1. 서론
1.1 VALVE의 역사
배관계통에 있어서 PIPE, VALVE, 그리고 FITTING류등은 기본적인 배관계의 구성부품으로써 거의 같은 시대에 발명되었을
것이라는 추측은 자명하다.
문명의 초기시대에는 PIPE 재료로서 흙이나 돌, 혹은 나무, 가죽등이 주된 재료이었을 것이고 이후 청동기 시대부터는 보다
다루기 쉬운 Pb이나 Cu등이 PIPE의 주된 재료가 되었다. 특히 납으로 만든 PIPE인 연관은 기록상으로 보아 아시아의
고대도시는 물론 이집트 및 그리스의 도시에서도 널리 사용되었다.
특히Pb으로 만든 PIPE인 연관은 기록상으로 보아 아시아의 고대도시는 물론 이집트 및 그리스의 도시에서도 널리 사용되었다.
그러나 16세기경 영국의 위대한 철공쟁이 Wilkinson이 연관을 대량으로 생산할 수 있는 조관기를 발명함으로써 PIPE와
VALVE의 대량 사용시대를 맞이하게 되었다.
이러한 증거의 하나로써 그림1과 같이 PLUG VALVE의 일종인 콕(Cock)을 가공하는 기계로 볼수 있는 장치가 1629년경
로마출신의 장인에 의해 발명된 것을 보아도 잘 알수 있다.
사실 VALVE로 보면 B.C.약 600년에서 400년즈음 그리스나 로마시대의 도시 관개시설등의 유물을 통해 상당히 성능 좋은
STOP VALVE들이 사용된 것을 짐작할 수 있으며, 그림2와 같은 청동제 COCK VALVE(이러한 유형의 VALVE는
이태리의 나폴리나 런던의 대영박물관에 BALL 수 있음)는 기원후 25년에 세워진 Tiberius 궁전의 유물중의 하나이다.
아무튼 17세기에 들어서면서 VALVE기술이 괄목할만한 발전을 보이는데 1681년 Dennis Papin은 기록상 최초로 압력용기의
과압(Over Pressure)으로부터 용기를 보호하는 장치인 레버타입의 SAFETY VALVE를 발명했으며, 1781년 Jean Disaqulier는
이를 본격적으로 STEAM BOILER에 적용하였다.
이후 증기기관의 발명자인 James Watt는 1769년 그의 증기기관에 현대적 형태의 VALVE를 적용하였다.
그림3은 와트가 만든 장치로써 PLUG 콕 VALVE, 수동조작 리프트 VALVE, 리프트 체크VALVE, 일종의 FlapVALVE인
스윙체크VALVE가 조합되어 있으며, 아울러 증기량을 조절할 수 있는 오늘날의 BUTTERFLY VALVE에 상당하는
VALVE가 여기에 있다.
이때까지 즉 18세기 까지는 PLUG 콕 VALVE가 STOPVALVE로써 주종이었으나 이후 Mandsley가 나사깍는 기계를
발명함으로써 VALVE에서도 큰 변혁을 갖게된다.
그림4는 나사를 이용한 초기형태의 GATE STOP VALVE로써 1839년 James Nasmyth가 발명한 것이고 이를 계기로 1840년부터
1890년 사이에 이와 유사한 매우 다양한 형태의 VALVE가 계속발명되었다.
즉 현재도 국제적인 명성의 Dowrance Valve사는 1875년 현대적인 PLUG VALVE를 시초로 다양한 종류 및 규격의 VALVE등을
생산하고 있으며, 1886년 영국의 Joseph Hopkinson씨는 Parallel Slide형식의 GATE VALVE를 발명하여 지금가지도
이 VALVE를 홉킨슨사를 통해 100년이상을 계속 생산해오고 있다.
세계1차 대전을 전후해 괄목할만한 몇가지 일들이 있었는데 이때만 하더라도 대부분의 VALVE는 PLUG 타입의 VALVE가
많아 대형의 경우 막 시판되고 있는 GATE VALVE에 비하여 과도한 내부 누설(LEAKAGE)을 효과적으로 방지 못하고
아울러 구동토크가 매우 큰 이유로 대형 PLUG VALVE는 거의 생산이 되지 않았다.
