식음료 산업에 사용되는 위생적인 자동밸브

[산업일보]
CONTROL SYSTEM

문명이 발달함에 따라서 산업 또한 발전하고 이에 따른 산업시설은 복잡해지고 다양화 되고 있다. 이 다양하고 복잡한 생산공정을 되도록 간단히하고 자동화하려고 한다. 생산공정의 단순화와 자동화는 생산성을 향상시켜 생산원가를 절감하게 하며 제품의 균일성을 유지시켜 준다.
대부분의 제품 생산공정에는 제품의 생산, 수송 등에 파이프 라인이 필요하며 이 파이프 내부에 흐르는 유체를 조절하기 위해서는 밸브가 꼭 필요하다. 즉, 밸브의 역할은 파이프내의 유체의 흐름을 개폐 또는 유량을 조절한다.
CONTROL 밸브는 유체의 흐름을 제어기의 지시에 의해서 개폐(ON-OFF) 또는 유량을 조절하는 최종제어 구성요소이다. 따라서 밸브 선정은 제품 생산을 최적 상태로 유지하고 에너지를 절감하며 주변 주요기기에 미치는 영향 등을 고려하여 선정하지 않으면 안된다. 아무리 고가의 좋은 밸브라도 선정이 잘못되면 유량제어가 잘 안되어 제품의 질이 균일하지 못하고, 심하면 가동에 지장을 초래하여 막대한 손해를 가져온다. 또한 밸브는 주된 파이프에 연결하여 제품의 생산 또는 수송에 사용하므로 일단 고장이 나면 전체생산을 중단해야 하는 경우가 있기 때문에 대단히 중요하다.
본 서론에서는 모든밸브의 특성을 이해하고, 여러가지 조건에 따른 가장 알맞은 밸브 선정을 할 수 있도록 하는데, 첫째 목적이 있으며 한편으로는 밸브를 구입하여 적용할때 구입조건과 적용에 꼭 맞는 제품을 구입하는데 도움을 주려고 한다.
특히 식음료 밸브는 적용유체의 특성상 사람이 식용하는 음료수 라인에 적용이 되는 밸브이므로, 선정에 있어서 특히 고려가 되어야 하는 조건들이 있다.
첫째는 밸브로 제어하는 유체의 종류를 고려하여 전혀 부식이나 화학적 반응에 민감하지 않고, 이를 견뎌낼 수 있는 재질이 사용되어야 한다.
둘째는 식음료의 특성상 완벽한 포장이 되기전 대기중에 방치가 될 경우 온도 등의 영향에 의해 부패가 될 수 있다. 즉, 작업 공정이 일시 중단되거나 또는 진행중이라도 밸브의 내부쪽에 음료가 고여 있을 수 있는 Dead Space가 있을 경우 부패가 일어나 사람이 식음을 할 경우 건강상의 문제를 야기할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 내부를 Ball Type으로 제작하여 이물질이 고일 수 없도록 내부를 제작해야 한다.
셋째는 공정상의 문제가 발생할 경우 밸브수리를 신속하고 원활하게 하기 위하여 밸브 조립방법을 간편하면서도 견고하게 제작을 하여야 한다.즉, Clamping Ring Connection Type으로 분해와 조립이 간단히 이루어지도록 설계가 이루어져야 된다.

작동방법에 따른 분류

밸브가 어떠한 힘에 의해 작동하는가에 따른 분류이다.

(1) 수동식 밸브 (Manual Valve)
- Hand Wheel Type
- Hand Lever Type
- Warm Gear Type
(2) 자동식 밸브 (Control Valve)
- 공기작동형(Pneumatic Operated Valve)
- 유압작동형(Hydraulic Operated Valve)
- 전기작동형(Electric Motor Operated Valve)
- 전기유압식(Electro-Hydraulic Operated Valve)
- 자기식 (Solenoid Valve)
(3) 자주식 밸브(Self Actuating Valve)
밸브 작동힘이 밸브 내의 스프링과 흐르는 유체의 압력이나 온도에 의하여 발생되는 힘에 의해 작동한다. 자주식 밸브는 밸브에 일정한 압력 또는 온도를 Setting하여 결정치(Setting Point)내에서 조절된다.
자동식 밸브(Control Valve)와 다른 점은 자주식 밸브는 Setting Point를 임의로 변경하기 어렵고 정밀도가 떨어지고 고압이나 고온에서는 사용이 곤란하며, 온도나 압력변화가 심하면 사용할 수 없다.

재질에 따른 분류

재질에 따라서 내부식성, 내마모성이 다르고 온도와 압력에 견디는 정도가 다르다. 일반적인 밸브 재질을 말할때는 본체(Body & Bonnet)재질을 말한다.

