밸브 (Valve)

1. 밸브란?

표준국어대사전 : 유체(流體)의 양이나 압력을 제어하는 장치

· 유체(액체, 기체, 증기, 슬러리 등)의 양과 압력을 제어하는 장치로, 시스템이나 프로세스 내에서 유체의 흐름과 압력을 조절하는 기계장치이며 배관 시스템에서 필수적인 구성 요소 중 하나입니다.

 

2. 밸브의 기능

밸브는 다양한 기능을 수행합니다.

기본적으로 유체의 흐름을 중지하거나 시작하는 기능을 합니다. (Stopping and strating flow)

또는, 유체의 흐름을 감소시키거나 증가시키는 역할을 하며, (Reduce and increase a flow)

유체의 방향을 제어할 수 있습니다. (Control the direction of flow)

또한, 유체의 흐름이나 공정 압력을 조절하는 기능도 수행하며 Regulating as flow or process pressure),

특정 압력이 발생할 경우 배관 시스템을 완화하는 역할도 합니다. (Relieve a pipe system of a certain pressure)

 

3. 밸브의 구조

밸브는 유체 제어에 따라 다양한 구조와 특성을 가지고 있습니다.

일반적으로, 밸브는 압력 유지 부분(Pressure Retaining Part), 유체와 직접 접촉하는 트림(Trim), 그리고 트림을 조작하는 구동부(Driving part)로 나뉩니다. 이 구조에는 본체, 보닛, 트림, 액추에이터, 그리고 패킹 등이 포함됩니다.

밸브는 유형에 따라 다르지만, 이러한 구조를 기본적으로 가지고 있습니다.

 

1) 본체 (Body)

 

밸브 바디는 밸브의 핵심 부품 중 하나로, 셸(Shell)또는 본체라고도 불립니다. 이는 연결 배관의 유체 압력 부하에 저항하는 부위로, 모든 부품을 고정하는 프레임 워크(Framework) 역할을 합니다. 밸브 본체는 다양한 형태로 주조(Casting), 단조(Forging), 조립(Fabricated) 제작될 수 있으며, 필요한 기능에 따라 금속, 합금, 비금속 등 적합한 재료로 제작됩니다. 일반적으로 Oil&Gas 고온서비스에서는 ASTM A216, A105이 적용됩니다.

밸브 바디는 밸브 조립의 주요 요소 중 하나이며, 밸브의 안정성과 신뢰성에 큰 영향을 미치는 중요한 부품입니다.

 

 

A) 유체의 흐름을 위한 통로를 제공하며 기능에 따라 아래와 같이 구분

밸브는 유체의 흐름을 제어하기 위한 통로를 제공합니다. 이 통로는 기능에 따라 Full Bore(FB), Reduced Bore(RB), Cross Flow 또는 Split Section으로 구분됩니다.

• Full Bore(FB) 밸브는 밸브의 통로 직경이 연결 배관과 동일합니다. 이러한 밸브는 Line cleaning, Inspection과 같은 Pigging이 필요한 경우에 사용됩니다.
• Reduced Bore(RB) 밸브는 밸브의 통로 직경이 연결부보다 작습니다. 이러한 밸브는 유체 흐름을 좁히는 동시에 밸브 비용의 절감이 가능하므로 일반적인 설계로 많이 사용됩니다.
• Cross Flow 또는 Split Section은 Globe valve, Piston 또는 Plug type check valve 등에서 사용되며, 이러한 밸브들은 유체의 흐름을 바꾸거나 차단하는 역할을 합니다.

