하지만플라스틱 밸브플라스틱 밸브는 산업 시스템용 플라스틱 배관 제품을 제조하거나 설계하는 사람들, 또는 초청정 장비가 필요한 사람들에게 우선적으로 선택되는 특수 제품으로 여겨지기도 하지만, 이러한 밸브가 일반적인 용도로 많이 사용되지 않는다고 생각하는 것은 지나친 오해입니다. 사실, 오늘날 플라스틱 밸브는 사용 가능한 재료의 종류가 계속 늘어나고, 이러한 재료를 필요로 하는 훌륭한 설계자들이 많아짐에 따라 다양한 용도로 활용되고 있습니다.

플라스틱의 특성

열가소성 밸브는 내식성, 내화학성, 내마모성, 매끄러운 내부 벽면, 경량성, 손쉬운 설치, 긴 수명, 낮은 수명주기 비용 등 다양한 장점을 가지고 있습니다. 이러한 장점 덕분에 플라스틱 밸브는 상수도, 하수 처리, 금속 및 화학 가공, 식품 및 제약, 발전소, 정유소 등 상업 및 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 플라스틱 밸브는 다양한 재질과 형태로 제조될 수 있습니다. 가장 일반적인 열가소성 밸브는 폴리염화비닐(PVC), 염소화폴리염화비닐(CPVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)로 만들어집니다. PVC 및 CPVC 밸브는 일반적으로 소켓 끝단을 용매 접착하거나 나사산 및 플랜지 끝단을 통해 배관 시스템에 연결하는 반면, PP 및 PVDF 밸브는 열융착, 맞대기 접합 또는 전기융착 기술을 사용하여 배관 시스템 구성 요소를 연결해야 합니다.

열가소성 밸브는 부식성 환경에 탁월할 뿐만 아니라, 무연¹이고 탈아연화에 강하며 녹슬지 않기 때문에 일반적인 상수도에도 적합합니다. PVC 및 CPVC 배관 시스템과 밸브는 건강 영향에 대한 NSF(미국 위생재단) 표준 61에 따라 테스트 및 인증을 받아야 하며, 여기에는 부록 G의 저납 요구 사항이 포함됩니다. 부식성 유체에 적합한 재질을 선택하려면 제조업체의 내화학성 안내서를 참조하고 플라스틱 재질의 강도에 미치는 온도의 영향을 이해해야 합니다.

폴리프로필렌(PP)은 PVC 및 CPVC에 비해 강도가 절반 수준이지만, 알려진 용매가 없어 가장 다양한 화학 물질에 대한 내성을 가지고 있습니다. PP는 고농도 아세트산 및 수산화물에서 우수한 성능을 보이며, 대부분의 산, 알칼리, 염 및 많은 유기 화학 물질의 약산성 용액에도 적합합니다.

PP는 착색된 것과 착색되지 않은(천연) 소재로 제공됩니다. 천연 PP는 자외선(UV)에 의해 심하게 분해되지만, 2.5% 이상의 카본 블랙 안료를 함유한 화합물은 자외선에 대한 안정성이 충분합니다.

PVDF 배관 시스템은 PVDF의 강도, 사용 온도 범위, 염, 강산, 묽은 염기 및 다양한 유기 용매에 대한 내화학성 덕분에 제약에서 광업에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. PP와 달리 PVDF는 햇빛에 의해 분해되지 않지만, 햇빛에 투명하므로 유체가 자외선에 노출될 수 있습니다. 무색소 천연 PVDF는 고순도 실내 용도에 적합하지만, 식품 등급의 적색 안료와 같은 안료를 첨가하면 유체 매체에 악영향을 미치지 않고 햇빛에 노출될 수 있습니다.

플라스틱 시스템은 온도 변화에 민감하고 열팽창 및 수축이 심하다는 등의 설계상의 어려움이 있지만, 엔지니어들은 일반 환경 및 부식성 환경 모두에서 내구성이 뛰어나고 비용 효율적인 배관 시스템을 설계해 왔습니다. 주요 설계 고려 사항은 플라스틱의 열팽창 계수가 금속보다 크다는 점입니다. 예를 들어 열가소성 수지는 강철보다 5~6배 더 큽니다.

