배관 밸브(valve) 종류

배관에서 여러 종류의 다양한 밸브가 사용됩니다. 
배관 밸브 종류와 각 기능에 대해서 살펴보겠습니다.

 

 

■ 밸브(Valve)의 정의

밸브는 유체(물, 증기, 공기, 가스 등)의 흐름을 통과, 차단, 제어하기 위하여 통로를 개폐할 수 있는 가동 기구를 가지는 기기의 총칭입니다. 다시 말하면 밸브는 시스템이나 공정 안에서의 유체의 흐름과 압력을 제어하는 기계적인 장치입니다. 그래서 간단히 말하면 밸브는 그냥 흐름과 압력을 제어하는 장치라고 할 수 있습니다.

 

 

■ 밸브의 종류

배관에서 다음의 여러 종류의 밸브가 필요에 따라 사용됩니다. 
배관 시스템에서 밸브의 비용은 전체적인 배관 비용의 20~30% 정도 해당됩니다. 그리고 어떠한 조건에서 밸브 종류, 밸브 사이즈에 대한 비용은 어떠한 밸브를 선택하는 가에 따라 큰 비용 차이가 발생할 수 있습니다. 동등한 기능을 위해 butterfly valve 대신에 ball valve를 선택하는 경우를 예를 들 수 있습니다.
플랜트 설비의 제작에 있어 운영적인 면뿐만 아니라 경제적인 면도 고려하는 것이 필수적이기 때문에 각 환경과 조건에 적합한 밸브를 선택하는 것이 중요합니다.

 

■ 밸브의 기능 종류

  ▶ 유로의 개폐: Gate valve, Globe valve, Stop valve
  ▶ 유로의 방향전환: 3-Way valve, Angle valve
  ▶ 유체 흐름의 조절: Pressure control valve, Flow control valve
  ▶ 유체 흐름의 역류 방지: Check valve
  ▶ 유체의 과대압력의 방출: Relief valve, Safety valve, Rupture disk

 

※ 유로: 물이 흐르는 길

 

■ 밸브가 사용되는 플랜트

복합화력 발전소, 석유화학공장, 수화력 발전소, 원자력 발전소 등

 

계속하여 다음의 밸브(valve)에 대해 각각 분류하여 알아보겠습니다.

▶ Gate Valve
▶ Globe Valve
▶ Check Valve
▶ Plug valve
▶ Ball Valve
▶ Butterfly Valve
▶ Needle Valve
▶ Pinch Valve
▶ Pressure Relief Valve

 

1. 게이트 밸브(Gate valve)

게이트 밸브는 어느 플랜트 설비에서나 가장 흔한 형태의 밸브입니다. 사용되는 수량은 가장 많지만 실제로 설치되면 작동 횟수는 가장 적은 밸브입니다. 밸브가 닫히는 힘(seating force)은 STEM의 추력과 WEDGE가 받는 압력에 의한 힘으로 작용합니다.
 
이 게이트 밸브는 유체의 흐름을 시작하거나 정지시키기 위해 사용되는 직선 운동형 밸브(linear motion valve)입니다. 가동 중에 이러한 밸브는 완전하게 열리거나 완전하게 닫히는 포지션을 취합니다.(단순 ON-OFF 기능을 하며 유량 조절은 안됨)

 

게이트 밸브는 Air, fuel gas, feedwater, steam, lube oil, hydrocarbon와 같은 거의 모든 유체 환경에서 사용되며, 각 유체에 대한 탁원한 차단 효과를 줄 수 있는 장치입니다.

 

 

게이트 밸브(Gate valve)의 종류 

1) Solid Wedge Gate Valve
2) Flexible Wedge Gate Valve
3) Split wedge or Parallel disks Gate Valve
4) OS & Y Gate Valve or Rising Stem Valve
5) Non-rising Stem Gate Valve or Insider Screw Valve

 

2. 글로브 밸브(Globe Valve)

글로브 밸브는 유체의 흐름을 정지, 시작, 조절하기 위해 사용합니다.(유량 조절 + ON+OFF 포함) 밸브가 닫히는 힘(seating force)은 STEM의 추력(축 방향으로 작용하는 힘을 받아들이는 축)을 사용합니다. 그래서 아래 그림에서 보는 바와 같이 엑추에이터(Actuator: 동력을 이용하여 기계를 동작시키는 구동 장치)의 크기는 다른 밸브에 비해서 큽니다.

