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  • 기초이론
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VALVE 원리

Valve 란?

CONTROL VALVE 종류

공정에서 필요한 운전 조건인 유량, 압력, 액위, 온도를 얻기 위해 배관내의 유체의 흐름(유량)을 조절하는 계기 설비이다. 밸브의 열림 정도를 스스로 조절할 수 있도록 구성 되어 있으며,연속 공정에서 공장자동화의 최종역할을 하는 필수적인 존재이다.

cv종류
CONTROL 밸브는 유체의 제어목적 및 구동모션에 따라 나누어 진다.
밸브 구동의 직선운동을 통해 유량을 조정하는 밸브 중에는 GLOBE 밸브가 대표적으로 사용된다. 회전운동을 통해 유량을 조정하는 밸브 중에서는BALL, BUTTERFLY 밸브가 대표적으로 사용된다.

Control Valve는 크게 Body, Actuator, Positioner 로 구성되어 배관 내 유체 흐름을 조절하게 된다.
유체가 직접 닿아 유량을 조절하는 Body, 유량을 조절하기 위해 Stem에 힘을 가해 밸브 조작하는 Actuator, Actuator 구동을 위해 정확한 공기의 압을 주입하고, 밸브의 위치를 인식하는 Positioner로 나뉜다.

cv형태
  • ACTUATOR
    Valve가 움직이는데 필요한 힘을 공급
  • POSITIONER
    전기신호를 공압신호르 바꾸는 기능 (I/P)
    + 밸브 위치를 인식하여 공기양 조절
  • BODY
    직접 유체와 접촉하여 유량을 조절하는 부분
BODY

압력 유지부분 (Pressure Retaining Part) 및 유체와 직접 접촉하면서 밸브의 기능을 수행하는 밸브 트림(제어부), 그리고 트림부를 조작하는 구동부로 나눈다.

특히, 트림(제어부)은 밸브의 유체제어 과정에 있어서 유체와 직접 접촉하면서 유체력에 의하여 직접적인 마모 또는 노화되는 부품으로 교환될 수 있는 밸브 부품으로서 공정을 고려하여 특정재질이 적용되어야 한다.

Valve Body Assembly

Pressure Retaining Parts = Body + Bonnet + Bolting

Trim Part (Wetted Parts) = Seat Ring + Plug + Stem + Cage + Packing + Seal ring + Gasket and Shim

cv_body
ACTUATOR

밸브가 움직이는 데 필요한 힘을 공급하는 장치로서,구동기가 밸브 Plug의 적절한 위치를 유지 및 Seat 기밀성을 유지하기 위해 유체가 밸브 플러그에 가하는 힘,스프링의 힘,마찰(Friction)에 의한 힘을 견딜 수 있도록 제품이 선택되어야 한다.

actuator
  • 전기식 (ElectricType) :4 ~20mA 전류신호로서 작동
    –가격이 비싸고 작동속도가 느리며 응답속도가 느림, 유량조절에는 적합치 않으며 주로 ON-OFF Service에 사용된다.
    – 전기모터로 유압 펌프를 작동시켜 실린더를 움직이게 하는 장치로 토크가 크고 작동 시간이 빠르며 미세한조절이 가능하지만 가격이 비싸다.
  • 유압식(HydraulicType)
    구동부의 응답이 양호하고 조작력이 큰 장점이 있다.전기/유압 positioner 를 개입시켜 구동부를 조작한다.
  • 공기식 (Pneumatic)
    압을 가하는 매체를 공기를 사용함으로 가장 널리 쓰이는 방식이다.
actuator

Direct-Acting ActuatorReverse

actuator

Action Actuator

Diaphragm Type Actuator 구조에 따라 밸브의 Fail Position 이 결정된다.하기화살표 방향으로 공기가 주입되어 다이어프램이 눌려지거나 들려지면서 밸브가 닫히거나 열리게 된다.공기 주입되지 않은 상태에서는 밸브가 닫혀 있으면 Fail Close, 열려있으면 Fail Open이다.
Cv (Flow Coefficient)

밸브의 사이즈를 결정하기 위해서는 Cv라는 수치가 사용된다.모든 밸브에는 정해진 Cv값이 있고,조절변의 크기와 밸브에 유체가 흐를 수 있는 량이 얼마인지 나타낸다.