배관 시스템을 설계하고 밸브 배치 및 밸브 지지대에 미치는 영향을 고려할 때, 열가소성 수지의 경우 열팽창 및 수축으로 인한 응력과 힘은 배관 시스템의 방향 전환을 자주 하거나 팽창 루프를 도입하여 유연성을 확보함으로써 줄이거나 제거할 수 있습니다. 배관 시스템에 이러한 유연성을 제공함으로써 플라스틱 밸브가 흡수해야 하는 응력의 양을 줄일 수 있습니다(그림 1).

열가소성 수지는 온도에 민감하기 때문에 밸브의 압력 등급은 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 플라스틱 재질에 따라 온도 상승에 따른 압력 감소 폭이 다릅니다. 유체 온도만이 플라스틱 밸브의 압력 등급에 영향을 미치는 열원은 아니며, 최대 외부 온도 또한 설계 고려 사항에 포함되어야 합니다. 경우에 따라 배관의 외부 온도를 고려하지 않고 설계하면 배관 지지대 부족으로 인해 과도한 처짐이 발생할 수 있습니다. PVC의 최대 사용 온도는 140°F(60°C), CPVC는 최대 220°F(104°C), PP는 최대 180°F(82°C), PVDF 밸브는 최대 280°F(137°C)까지 압력을 유지할 수 있습니다(그림 2).

반대로, 대부분의 플라스틱 배관 시스템은 영하의 온도에서도 상당히 잘 작동합니다. 실제로 열가소성 배관은 온도가 낮아질수록 인장 강도가 증가합니다. 그러나 대부분의 플라스틱은 온도가 낮아짐에 따라 충격 저항성이 감소하고, 해당 배관 재질은 취성이 나타납니다. 밸브와 인접한 배관 시스템이 손상되지 않고, 물체의 충격이나 부딪힘으로 인해 손상되지 않으며, 취급 중 배관을 떨어뜨리지 않는 한, 플라스틱 배관에 미치는 악영향은 최소화됩니다.

열가소성 밸브의 종류

볼 밸브,체크 밸브,버터플라이 밸브다이어프램 밸브는 스케줄 80 압력 배관 시스템에 사용되는 다양한 열가소성 재질로 제공되며, 다양한 트림 옵션과 액세서리도 선택할 수 있습니다. 표준 볼 밸브는 유지 보수를 위해 밸브 본체를 쉽게 분리할 수 있도록 연결 배관을 분리하지 않고도 작업이 가능한 트루 유니언 설계가 가장 일반적입니다. 열가소성 체크 밸브는 볼 체크, 스윙 체크, Y형 체크, 콘 체크 등 다양한 종류가 있습니다. 버터플라이 밸브는 ANSI Class 150 규격의 볼트 구멍, 볼트 원, 전체 치수에 맞춰 제작되어 금속 플랜지와 쉽게 결합할 수 있습니다. 열가소성 부품의 매끄러운 내경은 다이어프램 밸브의 정밀한 제어 기능을 더욱 향상시켜 줍니다.

PVC 및 CPVC 재질의 볼 밸브는 미국 및 해외 여러 회사에서 1/2인치부터 6인치까지 다양한 크기로 소켓형, 나사형 또는 플랜지형 연결 방식으로 제조됩니다. 최신 볼 밸브는 본체에 나사로 조이는 두 개의 너트를 사용하여 본체와 연결부 사이에 탄성 중합체 씰을 압축하는 진정한 유니온(true union) 설계를 채택하고 있습니다. 일부 제조업체는 오래된 밸브를 인접 배관을 변경하지 않고도 쉽게 교체할 수 있도록 수십 년 동안 동일한 볼 밸브 설치 길이와 너트 나사산을 유지해 왔습니다.

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 엘라스토머 씰이 있는 볼 밸브는 식수용으로 사용하려면 NSF-61G 인증을 받아야 합니다. 화학적 호환성이 우려되는 시스템에서는 불소탄소(FKM) 엘라스토머 씰을 대안으로 사용할 수 있습니다. FKM은 염화수소, 염 용액, 염소화 탄화수소 및 석유를 제외한 대부분의 광산 관련 용도에 사용할 수 있습니다.