 

 

글로브 밸브는 유체 제어가 요구되는 곳과 누수 방지가 요구되는 시스템에 사용합니다. 글로브 밸브는 게이트 밸브와 비교하여 더 나은 차단을 제공하고 더 가격이 비쌉니다.

 

 

 

글로블 밸브 종류 (Globe valve)

1) Z types
2) Y types
3) Angle Types

 

3. 체크 밸브(Check valve)

체크 밸브는 배관 시스템에서 역류(backflow)를 방지합니다. 사용되는 수량은 가장 적지만 사람의 심장만큼 중요한 밸브입니다. 밸브가 닫히는 힘(seating force)은 디스크가 압력에 의해 받는 힘입니다. 배관을 통하여 흐르는 유체의 압력은 밸브를 열리게 하고 반면에 흐름이 역행하게 되면 밸브는 닫히면서 유체의 흐름을 차단하게 됩니다.

 

 

체크 밸브(Check valve)의 종류

1) Swing Type
2) Lift Type
3) Dual Plate Type
4) Stop Check Valve

 

4. 플러그 밸브(Plug valve) 

플러그 밸브는 유체의 흐름을 정지하고 시작하게 하기 위하여 점점 가늘어지는 플러그나 원통 실린더 형태의 플러그 90도 회전형 밸브(Quarter-turn rotary motion Valve)를 사용합니다. 디스크가 유체의 흐름을 통과하는 통로  구멍이 있는 플러그 형태입니다. 이 디스크가 90도 방향으로 회전하면서 유체를 막고 시작하게 하는 구조입니다. 

90도 회전에 의해 비교적 빠른 열고 닫힘이 가능하게 됩니다. 유체 저항이 적게 되어 압력 손실이 적은 편이고 압력이 낮은 배관에 사용됩니다.  
유체의 점도가 크고 비점(끓는점)이 낮으며 응고되기 쉬운 유체에 주로 사용됩니다.

 

플러그 밸브 종류 

1) Rectangular Port 
2) Round Port and 
3) Diamond Port 
4) Lubricated Plug Valve 
5) Non-lubricated Plug Valves 
6) Multi-Port Plug Valves

 

5. 볼밸브(Ball valve)

볼밸브는 유체의 흐름을 멈추고 시작하게 하기 위하여 볼 형태의 디스크를 사용하는 90도 회전형 밸브(Quarter-turn rotary motion Valve)입니다. 대부분의 볼밸브는 빠르게 움직일 수 있는 형태로 제작되고 그것은 90도 방향의 밸브 핸들을 갖게 하였습니다. 볼밸브는 같은 사이즈와 등급의 게이트 밸브보다 더 작고 가볍습니다.

 

 

볼밸브(Balll valve)의 종류

1) 3 Way Ball Valve
2) Floating Ball Valve
3) Trunnion Mounted Ball Valve
4) Top entry
5) Side entry or split body
6) Three-piece body

 

6. 버터플라이 밸브(Butterfly valve)

버터플라이 밸브는 유체를 멈추고 조절하고 흐르게 하기 위해 사용되는 90도 회전형 밸브(Quarter-turn rotary motion Valve)입니다. 버터플라이 밸브는 짧은 원통의 바디를 가지고 있습니다.

 

 

버터플라이 밸브(Butterfly valve)의 종류

1) Flanged Ends
2) Wafer Type Ends
3) Lug Type Ends
4) Butt Welded Types Ends
5) Zero offset Butterfly Valve
6) Double Offset Butterfly Valve
7) Triple Offset Butterfly Valve

 

7. 니들 밸브(Needle valve)

니들 밸브는 구형밸브의 일종으로 설계적으로 글로브 밸브와 형상이 유사하지만 다른 점이 밸브 디스크가 원뿔 모양의 바늘 모양의 니들이라는 점입니다. 니들 밸브는 소구경 배관에서 유체의 흐름을 정확하게 제어하기 위해 고안되었습니다.