(1) Cast Iron Valve (주철제)
FC20, FC25, FCD, ASTM A216 CLASS B 등…
(2) Cast Steel Valve (주강제)
SCPH2, SCPH21, ASTM A216 WCB 등…
(3) Forged Steel Valve (단조강)
SF45, A105, ASTM A182 등…
(4) Stainless Steel Valve
SCS13, SACS14, SUS304, SUS316, ASTM A296 CF8, CF8M
(5) Alloy Steel Valve (합금강제)
ALLOY 20, HASTELLOY B, C…
(6) 비철금속제 밸브
BRONZE, BRASS, ALUMINIUM 등…
(7) PLASTIC, TEFLON, VALVE 등…
식음료 밸브는 Stainless Steel 계열의 재질이 주로 적용된다.

컨트롤 밸브의 선정방법

자동밸브에 의한 제어 방법은 밸브를 작동시키는 제3의 에너지원이 필요하며, 유체의 에너지 일부를 밸브내부의 마찰로 흡수하여 이결과 출구쪽 유체의 온도가 미세하나마 상승하고 압력은 떨어진다.

(1) 설치될 자동밸브 조건
작동(Performance)이 최적이어야 하고 에너지를 절약하며 유지보수가 간단하고 가격이 적당해야 한다.
(2) 자동밸브 설치하기 위한 기본 요소
유체조건(Fluid Condition)으로서 정상적인 운전상태 뿐만 아니라 시운전시의 조건 및 최악의 상태(Maximum, Minimum)일 때를 생각해야 하며, 주위환경조건(Environmental Condi tion)으로서 유체가 흐를 때 밸브에 미치는 주위온도, 먼지, 습도, 지진 및 주변기기에 미치는 영향 등을 고려해야 한다.
유체의 조건으로는 압력, 온도, 유량, 비중, 점도, 밸브 전후단의 압력차 유체의 화학적 성질 등이 있다.
(3) 자동밸브 선정시 고려할 사항
밸브 구동부에 에너지원이 차단시 밸브가 Op en 상태로 있을 것인가, Close상태로 있을것인가를 알아야 한다. 에너지원이 차단시 유체의 낭비, 갑작스러운 유체의 흐름에 대하여 어떻게 대처해 나갈 것인가를 염두에 두어야 한다.
- 필요한 제어속도
- 밸브작동에 필요한 에너지원
- 방폭필요성

이러한 자료가 제공되면 다음순서에 의하여 밸브를 선정한다.
- 필요한 Cv계산
- 밸브종류 선정
- 유량특성선정
- 밸브 및 Port 크기 선정
- 소음계산
- 밸브 BODY, Trim 재질 선정
- Actuator 선정
- Accessory 선정

이러한 순서에 의한다음 마지막 단계는
- 밸브 Type 선정
- 밸브크기 선정
- 온도, 압력에 따른 Grand Packing, Gas ket의 선정과 대책
- 구동부의 Shut off Pressure는 충분한가
- 규정된 CODE(식품위생, 가스, 안전법 등) 검토

동일한 유체를 제어하는데도 여러가지의 밸브 Type 이나 재질이 적용될 수 있다. 그러나 각각의 재질이나 밸브 Type에는 제한되는 범위가 다르고 제어하는 정확도가 똑같지 않으며, 가격이 서로 다르기 때문에 제어 공정을 잘 이해하고 알맞은 경제적인 밸브를 선정해야 한다.

밸브결함 원인과 응급처치

(1) 밸브 설치와 선정의 결함


(2) 밸브의 작동불량


(3) 수압식 밸브에서의 결함


식음료 밸브의 특징과 적용

- 최적의 흐름을 갖는 Stainless Steel 제품.
- 다단형 밸브인 B-K TYPE의 밸브는 고압을 감압시키는데 적용하며, 짧은시간에 가열이 필요한 병공장 등에 적용가능.
- 연결부위의 내부 지름과 Bodyd의 높이가 같아서물 고임이 없는 청결함.
- 고품질의 stainless steel 주물로 된 clam pingring을 할 수 있으며 교환이 가능하다.
- 밸브 가스켓은 EPDM으로 1.4301/1.4571만들며, 온도범위는 -50℃~+135℃, 알칼리, 산성용액 85℃에서 2-5%대의 저항성, 135℃의 스팀에 적용가능 그외의 재질들도 유체에 따라 적용가능함.
- 연결부위는 일반적으로 DIN 11851에 따른 원형나사산 형태며, 고객의 요구에 따라 여러가지TYPE을 적용할 수 있다.


문의: (032)678-6390정 헌 구 / 삼양 알카(주)

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