그림 3. 탱크에 부착된 플랜지형 볼 밸브. 그림 4. 수직으로 설치된 볼 체크 밸브. PVC 및 CPVC 볼 밸브는 1/2인치에서 2인치까지 다양한 크기로 제공되며, 최대 비충격수 압력이 73°F(23°C)에서 250psi에 달하는 온수 및 냉수 용도에 적합합니다. 2-1/2인치에서 6인치까지의 더 큰 볼 밸브는 73°F(23°C)에서 150psi로 압력 등급이 더 낮습니다. 화학 물질 이송에 일반적으로 사용되는 PP 및 PVDF 볼 밸브(그림 3 및 4)는 1/2인치에서 4인치까지 다양한 크기로 제공되며 소켓, 나사 또는 플랜지 연결 방식을 선택할 수 있고, 일반적으로 상온에서 최대 150psi의 비충격수 압력 등급을 갖습니다.

열가소성 볼 체크 밸브는 물보다 비중이 낮은 볼을 사용하여 작동합니다. 따라서 상류 측에서 압력이 손실되면 볼이 밀봉면으로 다시 가라앉습니다. 이러한 밸브는 시스템에 새로운 재료를 추가하지 않으므로 유사한 플라스틱 볼 밸브와 동일한 용도로 사용할 수 있습니다. 다른 유형의 체크 밸브에는 금속 스프링이 포함될 수 있지만 부식성 환경에서 내구성이 떨어질 수 있습니다.

그림 5. 엘라스토머 라이너가 있는 버터플라이 밸브. 2인치에서 24인치 크기의 플라스틱 버터플라이 밸브는 대구경 배관 시스템에 널리 사용됩니다. 플라스틱 버터플라이 밸브 제조업체는 구조 및 밀봉 표면에 대해 다양한 방식을 취합니다. 일부는 엘라스토머 라이너(그림 5) 또는 O링을 사용하는 반면, 다른 일부는 엘라스토머 코팅 디스크를 사용합니다. 어떤 제조업체는 밸브 본체를 한 가지 재질로 만들지만, 내부의 접액 부품은 시스템 재질로 사용됩니다. 즉, 폴리프로필렌 버터플라이 밸브 본체에 EPDM 라이너와 PVC 디스크가 포함될 수도 있고, 일반적으로 사용되는 열가소성 수지와 엘라스토머 씰을 사용하는 여러 가지 다른 구성으로 제작될 수도 있습니다.

플라스틱 버터플라이 밸브는 웨이퍼 형태로 제작되고 본체에 탄성 실링재가 내장되어 있어 설치가 간단합니다. 별도의 가스켓을 추가할 필요가 없습니다. 두 개의 플랜지 사이에 끼워 넣는 플라스틱 버터플라이 밸브는 볼트 체결 시 표면 전체에 고르게 밀봉되고 밸브에 불균일한 기계적 응력이 가해지지 않도록 권장 토크에 세 단계에 걸쳐 조심스럽게 조여야 합니다.

그림 6. 다이어프램 밸브. 금속 밸브 전문가라면 휠과 위치 표시기가 있는 플라스틱 다이어프램 밸브의 작동 방식이 익숙할 것입니다(그림 6). 그러나 플라스틱 다이어프램 밸브는 열가소성 소재로 만들어진 매끄러운 내부 벽면과 같은 몇 가지 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다. 플라스틱 볼 밸브와 마찬가지로, 이 밸브 사용자는 밸브 유지 보수 작업에 특히 유용한 트루 유니언(true union) 설계를 설치하거나 플랜지 연결부를 선택할 수 있습니다. 다양한 본체 및 다이어프램 재질 옵션 덕분에 이 밸브는 다양한 화학 분야에 적용될 수 있습니다.

다른 밸브와 마찬가지로 플라스틱 밸브 작동의 핵심은 공압식 또는 전기식, 직류 또는 교류 전원과 같은 작동 요구 사항을 결정하는 것입니다. 하지만 플라스틱 밸브의 경우 설계자와 사용자는 액추에이터를 둘러싼 환경 유형도 이해해야 합니다. 앞서 언급했듯이 플라스틱 밸브는 부식성 환경, 특히 외부 부식성 환경에 매우 적합합니다. 따라서 플라스틱 밸브용 액추에이터의 하우징 재질은 중요한 고려 사항입니다. 플라스틱 밸브 제조업체는 플라스틱으로 덮인 액추에이터 또는 에폭시 코팅된 금속 케이스와 같은 다양한 옵션을 통해 이러한 부식성 환경의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

이 기사에서 보여주듯이, 오늘날의 플라스틱 밸브는 새로운 용도와 상황에 맞는 다양한 옵션을 제공합니다.