마침 스웨덴의 기술자가 PLUG VALVE의 PLUG 면에 나선형의 홈을 파서 대형의 PLUG VALVE를 만들어 사용해보니
아주 부드럽고 내외부의 누설(LEAKAGE)도 없는 좋은 VALVE로 탄생되었고, 이 VALVE를 윤활타입의 PLUG VALVE라고 한다.
마찬가지로 다이아후램 VALVE는 남아프리카의 금광채굴에 종사하던 한 기술자가 VALVE의 GLAND 부위에 과도한 누설
(LEAKAGE)이 자주 발생하는 것에 착안하여 개발해낸 것으로 영국의 특허청에 정식 등록된 것은 1929년이었고 이 VALVE는
현재 GLAND 부위의 과도한 누설(LEAKAGE)을 방지하는 VALVE 구조가 아닌 부식성 액체를 취급하는 유체라인에
PLUG VALVE와 함께 가장 널리 쓰이는 것중의 하나가 되었다.
또 이때에 BALL 타입의 PLUG VALVE가 개발되었고 곧 이 VALVE는 1930년부터 40년경 현재의 BALL VALVE로 개량되었다.
이들이 주로 유럽을 중심으로 이뤄진 VALVE기술의 성과라면 미국의 경우 다소 늦은 감이 있지만 세계2차대전 전후
미국을 중심으로 한 VALVE공업은 극심한 공황의 끝에 살려낸 산업의 대량생산체계에 따라 제조공정의 자동화에 부응한
본격적인 의미의 자동제어VALVE의 등장이라 할 수 있다.
1944년 미국 텍사스주 남부의 휴스턴 근교에 있는 Mansoneilan사는 VALVE업계 최초로 VALVE의 성능이라고 할 수 있는
VALVE유량계수(Flow Capacity, Cv)를 도입하여 자사의 CONTROL VALVE에 적용하였고, 이는 특히 CONTROL VALVE의
차압과 유량과의 제반 물리적 특성을 가장 합리적으로 보여주는 파라미터로써 현재의 모든 VALVE의 성능을 표시하는
잣대가 되고 있으며 미국 계장 협회에서도 이를 채택하고 있을 정도이다.
지금까지 VALVE의 역사를 살펴보았는데 현재 가장널리 사용되는 7대VALVE 즉, GATE VALVE GLOBE VALVE, CHECK VALVE,
BUTTERFLY VALVE, PLUG VALVE, BALL VALVE, SAFETY VALVE 등은 까마득한 옛날부터 인류 역사상 가장 큰 기술적
관심사인 물의 관리에 있어서 VALVE라 말할 수 있는 것들을 역사의 흔적에서 쉽게 발견 할 수 있다.
단지 앞서 열거한 것은 그것들에 대한 구체적 사례들을 든 것 뿐이고 실제 우리나라에서도 유사한 종류들의 도구들을
적절히 활용해 왔을 것으로 믿고 싶다.
그러나 우리나라에 있어서 근대적 의미를 갖는 VALVE의 등장은 아무래도 일본에 의해 지배를 받던 1910년경 이후로
볼수 있다.
목포나 군산항을 통해 엄청난 양의 쌀이 일본으로 수탈되어 갔는데 당시 김제평야나 나주들녘의 논에 관개를 하던 양수장을
중심으로 5K급의 대구경(직경 100mm이상)GATE VALVE가 PUMP의 전단에 설치되었으며 이들 GATE VALVE는 해방후에도
상당기간 적절히 이용되었던 것을 기억하고 있는 사람들이 있을 것이다.
그러면 우리나라 VALVE의 본격적 시작은 결국 일제 말기 부산을 중심으로 일반 선박용의 포금제 VALVE 및 일반
가정용 청동 수도꼭지를 만들기 시작한 우리나라 VALVE업계의 첫 효시이자 현재 국내제일의 VALVE업체인
범한금속공업(주)의 전신인 부산포금을 들 수 있다.