 

 

8. 핀치 밸브(Pinch valve)

핀치 밸브는 또한 클래프 밸브로도 알려져 있습니다. 이는 직선 운동형 밸브(linear motion valve)입니다.
유체의 흐름을 시작하거나 조절하거나 정지시키기 위해 사용됩니다.

 

 

핀치 밸브는 고무 튜브를 사용하는데 이는 핀치 튜브로도 알려져 있고 유체를 제어하기 위한 핀치 메커니즘입니다. 핀치 밸브는 슬러리, 분체 이송란 및 스케일 발생 라인에 주로 사용됩니다. 

 

 

 

9. 압력 감압 밸브(Pressure Relief  Valve)

과대 압력이나 진공 상태 동안에 장비나 배관 계통을 보호가 위해 압력 감압 밸브나 압력 안전 밸브를 사용합니다. 이 밸브는 미리 정해진 압력에서 압력이나 진공을 방출합니다.

 

압력 감압 밸브 종류

1) Reclosing-type pressure relief devices
2) Non-reclosing type pressure relief devices
3) Safety Relief Valves
4) Pressure Relief Valve
5) Vacuum Relief Valve
6) Pressure Vacuum Relief Valve

 

■ 여러 기능에 적용되는 다양한 밸브들(Valve)

밸브는 배관 시스템 안에서 다양한 기능을 위해 사용됩니다.

 

1. 유체의 흐름을 정지하거나 시작하기 위해서 사용합니다. 밸브가 열리거나 닫히면서 유체의 흐름을 정지시키거나 시작하게 합니다.

 

2. 통로의 면적을 여러 가지로 변화시켜 흐르는 유체(流體)를 제한하기 위해 사용됩니다. 몇몇의 밸브는 전체의 열려진 밸브의 통로에서 일정 %를 통과시키기 위해 유체를 제한시킵니다.

 

3. 유체의 흐름을 방향을 제어하기 위해 사용합니다. 다중 포트의 밸브는 유체가 어디로 흐르게 할지 결정하게 할 수 있습니다. 

 

4. 배관 시스템 안에서 유체의 흐름이나 압력을 조절합니다. 몇몇의 자동의 컨트롤 밸브는 자동으로 열리거나 닫히게 함으로써 시스템안에서의 유체의 흐름이나 압력을 조절합니다.

 

5. 배관 시스템과 장비에서 압력이나 진공을 방출하는 역할을 합니다. 압력과 진공 감압 밸브는 과대 압력이나 진공 상태로부터 프로세스 시스템을 보호합니다.

 

다양한  밸브가 이러한 기능을 위해 사용됩니다. 이러한 밸브들은 다음을 기반으로 분류할 수 있습니다.

 

  1. 기능
  2. 끝단 연결 부위
  3. 어떻게 작동하는가에 따라
  4. 사용되는 작동장치(actuator)의 형태에 따라

 

■ 5가지 기능으로 분류한 밸브(Valve)의 분류

 

위의 그림에서 밸브의 타입과 기능에 따른 밸브 종류를 확인할 수 있습니다.
격리 밸브(isolation valve)는 필요한 때에 유체의 공급을 차단시키거나 줄이기 위해 사용합니다. 게이트 밸브. 볼 밸브, 플러그 밸브, 피스톤 밸브, 다이아프람 밸브, 버터플라이 밸브, 핀치 밸브가 이러한 범주에 들어갑니다.

 

유체의 흐름을 조절하는 제어 밸브(control)는 조절(regulation) 범주에 속합니다.

제어 밸브에는 글로브 밸브, 니들 밸브, 버터플라이 밸브, 다이아프람 밸브, 볼 밸브, 플러그 밸브, 핀치 밸브가 컨트롤 밸브로서 사용됩니다. 보시는 바와 같이 글로브 밸브와 볼 밸브는 제어 밸브로서 역할뿐만 아니라 고립의 기능을 위해 사용할 수 있어 2 가지의 목적으로 사용될 수 있습니다.

 

 

압력(Pressure)과 진공 감압 밸브는 시스템에서 배관과 기기의 손상을 줄 수 있는 과대 압력과 진공을 방지하기 위해 사용됩니다. 스윙 체크 밸브와 리프트 체크 밸브와 같은 Non-return valve는 시스템에서의 역류를 방지합니다.