 

B) Body End Connection Type에 따라 아래와 같이 구분

• Body End Connection Type은 밸브의 Inlet과 Outlet 배관 및 Equipment nozzle에 연결되는 방식을 의미합니다. 이는 Thread, Bolt, 또는 Welding joint를 통해 이루어집니다.
• Threaded (Screwed) ends : Threaded ends는 밸브 본체에 내부 나사가 형성되어 있으며, 외부 파이프 나사와 연결됩니다. 이러한 연결 방식은 쉽고 빠르게 설치할 수 있으며, 비교적 작은 크기의 밸브에서 주로 사용됩니다.
• Socket weld ends : Socket weld ends는 밸브 본체에 내부 소켓이 형성되어 있으며, 파이프가 본체 내부 소켓에 적합하게 맞춰져 월팅이 이루어집니다. 이러한 연결 방식은 비교적 작은 크기의 밸브에서 주로 사용되며, 높은 압력 및 온도에 적합합니다.
• Butt weld ends : Butt weld ends는 파이프와 밸브 본체가 직접 월팅되는 방식으로, 높은 압력 및 온도에 적합합니다. 이러한 연결 방식은 대형 밸브에서 주로 사용되며, 파이프와 밸브 본체 간의 월팅이 필요합니다.
• Flanged ends : Flanged ends는 파이프와 밸브 본체가 플랜지를 통해 연결되는 방식입니다. 이러한 연결 방식은 높은 압력 및 온도에 적합하며, 대형 밸브에서 주로 사용됩니다.
• Socketted ends : Socketted ends는 파이프와 밸브 본체가 내부 쏘켓을 통해 월팅되는 방식입니다. 이러한 연결 방식은 비교적 작은 크기의 밸브에서 주로 사용되며, 높은 압력 및 온도에 적합합니다.
• Wafer type ends : Wafer type ends는 밸브 본체가 두 개의 플랜지 사이에 위치하고 있는 방식입니다. 이러한 연결 방식은 비교적 작은 크기의 밸브에서 주로 사용되며, 높은 압력 및 온도에 적합합니다.

 

2) 보닛 (본넷, 본네트/Bonnet)

• Body의 개구부 덮개로 밸브에서 두 번째로 중요한 구조이며 일반적으로 Body와 동일한 소재로 제작
• 일반적으로 Threaded, Bolted 또는 Welding joint로 Body와 체결
• 밸브 제작시 Stem, Disk 등 내부 부품을 Body에 설치한 후 Bonnet을 체결하여 내부에 모든 부품을 고정 (=보닛을 분해함으로써 내부 매커니즘 접근하여 Seat, Stem등 Trim의 교체가 가능)
• Bonnet을 Body에 체결하는 것이 압력 경계로 간주되므로 Welding joint 또는 Bolt는 압력을 유지하는 부품Bonnet으로 인해 제작이 복잡해지고, 밸브 크기의 증가, 제작 비용의 상당 부분을 차지하며 잠재적인 누출의 원인 (따라서 밸브 제조 업체들은 Body와 Bonnet간 노출 면적을 줄여 체결간 이음이 견고하고 누출이 없도록 설계 최적화를 지향함)

​

3) 트림(Trim)

 

• MSS-SP-96 (Guideline on Terminology for Valves, Fittings, and Their related componenets)에서 정의 : The functional parts of a valve that are exposed to the line fluid and usually refers to the stem, closure member and seating surfaces.
• 유체와 접촉하는 제거 및 교체 가능한 밸브 내부 부품을 총칭하여 Trim이라고 한다. 일본식 표현으로 要部, BS-5352
• Seat, Disc, Gland, Spacer, Guide, Bushing, Internal spring이 포함되며 Body, Bonnet, Packing등은 Trim으로 간주하지 않음.
• Trim 성능은 Disc 및 Seat Interface와 Disk position to seat에 의해 결정됨
• Trim으로 인하여 기본 동작과 흐름 제어가 가능
• Rotational (회전식) motion trim design : Disc는 Seat를 지나 밀착되어 유동 개방을 변경
• Linear (선형식) motion trim design : Disc는 Seat에서 수직으로 들어올려 Annular orifice가 나타남

