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2000년 2월호 알파와 오메가
8. 제어밸브
8.1 제어밸브 개요
2단계 : 구동부 선정
선정된 몸통부를 기준으로 외부의 입력 신호(제어신호)에 대응하여 몸통부의 트림이 유체를
제어하는데 필요한 위치를 정하는 역할을 하는 것으로 선정의 2차요소이다.
3단계 : 악세사리의 선정
자동제어밸브의 제어기능을 향상시키기 위한 보조기기로써 선정의 3차 요소이다.
3010 선정공정도
3020 밸브의 유량계수
자동제어밸브의 유체 수송의 능력을 표시하는 계수로써, 3가지 방식이 있다. 이중에서도
미국식 방식인 Cv 계수가 가장 일반적으로 널리 사용된다.
Cv 계수
밸브의 개도를 일정하게 하고, 60℉(15.6℃)의 청수를 밸브 입,출구 전후의 차압을
1psi (0.0703kgf/cm2)로 유지한 상태로 1분 동안 흐른 유량을 US
Gallon/Minute(1US Gallon = 3.785 lit-re)으로 표시한
계수
Kv 계수
독일에서 널리 사용되는 밸브 유량계수로써, 밸브의 개도를 일정하게 하고 5~30℃의
청수를 밸브 입,출구 전후의 차압을 1kgf/cm2으로 유지한 상태로 일정시간 흐른유량을
m3/Hr로 표시한 계수
Av 계수
자동제어밸브의 유량계수를 계산할 때, 사용되는 모든 단위를 국제 단위인 SI 단위로
환산하여 표시한 계수
관계식
Cv = 1.17 Kv = (Av 106)/24
3030 자동제어밸브 기술사양서 작성방법
기술사양서의 작성은 제어밸브에 대한 발주자의 일반적인 정보(발주자의 프로젝트명,
시스템명, 사용목적, 밸브번호 등)와 기술적인 성능요건과 함께 설계 및 제작, 시험검사의
요건이 발주자에 의해 작성된다. 그러나 제어밸브는 제작사마다 독특한 기술력과 함께
경험에 의한 노하우가 있기 때문에 발주자와 제작자가 협의하여 기술사양을 정하는 경우가
일반적이다.
따라서 기술사양서에서 발주자는 기본적인 요건 즉, 관련 기술산업 기준인 코드, 스탠다드(Code
& Standard)를 중심으로 하는 설계 제작 요건을 언급하고, 이를 종합적으로
양식화한 사양 명세서를 제작자와 함께 작성한다.
이 사양 명세서는 발주자가 작성하는 사양과, 발주자 및 제작자가 함께 협의 하여
결정해야 하는 사양 그리고 이에 따라 제작자가 결정해야 하는 사양 등으로 구분된다.
다음은 제어 밸브의 사양 명세서에 필히 기록되어야 할 사양들이다.
그러나 이들 각 사양 항목들이 사양 명세서에 모두 기입되지 않는 경우가 많은 데,
이는 발주자가 그간의 경험이나 보안상의 목적으로 이들 사양을 모두 지정하지 않는 경우도
많다.
< 작성의 예 >
A. 제어밸브의 밸브번호, 사용목적 및 밸브 형식
1.밸브번호
2.밸브의 사용목적 또는 적용계통의 명칭
3.관련 P&ID(배관 및 계장 다이아그람) 번호
B. 밸브의 운전조건
1.유체의 종류(물, 액체, 증기, 기체로 구분)
(다음의 사항은 정밀한 밸브 선정을 위하여 운전조건별 최대, 정상, 최소 또는 운전모드별로
운전 데이터가 필요함)
2.유량
3.밸브 입,출구 압력 또는 입구압력과 밸브에서의 차압
4.유체의 온도
5.유체의 물성치(비중량, 점성계수 등)
6.밸브에서의 최대 차단 압력(Shut-off Pressure)
7.운전조건별 밸브 유량계수(Cv = Q(Gf/△P)1/2
C.밸브의 구조
밸브의 구조는 앞서 언급한 바와 같이 밸브의 트림, 밸브 몸통 그리고 구동장치와 액세서리로
구분된다.밸브 구조를 기술사양서로 구체화 시킬 때는 밸브 트림의 유량특성, 기본적인
밸브 형식과 밸브 몸통의 재질은 발주자가 지정하는 것을 원칙으로 하나, 실제 구체적인
밸브 엔지니어링 단계에서 사양이 바뀌어질 가능성도 있다. 따라서 밸브의 구조에 대한
것은 발주자와 제작자가 서로 긴밀한 기술 협의가 요청되는 부분이다.
