밸브의 종류 / 볼밸브

 밸브의 종류

대략적으로 밸브의 종류를 밸브 형태 및 기능상의 제어방법에서  구분하여 보면 약800~1000여종이 될것으로 예상된다. 이토록 밸브의 종류가 많다는 것은 대부분의 밸브가 전형적으로 주문에 의해 제작되는 특수성에 기인한다. 이는 밸브사용의 목적이 워낙 광범위하고 없어서는 안될 프로세스의 핵심제어요소이기 때문이다. 17세기부터 일기 시작한 산업혁명이라는 인류역사의 가장 커다란 지적혁명을 갖기 이전에는 프로세스간의 제어요건도 매우 간단하였다. 따라서 지금과 같이 여러종류의, 프로세스의 제어목적에 맞는 밸브가 필요없었을 지도 모른다. 그러나 지금의 산업의 고도화와 거대화 그리고 단위 프랜트당 높은 생산성을 요구하고, 아울러  엄격한 고도의 통제 장치가 필요하게 됨에 따라 어더 조건하에서도 제 성능을 유지할 수 있는 정교한 구조의 밸브들이 필요하게 되었다. 이들 목적에 부합하는 밸브들은 산업발전의 추세에 따라 계속적으로 더욱 늘어나게될 것이다. 본장에서는 밸브 기술자 또는 밸브 사용자들이 알아 두어야 할 밸브의 종류 및 기능을 분류하고,  각각의 특징에 대하여 밸브 사용자의 입장에서 정리하는 것이다. 밸브의 설명을 정리한다.

 

1 볼밸브(ball valve)

 

볼 밸브에 대하여는 아직도 정확한 의미의 밸브형식을 정하기 곤란한점이 있다. 왜냐하며 볼 밸브의 형식은 프러그 밸브의 한 유사종 밸브로 생각할 수 있으며 볼 자체가 후로팅되어 있는 것을 생각하면 구형(球形) 볼밸브(spherical ball valve)라고 정의할 수도 있기 때문이다. 나머지 모든 운전동작이나 기밀유지의 형식, 구성상의 특징등이 프러그 밸브와 같다. 볼 밸브는 프러그밸브의 사촌인 셈이다. 볼 밸브는 90도 회전밸브로서 매우 양호한 기밀유지 특성을 갖고 있다. 볼을 감싸고 있는 시트는 기밀을 확실하게 하고 또한 비교적 적은 운전토크를 갖는다. 아울러 볼의 유로형상이 원형으로 밸브 입출구의 형상(원형)과 같은 모양이기 때문에 유로저항도 매우적다. 이는 범용의 밸브 중에서 특히 저압의 상온 유체를 차단 제어특성을 갖고 있다는 것이다. 따라서 거의 모든 볼 밸브는 full port보다는 연결배관의 호칭직경보다 작은 구경의  유로경 즉 reduced port를 갖는다. 이외에 같은 호칭직경을 가진 타 종류의 밸브보다도 간단한 구조, 보수의 용이성, 제작성의 편리성등 경제적인 측면이 많은 반면 시트구조의 치밀성, 시트재료의 제한 및 배관 계통의 설치 주의사항등 단점도 있다. 일반적인 볼밸브의 운전환경은 밸브의 크기에 따라 제약을 받지만 온도-압력기준(pressure temperature  rating)으로 보면  운전온도의  범위가  130~230  운전압력의  경우  25torr(초고진공)~400bar까지  견딜  수  이쓴  볼밸브(high performance ball valve)의 제작도 가능하다. 볼 밸브의 적용성은 매우 다양하다. 일반적인 청수(淸水), 솔벤트, 산류(酸類), 가스, 천연가스등의 유체수송은 물론 산소, 수소, 메탄, 에틸렌, 과산화수소등의 매우 위험한유체 수송에도 널리 쓰인다. 그러나 사용상의 제약은 결국 불을 잡아주고, 볼과 밸브 몸체의 기밀을 유지하는 씰(seal)구조의 재질사양에 달렸다. 앞으로 볼 밸브의 기술적 과제는 기밀유지 접촉부위의 재질선정과 구조의 기술혁신에 있다고 할 수 있다. 다음 그림 50은 일반적인 볼밸브의 시트 구성 재질에 따른 운전압력을 보여준다.

 

(1) 볼밸브 형식

볼밸브의 몸체형식은 몇 조각의 몸체로 구성되어 있느냐로 정해진다. 거의 모든 볼 밸브는 설계 및 제작상의 용이점 때문에 2-piece 또는 3-piece로 구성되어 있다. 그러나 소형의 볼 밸브 및 중대형의 볼밸브는 1-piece 또는 2-piece로 된 것이 대부분이다. 볼 밸브의 볼 구성형식은 플로팅타입(floating type)과, 트러니온(trunnion  type)으로 구분되고 볼의 삽입 방법에 따라 톱엔츄리(topentry)타입과 엔드 엔츄리(end entry)타입이 있다. 플로팅 타입은 볼밸브의 시트링에 의해 고정점으로 하여 트러니온과 베어링에 의해 지지되는 구조이다. (

 

2)시팅재료

볼밸브에 있어서 가장  중요한 핵심적인  요소는 시팅이다.  대부분의 볼 밸브는  탄력성이 좋은  ptee(polytrafluore ethylene)가 가장널리 쓰이고 유체의 부식특성에 따라 특별한 용도의 것으로 나이론, bnna n, 성형흑연(graphite) 및 ptee에 성형 흑연분말을 함침한 씰링 제료가 있다. 볼 밸브 시팅재료에 있어 볼과 씰링재료가 금속인 경우가 가장 이상적이지만 볼과 씰링면의 정밀가공이 전제되어야 함으로 어떤 특정용도에 한정된다. 메탈시팅구조의 볼 밸브는 이러한 제작 가공상의 어려움으로 상대적으로 매우 고가의 밸브 제품으로 분류된다. 특히 가스용의 볼밸브인 경우에는 시트에서의 완전기밀이 보장(bubble tight shut off)이 되어야 함으로 시트가 스프링에 의하여 일정한 가압력이 작용되도록 설계된 것이 많고, 화이어테스트(fire test)등의  규격요건을 만족하기 위해서도 중대형의 볼 밸브 구조ㅡ 특히 고성능을 요구하는 볼 밸브는 메탈시트 또는 탄력성이 좋은 합성수지의 시트에도 스프링 가압방식의 시팅구조를 채택하고 있다. 이러한 경우 계통중의 어떤 이물질이 시팅부위에 혼입될 경우 4rm(0.15㎛)정도의 초정밀 폴리싱(supper polishing)된 볼의 표면이 손상될 염려가 크므로 특별히 크롬이나  니켈등을 포함한 고강도의 재료로 하드훼이싱(hardfacing)하여야 한다. 볼 밸브에 관련된 미국의 산업규격은 앞장에 있다.