이들 청동제 수도꼭지 및 주철제 VALVE들은 약 15년이상을 기술적인 큰 진전없이 만들어져 오다가1963년 7월 공업표준화법에
의해 KS 표시규격의 청동VALVE(KS B-2301), 수도꼭지(KS B-2331), 및 수도용 제수VALVE(KS B-2332)가 제정되면서 기술적,
품질적인 면에서 큰 진전이 있게 되었다.
이때는 제2공화국의 등장과 함께 울산을 중심으로 새로운 공업화의 태동이 있던 시기로 부산을 중심으로 한 영남권의
소규모 VALVE업체가 다수 설립되던 시기였다.
이들 중 몇 개 업체는 이제 VALVE업계의 중진으로 자리를 잡고 있으며 시기를 몇 년 지난 1972년부터 73년경 주철VALVE 및
주강VALVE가 KS규격으로 제자리를 잡았다.
이후 1970년대 중반부터 중화학공업육성정책에 따라 창원에 대규모의 기계공업단지가 들어서고 아울러 구미쪽에는 몇 년
앞서 섬유 및 전자단지가 들어서게 된다.
부산의 고성산업사, 국제VALVE, 창원의 범한금속등이 비교적 큰 규모의 VALVE 제작공장을 가동기키게되고, 대구에도
소규모의 VALVE업체가 생겨났다.
아울러 경인지방 특히 인천은 일제시대부터 기계공업이 발달한 곳으로써 이 시기에 소규모의 VALVE공장 즉, 지금의
서흥금속 전신인 고려특수VALVE와 (주)삼신의 전신인 삼신철공등이 부평을 중심으로 중저가의 VALVE류를 만들고 있었다.
이 당시만 하더라도 석유화학공장에 대량으로 들어가는 PLANT PROCESS용 VALVE등 대부분이 수입되던 시기로써
선도적 역할을 수행한 극히 일부분의 VALVE 회사만이 미국석유공업협회의 API 인증 석유화학용 저가VALVE를 생산하고
있었을뿐 고부가의 고온고압VALVE에는 엄두도 못냈던 시기였다.
이후 1970년대 하반기부터 고리원자력발전소 3.4호기 및 영광원자력발전소 1.2호기가 순차적으로 건설되면서 수만대의
원자력용 VALVE가 엄청난 고가로 수입되던차에 (주)삼신이 일본 오까노 VALVE사와 기술제휴하여 1983년경 국내 최초로
원자력용 비안전계통의 2인치 이하의 단조VALVE를 영광원자력 1.2호기에 납품하게 되면서 고온고압의 고부가가치VALVE
생산에 들어가게 되었다.
이어 범한금속이 원자력용 대형 주강VALVE를 국산화하고, (주)서흥금속이 삼신의 뒤를 쫒아 원자력용 단조VALVE를
생산하게 되었다.
이후 1987년 부터의 호경기와 더불어 특히 충남 서산의 대산지방을 중심으로 한 석유화학쪽의 대규모 신규시설 투자와
기존 석유화학PLANT의 신증설 및 일제히 보수기를 맞이하게 됨으로써 유래를 찾아 볼수 없는 대호황을 누리게 된다.
이때에 PLANT용 주철, 주강제의 VALVE를 생산하는 업체 또한 전국적으로 300여개나 될 정도로 우후죽훈격으로
생겨나기도 했던 시기였다.
이러한 호황의 격동기도 잠시뿐 현재 얼어붙은 불경기속에서 새봄을 기다리고 있는 심정이지만 냉정하게, 우리나라
VALVE기술의 역사를 생각하면 언제 새봄이 올까 걱정이 앞선다.
실로 선진국들은 거의 100여년 이상의 기술적 역사를 가지고 있는 반면에 피부로 느끼는 우리의 VALVE역사는
단지 30여년에 불과해 선진국과 최소한 10년 정도의 기술격차가 있다고 하겠다.
그리고 PROCESS PLANT 공정용의 CONTROL VALVE와 일부 특수공정에 쓰이는 고가의 VALVE들은 경험이나
기술적 환경을 고려해 볼때 적어도 20년이상은 격차가 날것으로 생각된다.
1.2 VALVE공학의 의미
VALVE는 아주 오래 전부터 유체의 흐름을 제어하는데 사용되어 왔다.
