디와이산업개발 숏츠 「화공과가 알아야 할 것 ① 밸브」 12편을 한 영상으로 모았습니다. 밸브가 하는 네 가지 일(차단·조절·역류 방지·과압 방출)에서 시작해 게이트·글로브·볼·버터플라이 밸브의 구조와 쓰임, 체크밸브의 슬램과 수격, 안전밸브와 릴리프밸브의 차이, 파이어세이프 설계, 조절밸브의 유량 특성, 슬러지 라인의 플러그밸브와 다이어프램밸브, 액추에이터와 페일세이프까지 차례로 짚어 봅니다. 영상은 이해를 돕는 3D 개념도이고, 형식·설계·공정 조건에 따라 달라지는 일반 원리를 정리했습니다.
이 글에서 다루는 내용은 세 묶음입니다.
궁금한 편만 골라 읽으셔도 되고, 편 제목 옆 시간 링크를 누르면 그 편부터 바로 보실 수 있습니다.
집에서는 수도꼭지 하나로 열고 잠그고 세기까지 조절합니다. 공장 배관은 일마다 밸브가 따로 있습니다. 첫째는 완전히 열거나 닫는 차단(게이트·볼·버터플라이), 둘째는 흐르는 양을 맞추는 조절(글로브·조절밸브), 셋째는 역류를 막는 체크밸브, 넷째는 과압을 방출하는 안전밸브입니다. 양을 잘 맞춘다고 꽉 막는 것까지 잘하는 건 아닐 수 있어서, 배관을 막을 때는 차단용 밸브인지부터 따져야 합니다.
게이트밸브는 쐐기형 게이트가 오르내리고, 다 열면 물길이 거의 곧게 뚫립니다. 그래서 설계된 자리는 전개와 전폐 두 곳입니다. 반만 열면 물이 게이트 아래 좁은 틈으로 몰려 물살이 빨라지고, 이 물살이 게이트 끝과 시트를 조금씩 깎아 낼 수 있습니다. 진동과 소음이 생기기도 하고, 끝까지 잠가도 깎인 홈으로 샐 수 있습니다. 휠이 멈췄다고 닫힌 것은 아닐 수 있어 끝까지 닫혔는지, 새는지를 확인합니다.
글로브밸브는 흐름이 꺾여 올라가 시트 구멍을 지나고 다시 꺾여 나갑니다. 구멍 위에서 디스크가 위아래로 움직여 틈을 조금씩 바꾸므로 양을 섬세하게 맞추기 좋고, 처음부터 조절용으로 만듭니다. 대신 물길을 꺾는 만큼 다 열어도 압력이 더 떨어집니다. 몸체의 흐름 방향 화살표대로 달고, 조절용인지 차단용인지 용도를 따로 봅니다.
닫힌 볼밸브의 손잡이를 90도 돌리면 완전히 열립니다. 안에 든 볼의 구멍이 배관과 일직선이 되기 때문입니다. 레버형은 흔히 배관과 나란하면 열림, 직각이면 닫힘이어서 형식도 함께 확인합니다. 빨리 여닫을 수 있는 것이 장점이지만, 흐르는 배관을 한순간에 닫으면 압력이 치솟을 수 있어 닫는 속도는 수격 위험까지 생각해 정합니다.
버터플라이밸브는 축에 달린 원판(디스크)을 90도 돌려 여닫습니다. 열렸을 때도 디스크가 길 한가운데 서 있어 곧게 뚫린 볼밸브보다 압력손실이 조금 있고, 대신 몸통이 얇고 가벼워 대구경 배관에 많이 씁니다. 웨이퍼형은 양쪽 플랜지를 긴 볼트로 함께 조여 고정하고, 러그형은 몸체에 볼트를 물려 양쪽 배관을 따로 고정합니다. 한쪽 배관을 뗀 상태에서 압력을 막을 수 있는지는 밸브 형식과 사양서로 확인합니다.
※ 근거: 밸브 분류 해설 공통(1편, 단순화), 밸브 기술자료 공통(2~5편). 분류는 단순화한 것이며 실제 밸브는 더 세분됩니다.
일반 체크밸브에는 손잡이가 없습니다. 흐름이 디스크를 밀어 올려 스스로 열리고, 흐름이 멈추고 역류하려 하면 디스크가 내려와 시트를 막습니다. 스윙·리프트·볼·듀얼플레이트처럼 형식은 여러 가지여도 원리는 같고, 그래서 몸체의 화살표 방향이 중요합니다. 펌프가 멈추는 순간 디스크가 늦게 닫히면, 이미 거꾸로 달리던 물이 디스크에 막혀 쾅 하는 충격이 생길 수 있습니다. 펌프를 멈출 때 쾅 소리가 나면 문헌상 슬램과 수격을 의심할 신호입니다.
둘 다 스프링이 디스크를 누르고 있다가 압력이 그 힘을 넘으면 열립니다. 기체·증기용은 흔히 안전밸브라고 부르며 설정압에서 열리기 시작해 빠르게 크게 열립니다. 액체용은 흔히 릴리프밸브라고 하고, 설정압을 넘은 만큼 조금씩 열립니다. 액체는 거의 압축되지 않아서 조금 열어도 압력이 금방 내려가는 경우가 많습니다. 이름이 비슷해도 서로 바꿔 다는 장치는 아니며(겸용형은 사양으로 확인), 설정과 점검은 정해진 절차를 따릅니다.