밸브의 전후의 차압을 1psi일 때 1분간 물을 흘릴 수 있는 양 (gal/min)을 표현한 수치이다.
( 예:Cv=40 차압1psi 일때1분간 40 gal의 물을 통과 시킬 수 있는 크기의 밸브를 의미한다. )

CHARACTERISTIC

유량특성

= 컨트롤밸브의 Opening과 유량과의 관계를 나타낸 것 이다.

Opening 정도와 유량의상관 관계 따라 3가지 종류로 나뉘며 밸브 제어부인 Trim 디자인을 달리하여 3가지 특성을 얻어낸다.


Quick Opening : 낮은 개도에서 최대 유량 변화를 제공, 최대유량을 신속하게 얻어야할 때 사용

Linear: 느린 공정에 적용하며,밸브의 압력손실이 압력손실의 40% 초과시 사용

Equal Percent : 차압이 심하게 변화하는 곳에 사용,빠른 공정, 조절범위가 클 때사용

valve_cv

적정 밸브 개도 선정

컨트롤 밸브는 이론적으로 밸브개도가 0 ~ 100%까지 가능하나정상운전
상태유량은 밸브개도가 60 ~ 80% 상태,
최소일 때 밸브개도가 10%이상, 최대일 때 밸브개도가 90%이하로 하는 것이 이상적임

valve_character
valve_character
LEAKAGE CLASS

밸브 차단시 밸브 시트 누설량이 어느 정도까지 허용될 수 있는지를 수치적으로 표현되어 있다.
표현방식: ANSI B16.104규정(정격 Cv값ⅹ%로 표시)

Control Valve Seat Leakage Classifications

(In Accordance with ANSI/FCI 70-2 and IEC 60534-4)

Control Valve Seat Leakage Classifications
Leakage Class Designation Maximum Leakage Allowable Test Medium Test Pressures Testing Procedures Reqyured for Establishing Rating
- - - No test required provided user and supplier so agree
0.5% of rated capacity Air or water at 10-52℃(50-125℉) 3-4 bar(45-60 psig) or max, operating differentlal, whichever is lower. Pressure applid to valve inlet, with outlet open to atmosphere or connected to a low head loss measuring devicem full normal closing thrust provided by actuator.
0.1% of rated capacity As above As above As above
0.01% of rated capacity As above As above As above
0.0005ml per minute of water per inch of orifice dlameter per psl differential
(5 X 10(Pico)㎥ per second of water per mm of orifice diameter per bar differential).
Water at 10-52℃(50-125℉) Max.service pressure drop across valve plug, not to exceed ANSI body rating, or lesser pressure by agreement. Pressure applid to valve inlet after filling entire body cavity and connected piping with water and stroking valve plug clsed. Use net specified max. actuatpr thrust, but no more, even if acailavle during test. Allow time for leakage flow to stavilize.
Not to exceed amounts shown In following table based on port diameter. Air or nitrogen at 10-52℃(50-125℉) 3.5 bar (50 psig) or max. rated differential pressure across valve plug, whichever is lower. Pressure applid to valve inlet. Actuator should be adjusted to operating conditins specified width full normal closing thrust applied to valve plug seat. Allow time for leakage flow to stavilize and us sultavle measuring device.

Class Ⅵ Maximum Seat LEakage Allowable

(In Accordance with ANSI/FCI 70-2)

Class Ⅵ Maximum Seat LEakage Allowable
Nominal Port Diameter Bubbles per Minute⑴
in mm ml per Minute Bubbles per Minute
1 25 0.15 1
1-1/2 38 0.30 2
2 51 0.45 3
2-1/2 64 0.60 4
3 76 0.90 6
4 102 1.70 11
6 152 4.00 27
8 203 6.75 45

1.Bubbles per minute as tabulated are a suggested alternative based on a sultably calibrated measuring device, In this case a 1/5 Inch(6.3 mm) O.D X 0.032 inch(0.8mm) wall tube submerged in water toa depth of grom 1/8 to 1/4 inch(3 to 6mm). The tuve end shall be cut square and smooth with no chamfers or burrs, and the tube axls shall be perpendicular to the surface of the water. Other apparatus ,ay be cpmstructed and the number of bubbles per minute may differ fron those shown as long as thy correctly indicate the flow in ml per minute.