여기서 말하는 제어란 뜻은 유체에서 물리적으로 표현되는 압력, 온도 및 유체의 속도 즉, 유량을 조정한다는 것이다.
이러한 VALVE는 배관계의 유체흐름을 각각의 PROCESS계에서 요구하는 유체의 물리적 조건과 양에 맞도록 각 제어단위의
마지막 단계에서 유체흐름을 제어하는 가장 일반적이고 가장 중요한 제어요소(Control Component)이다.
VALVE공학은 유체계통의 제어요소인 VALVE를 공학적으로 다루는 것으로써, VALVE가 어느 PROCESS계통에서 하나의
구성인자로 보아 그 기능과 목적을 다루는 능동적인 제어부품으로의 공학적 의미와 VALVE 그 자체의 역학적인 거동을
PROCESS계통의 운전조건에 비교하여 보는 공학적 의미가 있다.
PROCESS 단위로 보면 PIPE가 수송해야 할 유체 에너지는 PROCESS계의 제어요소인 VALVE나 오리피스에서 주로
유체 속도 또는 유체압력의 형태로 조정된다.
이를 유체량의 제어기능과 유체압력의 제어기능으로 구분할 수 있으며, 이 두 기능은 항상 유체에너지를 수송하는
PROCESS 배관계통의 형평과 안전을 위하여 상호보완적인 관계로 제어기능을 수행한다.
이러한 제어기능에 최대의 관점을 두어 설계된 VALVE가 CONTROL VALVE인 것이다.
모든 VALVE는 수송하는 유체의 압력, 온도 및 유량에 합당한 크기와 구조를 가지고, 유체에너지가 손실되지 않도록 외부와
불필요한 에너지 교류는 피하여야 한다.
따라서 VALVE를 공학적으로 다루기 위해서는 유체역학이 가장 중요한 분야가 되고, VALVE의 원활한 기능 유지를 위해서는
구조적 안정성이 중요 설계인자가 된다.
VALVE를 구성하는 재료등은 유체의 화학적 성상(性狀)과 온도, 압력등 물리적 특성에 크게 죄우됨으로 재료공학에 대한
지식이 요구된다.
아울러 제어를 정밀하게(Sophisticate)하기 위해서는 전기전자공학이 필요하다. VALVE가 수천년 이전의 아주 오래전부터
유체에너지의 수송과 제어에 핵심적으로 사용되어 오고 있지만, VALVE의 근본적 형태에 변화가 있었던 것은 아니다.
그러나 산업이 점차 거대화되고 고도화 되어가고 있는 현재의 산업현장의 VALVE 운전 환경은 사용유체의 다양성은
물론 고온 고압등 고에너지의 유체제어가 산업의 안전과 더불어 고도로 요구되기 때문에 VALVE의 중요성이 날로
부각되고 있다.
여기서는 이러한 VALVE의 중요성을 VALVE와 VALVE를 포함한 PROCESS계로 확대시켜 VALVE에 대하여 보다
체계적인 공학적 접근을 시도하기 위해 VALVE공학이라고 썼지만, VALVE공학을 학문적으로 체계화시켜 도입하기에는
다루는 분야가 협소한 듯하고 아울러 세부적인 사항이 다른 분야에서 깊이있게 다뤄지고 있어 따로 VALVE쪽으로 분리해서
말할만한 학문적 일체성(Identity)도 갖고 있지 않다.
그러나 미국의 몇몇 대학의 수리학(水理學)교실등에서는 VALVE의 유체학적 또는 유체에너지를 다루는데 있어
VALVE구조의 동력학적인 거동을 연구하는데 매우 활발하며, 일부 대규모 VALVE전문업체를 중심으로 이뤄지는
VALVE의 구조, 제어기능, 유체동역학 및 재료부분 등으로 활발한 공학적인 접근을 일단 VALVE공학이라는 용어로
정리하기로 한 것이다.
1.2-1 VALVE의 설계조건
PROCESS 계통에 있어서 계통의 원활한 운전과 기능 유지를 위해서는 제어요소인 각 VALVE에서의 기능이 문제가 된다.
이들 VALVE 기능의 문제는 PROCESS 계통 설치시 충분하게 고려되어야 한다. 이 VALVE의 기능 문제를 두고 기능을
설계 목표이상으로 건전하게 유지시키는 것이 바로 VALVE설계의 조건이다.