Valve Type	Valve Trim
Angle Valve	Stem, Seat, Disc, Disc nut, Back seat bushing
Disc Valve	Disc, Disc nut, Back seat bushing
Gate Valve	Stem, Seat, Wedge, Back seat bushing
Globe Valve	Stem, Seat, Disc, Disc nut, Back seat bushing
Lift type Check Valve	Seat ring, Disc, Disc guide
Swing type Check Valve	Seat ring, Disc, Disc holder, Disc holder pin, Disc nut, Disc nut pin, Side plug, carrier pin

 

4) 액추에이터(Actuator)

• ​Hand operated 혹은 Manual Valve는 일반적으로 시계 혹은 반시계 방향 회전하여 개폐하는 Hand Wheel이 장착. (Gate and Glob Valve)
• Ball, Plug, Buterfly Valve의 경우는 Lever를 사용하여 작동. (수동 1/4 회전)
• 허나 아래와 같은 경우는 수동(Hand Wheel or Lever) 보다는 Actuator를 적용함
  - 고압에서 작동하는 대형 밸브
  - 원격 제어하는 밸브
  - 공정상 매우 빠른 속도로 개폐해야하는 밸브
• Actuator type에 따른 구분은 아래와 같음
  - Gear actuator
  - Electric actuator
  - Pneumatic actuator
  - Hydraulic actuator
  - Gas over oil actuator
  - Solenoid actuator
• 스템(Stem)
• 스템 패킹(Stem Packing)
• 요크 & 너트(Yoke and Nut)

 

4. 밸브의 분류

 

1) 기능에 따른 분류

• Isolation Valve
  - 게이트 밸브 (Gate Valve)
  - 볼 밸브 (Ball Valve)
  - 플러그 밸브 (Plug Valve)
  - 피스톤 밸브 (Piston Valve)
  - 다이아프램 밸브 (Diaphragm Valve)
  - 버터플라이 밸브 (Butterfly Valve)
  - 핀치 밸브 (Pinch Valve)
• Regulation Valve
  - 글로브 밸브 (Globe Valve)
  - 니들 밸브 (Niddle Valve)
  - 버터플라이 밸브 (Butterfly Valve)
  - 다이아프램 밸브 (Diaphragm Valve)
  - 피스톤 밸브 (Piston Valve)
  - 핀치 밸브 (Pinch Valve)
• Non Return Valve
  - 체크 밸브 (Check Valve)
• Special Purpose Valve
  - 멀티 포트 밸브 (Multi Port Valve)
  - 플러시 바텀 밸브 (Flush Bottom Valve)
  - 플로트 밸브 (Float Valve)
  - 풋 밸브 (Foot Valve)
  - 라인 블라인드 밸브 (Line Blind Valve)
  - 압력/진공 릴리프 밸브 (Pressure/Vacuum Relief Valve)

 

​2) 몸통(Body)와 덮게(Bonnet)의 접속 방법에 의한 분류

​

3) 작동 방법에 의한 분류

• 자동 밸브 (Self-operated Valve) - 작동 밸브, 조절 밸브
• 수동 배브

​

4) 밸브대 나사 형식에 의한 분류

• Outside Screw & Yoke, Rising Stem(OS&Y, 밸브대 회전)
• Outside Screw & Yoke, Rising & Non-Return Stem(OS&Y, 밸브대 비회전)
• Inside Screw, Rising Stem(ISRS)
• Inside Screw, Non-Rising Stem(NRS)

 

​5) 재질에 따른 분류 (Based on th material)

• 주철 (Cast Iron)
• 청동 (Bronze)
• 건메탈 (Gun Metal)
• 탄소강 (Carbon Steel)
• 스테인레스깅 (Stainless Steel)
• 합금 탄소강 (Alloy Carbon Steel)
• 폴리프로필렌 (Poly Prophylene UHMW-PE, UHMW-HDPE etc)
• 특수합금 (Special Alloys, ex. Inconel etc)

5. Code & Standard for Valve