산업용 유체 시스템의 밸브 선택 방법

산업용 유체 시스템에 적합한 밸브를 선택하는 방법

밸브 선택은 산업, 배관 및 계장 시스템의 적절한 설계 및 유지보수에서 중요한 부분을 차지합니다. 특정 애플리케이션에 적합한 밸브를 선택하지 않으면 작업자가 부적절하거나 품질이 낮은 유체 시스템 성능, 가동 중단 시간 증가, 피할 수도 있는 안전성 위험에 직면할 수 있습니다.

밸브는 일반적으로 유체 시스템 설계 초기에 선택합니다. 시스템 수명 기간 전체에 걸쳐 유지보수 기술자는 시스템 사양에 따라 일반적으로 밸브와 기타 대부분의 자재를 이미 시스템에 존재하는 동일한 타입으로 교체하게 됩니다. 따라서 처음부터 올바른 밸브를 선택하는 것이 더욱 중요하며, 그렇게 했을 때 추후 작업자가 밸브를 조기에 교체하지 않아도 됩니다.  

어떻게 올바른 선택을 할 수 있습니까?

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적절한 밸브 선택을 위해 설계자와 기술자는 STAMPED 방법을 따를 수 있습니다. 여기서 STAMPED는 크기(Size), 온도(Temperature), 애플리케이션(Application), 매체(Media), 압력(Pressure), 말단 혹은 피팅(Ends or fittings) 그리고 배송(Delivery)을 의미합니다. 이런 각 작동 조건을 꼼꼼히 고려한다면 산업용 유체 및 분석 샘플링 시스템 전문가가 올바른 밸브 선택을 할 수 있습니다.

본 문서에서는 유체 시스템 설계에 STAMPED를 적용하는 방법을 다음과 같이 소개합니다.

S: 크기

밸브의 크기는 유량에 영향을 주며, 시스템에 적절하거나 원하는(또는 필요한) 유량값에 부합해야만 합니다. 제조업체는 밸브 전체의 압력 강하와 이에 부합하는 유량값의 관계를 나타낸 유량 계수(C_v)를 제공해 줄 것입니다.  

유량 계수(C_v)는 온도가 60°F이고 밸브 전체 1psi 압력 강하가 있을 때 밸브를 통해 1분간 흐르는 물의 양(U.S 갤런)입니다. 가스와 같은 압축성 유체의 경우, C_v 파라미터를 계산 및 이용하여 유량을 예측하는 것이 더 복잡하긴 하지만, 이는 여전히 주어진 애플리케이션에 대한 밸브의 크기를 선택할 때 효과적인 수단을 제공합니다.

C_v에 영향을 미치는 밸브 설계 요인으로 유로의 크기 및 구조가 포함되며, 밸브의 오리피스 크기는 밸브를 통과하는 유체의 유량에 영향을 줍니다. 오리피스 크기가 더 클수록, 잠재적인 유량도 더 커집니다. 각기 다른 유형의 밸브의 오리피스는 매우 다양합니다. 예를 들어, 볼 밸브 는 최소의 유량 저항만 제공하는 반면 니들 밸브 의 경우 유량이 제한되거나 느려질 수 있습니다. 선택 과정에서 이러한 점들을 고려해야 합니다.

확실하지 않은 경우 제조업체와 상담하십시오.—유능한 제조업체라면 필요로 하는 밸브 크기를 선택하는 데 도움을 줄 것입니다. 이러한 목적으로 스웨즈락은 간편한 Cv 계산기(C_v calculator )를 제공하며, 이는 애플리케이션에서 올바른 밸브를 선택하는 시작점으로 사용될 수 있습니다.   

T: 온도

밸브가 작동하는 곳의 온도를 고려해야 합니다. 여기에는 밸브가 제어할 시스템 유체의 온도와 주변 환경의 온도가 모두 포함됩니다. 스스로 질문해보십시오.“이 온도가 유지될 것인가, 아니면 자주 변할 것인가?” 이러한 조건들이 밸브 선택 및 예방적 유지보수를 얼마나 자주 시행해야 하는지에 영향을 미칠 수 있습니다.

밀봉 재료의 팽창과 수축을 야기할 수 있는 온도 변화를 고려하십시오. 또한, 금속 자재는 고온에서 강도가 낮아져 압력 등급을 낮출 수 있습니다. 밸브가 극한의 조건에서 완전히 테스트되었는지 제조업체에 확인하는 것이 중요합니다.

A: 애플리케이션

시스템에서 밸브의 사용 목적에 대해 고려하십시오. Flow를 막거나 흐르게 해야 하는가? 유량을 조절해야 하는가? 유량의 방향을 제어해야 하는가? 과압으로부터 시스템을 보호해야 하는가?