VALVE가 PROCESS 계통에서 과도한 하중이 계통 자체에서 뿐만 아니라 밖에서도 생기게 된다.
PROCESS의 운전온도, 운전압력, 유체의 밀도, 유체의 수송속도등이 계통내의 하중이 되고, PROCESS에 가해지는 배관진동,
VALVE 구동장체에서의 추력 및 자체하중, 지진등의 고려, 배관파단으로 생길 수 있느 배관떨림(Pipe Whhipping)등이
계통외의 하중이 될 것이다.
이러한 PROCESS 계통내외에서의 과도한 하중으로 인하여 VALVE의 일부가 손상되어 제어기능을 불안하게 할 경우라든가
운전에 지장을 초래한다면 전체 PROCESS 계통의 기능 유지등 그 영향은 점차 매우 어려운 상태에 이를 수도 많다.
실제로 VALVE 손상-주로 VALVE의 가장 핵심적인 내부누설(LEAKAGE)구조의 손상으로 인한 거대 PROCESS PLANT의
화재사고등은 어쩌면 사소한 장치로 볼수 있는 VALVE에서 기인된 경우가 많다.
따라서 VALVE는 구조적으로 충분한 강도를 가지고 있어 내외부의 어떠한 하중이 가해지더라도 손상으로부터 안전하여야
하며 또한 구조적으로 각 VALVE 구성부품의 형상이 기능 및 운전성 유지에 적합하여야 한다. 그리고 사용조건인
PROCESS 계통의 운전환경,수송유체의 종류, 계통의 제어목적 및 공공의 안전에 관련된 설계 요구사항등에 VALVE의
사용목적이 적합하여야 한다.
VALVE에 관한 이러한 관점은 각국의 VALVE에 관한 표준규격이나 고압가스협회등에서 VALVE에 요구하는 법적인 규제 또는
설계요건사항들을 보면 이해가 잘 된다.
VALVE는 계통의 한 부품으로서 그 역할은 계통설계자료의 치밀한 계통 밸런스에 대한 형평성추로써의 역할이다.
이 역할은 계통의 압력, 온도 및 유량에서 보면 이들 물리적 양을 제어하고자 하는 것이고, PROCESS 계통의 구조적
BALANCE에 따르면 계통압력 및 온도에 충분한 구조강도를 갖는 VALVE의 강도이다.
VALVE를 PROCESS 계통의 구조해석상(후자의)관점에서 그 역할을 구분하여 보면 다음의 세가지로 구분 설명할 수 있다.
(1)계통에 대한 능동적 부품(Active Component)으로써의 VALVE PROCESS 계통의 일부 또는 전체 계통을 사고로부터
완화시키거나 정지시킬 때 필요한 계통의 한 부품으로서의 역할이다.
이는 PROCESS 계통의 기능상 이 부품의 역할이 매우 중요함으로 VALVE의 구조강도를 충분히 유지함은 물론 계통의
어떤 사고나 피로등에 의한 파괴로부터 더 이상의 연속적인 계통손상을 방지하기 위하여 계통의 한 구성부품인 VALVE가
능동적으로 계통의 기능을 보호하는 역할을 수행하여야 한다.
통상 이러한 경우를 고려하여 실제의 VALVE 운전조건이나 설계조건보다도 더욱 가혹한 비정상적인 PROCESS를 고려하여
설계, 제작되는게 일반적이다.
(2)계통에 대한 VALVE의 기능상의 능력(Functional Capability) PROCESS의 가혹한 운전조건하에서는 계통 및 VALVE자체의
치수 안전성을 유지하며 계통운전이 원활히 되도록 정격 유량을 수송 또는 제어하는 능력을 갖고 있어야 한다.
(3)VALVE 자체의 운전성으로 설계 및 사용조건 VALVE 자체의 운전성으로 설계 및 사용조건하에서 규정된 안전 기능을
충족하면서 요구되는 VALVE 그 자체는 30~40여개의 부품으로 조립되는 비교적 간단한 기기이지만 높은 압력과 온도
그리고 급격하 에너지의 변화가 VALVE의 트림(VALVE의 유체 접촉부로써 교환될 수 있는 VALVE 구성부품)의 조작부에서
이뤄지게 됨으로 각 구성 부품들이 이러한 환경에 충분히 견딜 수 있는 구조로 되어 있어야 한다.
