유량값에 부합해야 한다. 제조사가 제공하는 유량 계수(Cv)를 통해 밸브 전체의 압력 강하와 이에 부합하는 유량값의 관계를 알 수 있다.

유량 계수 혹은 Cv는 온도가 60°F이고 밸브의 압력차(Outlet과 Inlet의 압력차)가 1psi에서, 밸브를 통해 1분간 흐르는 물의 U.S Gallon 양이다. 가스와 같은 압축성 유체의 경우, Cv 파라미터를 계산하고 사용해 유량을 예측하는 것이 더 복잡하지만, 애플리케이션에서 밸브의 Size를 선택할 때 효율적인 수단으로 사용할 수 있다.

Cv에 영향을 미치는 밸브 설계 요인으로 유로의 크기 및 구조가 포함되며, 밸브의 오리피스 크기는 밸브를 통과하는 유체의 유량에 영향을 미칠 수 있다. 오리피스 크기가 더 클수록, 잠재적인 유량도 더 커진다. 각기 다른 유형의 밸브의 오리피스는 상대적으로 다양하다. 예를 들어, 볼 밸브는 유량 저항성이 거의 없지만, 니들 밸브는 유량이 제한되거나 느려질 수 있기 때문에 밸브 선택 과정에서 고려할 필요가 있다.

확실하지 않을 때는 제조사와의 상담을 추천한다. 제조사와의 상담을 통해 필요한 밸브 Size를 선택할 때 도움이 될 수 있다.

T: 온도(Temperature)
밸브가 제어할 시스템 유체의 온도와 주변 환경의 온도를 고려해야 한다. 현재 온도가 유지될 것인지, 아니면 자주 변할 것인지에 대한 조건이 밸브 선택 및 예방적 유지보수 시행 횟수 등에 영향을 미칠 수 있다.

Sealing Materials의 팽창과 수축을 야기할 수 있는 온도 변화도 고려해야 한다. 금속 자재는 고온에서 강도가 낮아져 압력 등급을 낮출 수 있다. 밸브가 극한의 조건에서 완전한 테스트가 진행되었는지 제조사에 확인하는 것이 중요하다.

[기술기고] 산업용 유체 시스템에 적합한 밸브의 고려 사항은?
A: 애플리케이션(Application)
시스템에서 밸브의 사용 목적을 고려해야 한다. Flow를 막거나 흐르게 해야 하는지, 유량을 조절해야 하는지, 유량의 방향을 제어해야 하는지, 과압으로부터 시스템을 보호해야 하는지 등을 고려할 수 있다.

간단한 Two-way 볼 밸브를 예로 설명하면, 일부 제조사의 볼 밸브는 유량조절(throttling) 기능을 제공하지만, 대부분의 볼 밸브는 유량을 조절하는 데 사용해서는 안 된다. 완전히 열거나 완전히 닫힌 상태에서만 사용해야 한다. 유량을 조절하는 목적으로는 니들 혹은 미터링 밸브가 더 나은 선택일 수 있다.

M: 유체(Media)
알맞은 재질 및 적합한 밸브 선택을 위해 시스템 내의 공정 유체 또한 신중하게 고려해야 한다. 시스템 유체가 밸브의 Body, 시트(seat), 스템 팁(stem tips) 및 기타 연질을 이루는 자재와 호환할 수 있어야 한다. 만약 그렇지 않으면, 부식 문제, 깨짐 혹은 응력 부식 균열이 발생할 수 있고, 이 모든 것은 안전 관련 사고와 금전적인 생산 문제를 야기할 수 있다.

온도와 마찬가지로 밸브가 설치될 장소도 고려해야 한다. 밸브를 플랜트 내부처럼 온도가 조절되는 환경에 설치할 것인가, 아니면 가열된 계장 내부에 설치할 것인가, 직사광선, 비, 눈, 성에, 얼음 등 온도 변화의 요인에 노출된 외부에 설치할 것인가, 염화물에 상당히 노출된 해양 환경인가 등을 생각해야 한다. 밸브와 그 구성 요소는 다양한 재질로 구성되어 있다. 밸브의 수명과 기능을 극대화하기 위해 장소 요인에 가장 적합한 밸브를 선택하는 것이 좋다.

P: 압력(Pressure)
압력은 밸브 선택 시 고려해야 할 또 다른 주요 요소다. 두 가지 다른 맥락에서의 용어 사용에 주의할 필요가 있다.

Working Pressure: 시스템의 일반적인 동작 압력.
Design Pressure: 제조사가 제공하는 밸브의 최대 압력 한계 범위; 테스트 조건에서 제어할 목적이 아니면, 어떤 유체 시스템 자재의 Design Pressure를 초과하지 않아야 한다.

밸브를 선택할 때, 유체 시스템의 압력 한계치는 자재의 최저 압력 한계치 기준에 기반해야 한다. 공정 유체의 압력 및 온도는 부품 성능에 상당한 영향을 미친다. 선택한 밸브는 압력을 유지하고, 필요 시 광범위한 온도와 압력에서 작동되어야 한다. 설계, 재질 선택, 인증은 모두 밸브 성능에 필수적인 측면이다. 또한, 압력과 온도는 서로 상당한 영향을 미친다는 점도 알고 있어야 한다. 일반적으로 공정 유체의 온도가 상승함에 따라 Working Pressure는 감소한다.

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E: 연결구(End Connections)
밸브는 다양한 연결구를 제공한다. 연결구는 일체형 튜브 피팅, 파이프 나사산(pipe threads), 파이프 플랜지(pipe flanges), 용접 연결구(welded ends) 등 다양하게 존재한다. 원래 밸브와 함께 제작되지는 않지만, 연결구 선택은 전반적인 밸브 선택의 완성과 누설 없는 시스템 유지에 필수적이다. 연결구가 시스템 압력 및 온도에 적합한지, 크기가 올바른지 확인해야 한다. 올바른 연결구는 설치를 단순화하고 추가 누설 Points를 방지할 수 있다.

D: 납기(Delivery)
위의 요인들을 고려하고 애플리케이션에 가장 잘 맞는 밸브를 선택했다면, 언제 밸브가 필요한지, 얼마나 많이 필요한지를 생각해야 한다.

기타 다른 요인들과 마찬가지로 유체 시스템 가동과 효율성을 유지하는 데에는 적시적인 납기와 안정적인 공급도 중요하다. STAMPED 방법의 마지막 단계로 공급자를 심사할 필요가 있다. 필요할 때 부품을 제공할 수 있는지, 방문할 수 있는지, 시스템 요구를 함께 파악해나갈 수 있는지 등을 살펴야 한다. 밸브 선택은 안전하고 효율적인 유체 시스템 설계에 필수적이다.

기술기고 - 스웨즈락 코리아 손수일 필드 엔지니어



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