연질 시트형 볼밸브는 볼과 몸체 사이를 말랑한 수지 링(시트)으로 막는데, 불이 나면 이 시트가 녹거나 타서 없어질 수 있습니다. 흔한 연질 시트형 파이어세이프 볼밸브는 시트가 없어지면 압력에 밀린 볼이 뒤쪽 금속 시트에 붙어 누설을 줄이는 2차 밀봉을 둡니다(구조는 제품마다 다릅니다). 스템 둘레 패킹도 불에 견디는 재료로 막아 그쪽 누설을 줄입니다. 불 속에서, 그리고 시트가 타고 난 뒤에도 덜 새도록 미리 짜 둔 밸브라서, 겉모습이 같은 밸브라도 사양이 같은지는 사양서와 화재시험 성적서에서 확인합니다.
※ 근거: 밸브 기술자료 공통(6편), 압력용기 규격 ASME BPVC Sec.VIII·압력방출장치 선정·설치 API 520·플랜지형 압력방출밸브 API 526 해설 경유(7편), 화재시험 규격 API 607·ISO 10497 해설 경유(8편). 규격 조문 원문은 대조하지 않았고, 설정압·시험 조건의 수치는 다루지 않았습니다.
조절밸브는 제어 신호를 받아 열린 정도(개도)를 바꿔 흐르는 양을 맞춥니다. 앞뒤 압력차가 일정할 때 개도와 유량의 관계를 유량 특성이라고 합니다. 선형은 연 만큼 비례해서 늘어나 반을 열면 대략 반이 흐르고, 등비율은 처음엔 조금, 열수록 크게 늘어나 반을 열어도 반보다 훨씬 적을 수 있습니다. 밸브가 얼마나 잘 흘려보내는지는 유량계수 Cv로 적고, 배관에 달면 앞뒤 압력차가 흐름 따라 변해 곡선도 달라질 수 있습니다. 밸브의 50%는 열린 정도를 뜻하고, 흐르는 양은 유량계가 알려 줍니다.
슬러지는 볼 둘레 빈 공간에 쌓일 수 있습니다. 테이퍼형 플러그밸브는 구멍 뚫린 원뿔 모양 플러그를 몸체에 끼운 밸브로, 볼밸브처럼 1/4 회전하면 구멍이 배관과 나란해져 열립니다. 플러그가 몸체 면에 붙은 채 돌아서 붙은 찌꺼기를 닦아 냅니다. 중심에서 비켜 돌다가 시트에 눌리는 편심형도 있고, 슬러지 라인에 흔히 쓰이는 형식입니다. 꽉 끼운 테이퍼형은 조작 토크가 커지기 쉽고 편심형은 그 토크를 줄인 형식입니다. 막대로 억지로 돌리면 축과 몸체가 상할 수 있어 담당자 확인이 먼저입니다.
위어형 다이어프램밸브는 막을 위에서 눌러 바닥의 턱에 붙여 길을 막습니다. 이 막이 유체와 위쪽 작동부를 갈라 놓아 축 둘레로 새어 나갈 길이 없습니다. 유체가 닿는 곳은 몸체 안쪽과 막뿐이라 부식성이나 슬러리 같은 연마성 유체에 씁니다. 압력과 온도는 막이 버티는 범위를 넘을 수 없고, 축 쪽 틈을 없앴다는 것은 막 한 장에 많이 기댄다는 뜻이어서 막이 찢어지면 위로 샐 수 있습니다. 막은 소모품이라 상태와 설비별 교체 기준을 함께 봅니다.
밸브 위의 액추에이터가 손잡이를 대신 돌립니다. 공압·전동·유압식이 있고, 멀리서도 빠르게 정해진 신호대로 움직이게 하려는 장치입니다. 공압식 중 스프링 복귀형은 공기압으로 스프링을 누르며 움직이고, 작동실의 공기가 빠지면 스프링이 정해진 위치로 되돌립니다. 영상의 예는 공기로 여는 구성이라 공기가 끊기면 닫힘 쪽으로 갑니다. 공기로 닫는 구성도 있고, 전원이 끊길 때의 동작은 솔레노이드·포지셔너와 배기 회로 구성에 따라 달라 설계 자료로 확인합니다. 동력이 끊겼을 때 닫힘으로 갈지, 열림으로 갈지, 그 자리에 머물지는 미리 정해 둡니다. 냉각수처럼 끊기면 열려야 안전한 배관도 있어서, 닫힘이 늘 안전한 쪽이라고 볼 수는 없습니다. 자동 밸브 근처라면 동력이 끊길 때 어느 쪽으로 가는지가 먼저입니다.
※ 근거: 조절밸브 고유유량특성 ISA-75.11.01·유량계수 ISA-75.01 해설 경유(9편), 밸브 기술자료 공통(10·11편), 밸브 구동 기술자료 공통(12편). 12편은 국내 법령·KS 조문을 확인하지 않았고 일반 설계 원칙만 다룹니다.
지금까지 「화공과가 알아야 할 것 ① 밸브」 12편을 함께 봤습니다. 영상은 이해를 돕는 3D 개념도로 표현한 일반 원리이며, 형식·설계·공정 조건에 따라 다릅니다. 설비별 사양과 절차를 함께 확인하세요. 끝까지 봐주셔서 감사합니다.
디와이산업개발(주)은 산업청소·탱크청소·열교환기 정비·함수율 높은 무기성 오니 처리와 관로 준설·CCTV 조사를 하고 있습니다.