이와같이 VALVE는 PROCESS 계통에 대한 능동적인 역할과 VALVE 자체의 기능 및 운전성의 유지로 계통의 기능 및 운전을
원활하게 수행할 수 있도록 하는 것이다.
1.2-2 VALVE의 설계
VALVE 설계의 기본적 INPUT DATA는 TEMPERATURE와 PRESSURE이다.
PROCESS 유체의 화학적성상에 따라 VALVE의 재질은 달라지지만 소위 VALVE 크기를 정하는 기본 단위는 우선 TEMP.과
PRESS.이다.
VALVE의 구조상 VALVE의 내압부는 다른 어떤 압력용기 보다도 구조적으로 매우 취약한 구조적인 불연속부(Structural
Discontinuity)를 갖고 있어 압력에 대한 복잡한 구조적인 거동으로 인한 국부 응력의 증가와 더불어 열에 의한 굽힘응력과
변형이 VALVE의 내부에 복잡하게 생기므로 VALVE 설계시 이들 효과를 고려하여야 한다.
특히 고온고압으로 갈수록 이의 영향은 매우 크게 되므로 고난도의 설계가 된다.
아울러 MOTOR ACTUATOR나 CONTROL VALVE의 ACTUATOR를 장착한 VALVE의 경우 이들 구동장치의 무게로 인한
VALVE 구조의 불안정성이 고조된다.
다음의 그림6은 미국 기계학회에서 정한 원자력 발전소용 VALVE의 설계요건을 항목별로 요약한 것으로 일반 PROCESS용의
VALVE 설계와 크게 다를 것이 없다.
단지 특별히 더욱 강조한 사항은 VALVE구조의 구조적 강도유지를 설계의 핵심으로 한 것이고 여기에 열이나 기계적
교번하중으로 인한 피로상도를 강조하고 있다.
PROCESS 계통의 유체역학적 TRANSIENT현상에 의해 VALVE 구조의 불안정성은 더욱 고조되어 심한 경우 VALVE 구조가
파손되는 사례도 적지 않게 발생한다.
다음의 그림 7과 그림8(차호에 소개)은 VALVE의 구조적 불연속부에서의 열에의한 굽힘특성을 보여주는 좋은 예이다.
그림9(차호에 소개)는 VALVE의 내압에 의한 VALVE몸체의 응력구동을 설명하고 그림10은 VALVE의 구동장치의 무게중심이
VALVE몸체에서 멀리 떨어져 있는 경우 VALVE의 BONNET면에 작용하는 MOMENT와 간단한 VALVE의 고유진동수를
설명하는 그림이다.
이외에 배관계에서 전달되는 배관작용력(열팽창에 의한 축방향 힘과 굽힘모멘트 및 TORGUE)에 안전하게 VALVE의 치수
보전과 강도를 유지하도록 설계한다.
VALVE는 유체 수송의 직접 제어부인 DISK(프러그)와 SEAT(케이지)부를 구조적으로 안정하게 유지하기 위하여 어느정도의
불용(不用)공간이 생긴다.
이 공간들을 CAVITY)라고 하는데 이 CAVITY에서 VALVE 기능상 많은 문제점이 생긴다. 이곳에 유체가 차 있다가
온도 상승으로 밀폐된 유체가 팽창하여 DISK의 원활한 운동을 방해하기 때문이다.
VALVE 설계시 이러한 불용공간을 최대로 줄이는 것이 VALVE의 기능보장을 위해서도 매우 중요한 설계요소이다.
아울러 VALVE에서 유체를 제어할 때 유체의 흐름속도 및 VALVE면에서의 마찰, 그리고 유로면의 넓고 좁음에 따른
압력손실등으로 VALVE의 유체수송(유체에너지수송)능력이 저하하게 된다.
