밸브(Valve)의 종류와 제어방법

관의 도중 또는 관 끝에 결합하여 흐름의 개폐 및 유량의 조절을 하는 데 이용되는 것을 밸브(valve)라 합니다. 보통 Body, Port, Stem, Disc, Seat 및 Packing 등으로 이루어져 있습니다*.

*[참고] 밸브(Valve)의 구조

 

이러한 밸브는 구조적으로 어떻게 관을 개폐, 유량을 조절하는지에 따라서 밸브를 밀어넣어 차단(gate valve), 회전시켜서 차단(ball valve, butterfly valve)시키는 방법 등으로 구별됩니다. 아래는 선광 또는 습식제련 플랜트 등에서 사용될 수 있는 대표적인 밸브의 종류와 제어 방법 등에 대해 보다 자세하게 설명해 놓은 것입니다.

 

I. Valve Type - Shape: 형태에 따른 밸브의 종류

 

(1) Gate Valve(게이트밸브)

 

관내에 수문(gate, sluice)를 들어올리거나 내림으로써 유체의 흐름을 통제하는 밸브입니다. 게이트밸브는 유량 조절에는 적합하지 않으며 완전히 개폐할 때 많이 사용되며, 다른 밸브와는 다르게 유동경로 상에 차단물이 남아있지 않고 완전히 열린 상태이기 때문에 유체 흐름에 저항이 거의 없습니다.

Knife Gate Valve

주로 차단물은 쐐기형태(wedge-shaped) 혹은 끝으로 갈수록 점점 가늘어지는 칼날형태(knife-shaped)를 사용합니다.

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(2) Ball Valve(볼밸브)

 

관내에 구멍이 난 공(ball) 모양의 밸브가 있으며, 이것을 회전시킴으로써 유체의 흐름을 통제하는 밸브입니다. 볼의 형상이 원형이며, 이는 밸브의 입/출구의 형상과 같은 모양이기 때문에 유로 저항이 적습니다.

Ball Valve

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(3) Butterfly Valve(버터플라이밸브)

 

관내에 원판 형태의 밸브가 있으며, 이를 회전시킴으로써 유체의 흐름을 통제하는 밸브입니다. Ball valve와 유사한 형태이나, 디스크가 항상 관내에 존재하기 때문에 유체의 압력 손실을 야기고 밀폐가 완벽하게 이루어지지 않을 수도 있습니다. 그러나, 다른 밸브에 비하여 비교적 좁은 공간에서도 설치될 수 있습니다.

Butterfly Valve

 

II. Valve Type - Purpose: 목적에 따른 밸브의 종류

 

(1) Check Valve(체크밸브)

 

유체의 역류를 방지하는 밸브입니다. (1)은 리프트식이며, 글로브 밸브(globe valve)와 유사한 형태로 유체의 압력에 의해 자동적으로 개폐되고, (2)는 (1)에 비하여 압력손실이 비교적 적은 스윙식입니다.

Check Valve

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(2) Relief Valve(릴리프밸브)

 

회로의 압력이 설정된 압력에 도달할 때, 유체의 일부 또는 전량을 탱크 외부로 배출시켜, 공정 내의 압력을 설정값 이하로 유지하는 압력제어 밸브입니다. 안전밸브와 같은 역할을 하며 소정의 압력 이상으로 내부압력이 올라가지 않도록 하는 것입니다. 구조는 밸브를 스프링으로 누르고 있으며, 스프링이 누르는 힘을 조절해서 뿜어내어 압력을 조정하는 방식입니다.

 

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III. Valve Control: 밸브의 제어

 

흔히 선광, 습식제련 플랜트에는 수많은 밸브가 존재하며, 또한 수동으로 이를 개폐하거나 유량을 조절하는 데는 시간이 많이 소요됩니다. 따라서, 많은 밸브에는 수동 개폐 장치(hand wheel 등)가 아닌 'actuator(액추에이터)'가 설치됩니다. Actuator란 아래와 같습니다.

 

Actuator: 외부의 신호를 받아 전기, 유압, 공기압 등을 동력으로 하여 작동하는 실린더/피스톤 형태의 제어 장치

 

따라서, 일반적으로 각각의 밸브에 설치된 actuator들에 신호를 보내어 전 플랜트의 밸브들을 제어합니다. 하지만, 이들 장치에 문제가 있거나 전원의 공급이 끊킨 경우 밸브의 제어가 불가능해질 수 있습니다. 이런 경우 각각의 밸브들이 열린 상태 또는 닫힌 상태로 유지할 수 있도록 아래와 같이 설계를 할 수 있습니다*.

*특히 공압식 actuator를 사용하는 경우에 해당

Fail Logic

Fail-Open(or Air-To-Close): 평소에는 열려있다가 외부신호에 의해 닫히기 시작(제어가 불가능한 경우 밸브는 열린상태)

Fail-Close(or Air-To-Open): 평소에는 닫혀있다가 외부신호에 의해 열리기 시작(제어가 불가능한 경우 밸브는 닫힌상태)