 

논 리턴 밸브 [non-return valve]: 양쪽 방향으로의 공기의 흐름에 큰 차이가 있거나 어떤 조건이 갖추어졌을 때에만 공기의 흐름을 허용하는 밸브이다.

반면 다중 포트(multiport), 나이프 게이트 밸브(knife), 블라이드 밸브(line blind valve)와 같은  몇몇의 밸브는 특수한 목적으로 사용하기 위해 설계됩니다. 

나이프 게이트 밸브: 시트의 마모가 극심한 분체와 광물, 제지, 하수, 음식물(폐기물) 등 불순물이 포함된 악성 유체를 이송하는 계통이나, 플랜트나 발전소 등 높은 기밀성이 요구되는 곳에서 많이 사용되는 밸브입니다.

블라인드 밸브: GAS LINE 등 배관내부로 유입되는 일이 없도록 사전에 차단되는 기능을 함.

 

■ 끝단 연결 부위에 따른 밸브의 분류

끝단 연결 부위를 기반으로 다음과 같이 분류될 수 있습니다.

1. 나사식 연결 타입 (threaded end)

나사식 연결을 가지는 기기 연결이나 시료 채취점에 사용되는 소구경 밸브입니다.

2. 플랜지 타입 (Flanged type end)

주로 배관에서는 플랜지 타입의 밸브가 사용됩니다.
  1) Flat face
  2) Raised face
  3) Ring type joint
  4) Male & Female 

3. 맞대기 용접 타입 (Butt-welded type)

맞대기 용접 타입의 밸브는 매우 높은 고압과 고온의 환경에서 사용됩니다.

4. 소켓 연결 타입 (Socket type end)

저압에 사용됩니다.

 

■ 개폐 방식(open & close)에 따른 밸브의 분류

밸브를 분류하는 또 다른 방식은 열리고 닫히는 방식에 따른 것입니다. 각 밸브는 직선 운동형(linear motion), 회전형(rotary motion), 90도 회전형(quarter turn)으로 열리거나 닫힙니다. (90도 회전 방식은 회전형 방식과 유사하다고 할 수 있다.)

 

아래의 그림에서 밸브의 개폐 방식의 다양함을 확인할 수 있습니다.

 

회전형(rotary motion) 밸브는 디스크를 회전하거나 디스크를 지탱하는 경첩 핀(hinge pin)에서 디스크가 전 후로 흔들거리며 움직입니다.

 

90도로 열리는 밸브에서 스템(stem)에서의 90도 회전은 밸브를 완전하게 열리거나 닫히게 합니다. 이 방식의 빠른 90도 회전 때문에 90도 회전형 밸브의 작동은 직선형 밸브보다 훨씬 더 빠르게 됩니다. 몇몇의 회전형 밸브는 또한 90도 밸브로서 알려져 있습니다.

 

위의 표와 같이 볼 밸브 버터플라이 밸브, 플러그 밸브는 둘 다 회전형과 90도 회전 밸브에 속한다고 되어 있습니다. 반면 스윙 체크, 틸팅 디스크, 다른 회전형 밸브는 90도 회전 밸브에 속하지 않습니다.

 

■ 사용되는 엑츄레이터의 타입에 따른 밸브의 분류

 

마지막으로 밸브 종류를 분류하는 방식은 밸브를 구동하기 위한 움직임을 전달하기 위해 사용되는 엑츄에이터의 타입에 따른 분류입니다. 밸브는 핸드 휠이나 레버, 체인, 기어 휠(gear wheel)로 수동으로 구동할 수 있습니다.

전기의 모터, 에어, 유압유, 원통형 코일(solenoid)과 같은 외부 전원을 밸브를 관제실에서 구동하기 위해 사용됩니다. 체크 밸브(check valve)는 역류가 확인되었을 시에 자동적으로 작동됩니다.

 

2020/06/26 - [플랜트/자재] - 배관 자재 Olet 피팅의 종류 (Weldolet, Sockolet, Elbolet)

배관 자재 Olet 피팅의 종류 (Weldolet, Sockolet, Elbolet)