최근들어 PROCESS PLANT가 거대화되고 고도화함에 따라 VALVE에서의 이러한 유체수송능력의 저하를 가급적으로
줄이기 위한 VALVE의 유로형상(Flowpath)을 설계해야 한다.
같은 크기의 VALVE라 할지라도 VALVE의 유량계수가 많고 적음은 이러한 유로형상의 설계기술의 차이에서 기인된다고
볼수 있다.
유로형상의 설계는 이론적으로 설계하기란 거의 불가능하여, 각기 다른 유로형상을 가진 시험원형(Proto Type)의
VALVE들을 일일이 TEST하여 최적의 유로형상을 찾는다.
물론 여기에 중점적으로 설계입력이 되는 것은 압력항, 온도항, 그리고 유체의 흐름속도 이다.VALVE DESIGN에서의
가장 핵심은 누설(LEAKAGE)방지에 있다.
누설(LEAKAGE)은 SEAT와 DISK간에서 발생되는 내부 누설(LEAKAGE)과 GLAND PACKING 또는 본네트 가스켓에서 생기는
외부 누설(LEAKAGE)로 구분된다.
이중 가장 문제가 되는 것은 GLAND PACKING에서의 누설(LEAKAGE)이다.
VALVE 설계에서 심도 있게 다뤄지는 부분이 GLAND PACKING의 재질, 편조 및 성형방법, 조합방법, 크기 및 체결방법이며
상당수의 VALVE관련 연구논문중 30%이상이 이에 대한 것으로 앞으로도 깊이 다뤄야 할 기술적 당면과제이다.
1.2-3 VALVE의 기능
VALVE의 기능은 VALVE공학적 의미에서 두가지 축면으로 고려된다.
하나는 VALVE자체의 구조적 강도에 관련하는 기능이고 다른하나는 유체 수송 및 제어의 기능이다. 이 두가지 기능은
서로 불가분의 관계를 가지고 있다.
물론 전자의 경우는 VALVE의 재료가 갖고 있는 금속학적 특성과 재료자체의 강도 특성, 그리고 이들을 VALVE의 사용환경에
맞도록 상호 기구학적으로 결합하여, 원활하게 VALVE로써 운전될 수 있도록 충분한 구조강도를 유지해야 하므로 VALVE의
하드웨어(HARDWARE)적 기능이고, 후자는 VALVE의 운용상 특히 PROCESS의 운전목적의 달성을 위하여 VALVE가
수행해야 할 제어기능 즉, 유로개폐(ON-OFF)나 유로 또는 유체에너지량의 조절(Throttling)을 원활하게 해야 하므로
VALVE의 SOFTWARE적 기능이다.
이러한 VALVE의 기능을 전자의 경우 VALVE의 구조기능이라고 하고 후자를 VALVE의 제어기능이라고 정한다.
이러한 VALVE의 기능에 문제가 생기는 원인도 아울러 구분이 된다. 제어기능에 문제가 생기는 경우 통상 PROCESS 계통의
설계과정에서의 오류보다는 시운전이나 실제 운전시에 많이 발견된다.
시운전시에는 계통이 전반적으로 불안전하고 불규칙한 운전모드가 설계조건과는 다르게 발생된다.
전반적으로 PROCESS 계통에서의 VALVE문제는 80%이상이 시운전시에 발견된다. PROCESS의 운전시에는 거의 아무런
문제도 생기지 않다가 계통의 기동 또는 정지시에 VALVE에 문제가 생겨있음을 발견하는 경우도 앞서의 경우와 같다.
이러한 예로써 복수기(Condenser), 복수배관(Feed Water Extraction Drains)의 CONTROL VALVE와 같은 경우 VALVE에서의
유체제어시 생길 수 있는 일반적 현상은 후라싱현상이 예측되지만 계통이 장기간 정지하여 있다가 다시 기동될 때는
배관내의 DRAIN에 의한 WATER HAMMER현상이 생겨 VALVE의 제어기능에 악영향을 주는 사례가 있다.
VALVE의 구조기능은 앞서 계속 언급한 대로 VALVE가 어떠한 하중 조건하에서도 제어기능을 유지할 수 있도록 VALVE
그 자체는 튼튼해야 한다는 것이다.
(출처 : '볼밸브' - 네이버 지식iN)