이러한 질문에 대한 답이 귀하의 설계를 위한 밸브 유형을 선택하는 데 도움이 될 것입니다. 간단한 2-way 볼 밸브 를 다시 예로 들어 설명하겠습니다. 일부 다른 제조사의 볼 밸브는 유량조절(throttling) 기능을 제공하지만, 대부분의 볼 밸브는 유량을 조절하는 데 사용해서는 안 되며, 완전히 열거나 완전히 닫힌 상태에서만 사용해야 합니다. 유량을 조절하는 목적이라면 니들 혹은 미터링 밸브가 더 나은 선택일 수 있습니다. 귀하는 이 기사에서 밸브 기능 및 유형에 대해 더 자세히 알아볼 수 있습니다.

M: 매체

알맞은 재료 구성이 사용된 적합한 밸브 선택을 할 때 시스템 내의 공정 유체도 신중하게 고려해야 합니다. 시스템 매체가 밸브 본체, 시트, 스템 팁 및 기타 연질의 재료를 구성하는 재료와 호환되는지 확인하십시오. 호환되지 않는 경우 부식 문제, 취성 혹은 응력 부식 균열이 발생할 수 있으며,—이 모두가 안전성 위험뿐만 아니라 비용이 많이 드는 생산 문제를 야기할 수 있습니다.

온도와 마찬가지로 밸브를 사용할 장소도 고려해야 합니다. 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? 밸브와 그 구성 요소는 다양한 재질로 구성되어 있습니다. 밸브의 수명과 기능을 극대화하기 위해 이러한 요인에 가장 적합한 밸브를 선택하십시오.

P: 고압

압력은 밸브 선택 시 고려해야 할 또 다른 중요한 요소입니다. 용어가 사용되는 두 가지 상이한 맥락에 유의하십시오.

• 사용 압력(Working pressure): 시스템의 일반적인 작동 압력.
• 설계 압력(Design pressure): 제조업체가 제공하는 밸브의 최대 압력 한계. 제어된 테스트 조건이 아니라면, 어떤 유체 시스템 부품의 설계 압력도 초과해서는 안 됩니다.

밸브를 선택할 때, 유체 시스템의 압력 한계는 부품의 최저 정격 압력에 기초한다는 점을—기억하십시오. 공정 유체의 압력 및 온도는 부품 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 선택한 밸브는 압력을 유지하고, 필요 시 광범위한 온도와 압력에서 작동되어야 합니다. 설계, 재질 선택, 인증은 모두 밸브 성능에 필수적인 측면입니다. 또한, 압력과 온도는 서로 상당한 영향을 미친다는 점도 알고 있어야 합니다. 일반적으로 공정 유체의 온도가 상승함에 따라 사용 압력은 감소합니다.  

E: 말단 연결구

밸브는 말단 서로 다른 다양한 연결구와 함께 제공됩니다. 말단 연결구는 일체형 튜브 피팅, 파이프 나사산(pipe threads), 파이프 플랜지(pipe flanges), 용접 말단(welded ends) 등 다양할 수 있습니다. 원래 밸브와 함께 제작되지는 않지만, 말단 연결구의 선택은 밸브 구성 전체와 누설 방지 시스템 유지에 중요합니다. 말단 연결구가 시스템 압력 및 온도에 적합하고 크기가 올바른지 확인하십시오.—올바른 말단 연결구는 설치를 단순화하고 추가 누설 지점을 방지할 수 있습니다.

D: 배송

위의 각 요인들을 고려하고 귀하의 애플리케이션에 가장 잘 맞는 밸브를 선택했다면, 다음과 같이 질문해보십시오. “언제 밸브가 필요한가? 얼마나 많이 필요한가?”

기타 다른 요인들과 마찬가지로 유체 시스템 가동과 효율성을 유지하는 데 적시에 배송하는 것과 신뢰할 만하게 공급하는 것도 중요합니다. STAMPED 방법의 마지막 단계로 공급자를 심사하십시오. 필요할 때 부품을 제공할 수 있는가? 방문할 수 있는가? 시스템 요구를 파악하기 위해 협력할 수 있는가?

밸브 선택은 안전하고 효율적인 유체 시스템을 설계하는 데 필수적입니다. 밸브 선택 및 유체 시스템 설계에 관한 더 자세한 정보가 궁금하십니까? 스웨즈락의 교육 과정에 참여하여 설계 지식을 높여 보십시오. 곧 개설되는 가상 교육 과정도 알아보시기 바랍니다.

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Joe Bush는 스웨즈락의 선임 제품 매니저로서 일반적인 산업용 밸브 제품 라인의 장기적인 비전과 전략을 수립하는 업무를 담당하고 있습니다. 스웨즈락에서 26년간 일해온 Joe Bush는 고순도 서비스 그룹의 기술 서비스 리더십, 선임 가격 분석가, 오일 및 가스 시장의 마켓 매니저를 비롯한 다양한 직위의 경험을 가지고 있습니다.