<밸브의 몸통 및 본네트 형식>
1.밸브의 크기(입구 호칭직경과 호칭직경을 명기)
2.밸브의 배관체결 형식 및 압력등급을 규정(Rating & Connection
Standards)
(예)플랜지 규결일 경우:AN-SI Class600#RF,RF-Raised Face
Flange per ANSI B16.5
-소켓용접단과 버트용접일 경우:600#SW, 1500# BW
3.밸브 본네트 형식 및 재질
-체결형식(예: Bolted, Pre-ssure Seal, Clamped ect.)
-본네트 형식(예: Stand-ard, Leak-off, Extended Bonnet,
Bellows Seal, Fi-nned Bonnet, ect.)
-재질
4.연결배관의 크기 및 규격
(예: 입구/출구배관:4″(100A)Sch 80S/6″(150A) Sch, 40S,
ect)
5.밸브 몸통의 재질 및 연결배관의 재질
6.패킹 및 가스켓의 재질 및 형식
-가스켓의 형상 및 재질(예: Metal Ring Gasket, Spiral Wound
Graphite Filled Gasket, Spiral Wound PTFE Gasket,
ect.)
-패킹의 종류 및 형상(예: Graphite Packing, Live Loaded
Stem Packing, PTFE V-Packing, ect.)
<밸브 트림>
7.트림의 형식(예: Single Seat, Double Seat, Cage Guided,
Balanced/Unbalan-ced, ect.)
8.트림의 유체 제어특성(예: EQ%, Linear, Quick Open, Modified
EQ%, Parabolic, ect.)
9.트림의 재질 및 표면(경도)처리(예: SS410 HT, SS304 w/Stellite
HF, SS420w/Nit-ronizing HT, ect.))
10.트림의 구조(예: Multi-Hush, Raven, Drag Megastream,
CASCA-DE, CAVITROL, ect.과 같이 밸브 제작사 별로 고유의 트림
구조 형식을 표시할수 있음)
<밸브 구동장치>
11.구동 장치의 종류 및 형식 예)공기압 구동 다이아후람, 공기압 구동 피스톤(싱글,
더블), 유압구동, 전동구동, 기타
12.구동장치의 크기 및 규격 예)공기압 구동 다이아후람 엑츄에이터인 경우 다이아후람의
직경,피스톤 구동 엑츄에이터인 경우 피스톤의 직경,전동 모터 구동의 엑츄에이터인 경우에는
입력 전압 및 출력(HP)
13.구동 동력원의 사양 예)공기압의 경우 공기압력을 구체적으로 표기(공급 공기압,
제어 공기압 등)전동 구동의 경우에는 입력 전압, 상, 주파수 등
14.밸브의 안전모드 설정 예)공기압 손실 시-Air Fail:to close(닫힘)
or to open(열림) or to lock(운전위치) the valve
15.밸브 구동장치의 핸들(유무, Top or Side)
3100 유량특성과 밸브에서의 차압 ΔP
제어밸브에 있어서 유량특성은 밸브의 개도에 다른 유량의 변화량과의 관계로 표시한다.
유량특성은 밸브 자체의 고유 유량특성과 실제 배관시스템에 설치되었을 때의 실제 유량특성(이하
유효 유량특성이라 한다)이 있다. 이들의 유량특성은 제어밸브의 성능평가에 매우 중요한
요소이다.
3110 고유 유량특성
밸브 전후의 차압을 일정하게 한 경우의 유량특성을 고유 유량특성이라 한다. 이 유량특성은
밸브 제작사의 밸브 트림 기술자료로 공급되는 자료이다.
유체의 제어용으로 채택되는 근본적인 유량특성은 선형(Linear)특성과 등비율(Equal
Percentage)특성이 있으며, 이들 두 특성은 밸브 제작자의 트림설계에 따라
다양한 변형의 유량특성이 제공되고 있다. 다음의 그림은 ISA Control Valve
Handbook에서 보여주고 있는 밸브의 고유 유량특성도 있다.
선형특성은 밸브의 유량계수 변화율이 밸브 개도와 일정한 관계를 가지며, 등비율특성은
밸브의 유량계수 변화율이 그 밸브개도 변화전의 유량계수과 비례하는 관계로서 다음과
같이 표현된다. 일반적으로 그로브 제어밸브는 트림을 다양한 형식으로 변형할 수 있음으로
용이하게 밸브의 고유 유량특성을 얻을 수 있지만, 기타의 볼밸브, 버터후라이밸브 형식의
제어밸브는 구조상 유량특성을 임의로 변경할 수 없는 단점이 있다.
-선형특성
y=1/R+(1-1/R)x,
dy=(1-1/R)dx (3100-1)
-등비율특성
y=R(x-l),
dy=In Rdx (3100-2)
여기서 y= Cv/Cv max.
x=L/L max
Cv max=밸브의 최대 Cv
Cv:스템의 L에서의 밸브 유량계수
L max:밸브의 최대 스트로크
L:스템의 위치
R:제어밸브의 고유 렌지어비리티(Rangeability) |
