밸브가 사용되는 곳: 모든 곳!

2017년 11월 8일 작성자: Greg Johnson

밸브는 오늘날 집, 거리 아래, 상업용 건물은 물론 발전소, 수자원 공장, 제지 공장, 정유 공장, 화학 공장, 기타 산업 및 인프라 시설 등 수천 곳의 장소에서 찾을 수 있습니다.
밸브 산업은 물 분배부터 원자력, 업스트림 및 다운스트림 석유 및 가스에 이르기까지 다양한 분야로 구성되어 있어 매우 광범위합니다. 이러한 각 최종 사용자 산업에서는 몇 가지 기본 유형의 밸브를 사용합니다. 그러나 건축 및 재료의 세부 사항은 종종 매우 다릅니다. 샘플링은 다음과 같습니다.

수도사업
물 분배의 세계에서 압력은 거의 항상 상대적으로 낮고 주변 온도는 낮습니다. 이 두 가지 적용 사실을 통해 고온 증기 밸브와 같이 보다 까다로운 장비에서는 찾을 수 없는 다양한 밸브 설계 요소를 허용합니다. 물 서비스의 주변 온도로 인해 다른 곳에서는 적합하지 않은 엘라스토머 및 고무 씰을 사용할 수 있습니다. 이러한 부드러운 소재를 사용하면 물 밸브를 장착하여 물방울을 단단히 밀봉할 수 있습니다.

물 서비스 밸브의 또 다른 고려 사항은 구성 재료 선택입니다. 주철 및 연성주철은 물 시스템, 특히 외경이 큰 라인에 광범위하게 사용됩니다. 매우 작은 라인은 청동 밸브 재질을 사용하여 매우 잘 처리할 수 있습니다.

대부분의 수도 밸브에 표시되는 압력은 일반적으로 200psi보다 훨씬 낮습니다. 이는 벽이 더 두꺼운 고압 설계가 필요하지 않음을 의미합니다. 즉, 최대 약 300psi의 더 높은 압력을 처리하도록 물 밸브를 제작하는 경우가 있습니다. 이러한 적용은 일반적으로 압력 소스에 가까운 긴 수로에 있습니다. 때로는 높은 압력의 물 밸브가 높은 댐의 가장 높은 압력 지점에서도 발견됩니다.

미국수도협회(AWWA)는 상수도 응용 분야에 사용되는 다양한 유형의 밸브 및 액츄에이터에 대한 사양을 발표했습니다.

폐수
시설이나 구조물로 들어가는 신선한 음용수의 반대 측면은 폐수 또는 하수 배출입니다. 이 라인은 모든 폐액과 고형물을 수집하여 하수 처리장으로 보냅니다. 이러한 처리 공장에는 "더러운 작업"을 수행하기 위한 많은 저압 배관과 밸브가 있습니다. 많은 경우 폐수 밸브에 대한 요구 사항은 깨끗한 물 서비스에 대한 요구 사항보다 훨씬 더 관대합니다. 철 게이트 및 체크 밸브는 이러한 유형의 서비스에 가장 널리 사용되는 선택입니다. 이 서비스의 표준 밸브는 AWWA 사양에 따라 제작되었습니다.

전력산업
미국에서 생산되는 전력의 대부분은 화석 연료와 고속 터빈을 사용하는 증기 발전소에서 생산됩니다. 현대식 발전소의 덮개를 벗겨내면 고압, 고온 배관 시스템이 보입니다. 이러한 메인 라인은 증기 발전 공정에서 가장 중요합니다.

게이트 밸브는 발전소 켜기/끄기 응용 분야의 주요 선택으로 남아 있지만 특수 목적의 Y 패턴 글로브 밸브도 있습니다. 고성능의 핵심 서비스 볼 밸브는 일부 발전소 설계자들 사이에서 인기를 얻고 있으며 한때 선형 밸브가 지배했던 이 세계에 진출하고 있습니다.

야금은 전력 응용 분야의 밸브, 특히 압력 및 온도의 초임계 또는 초임계 작동 범위에서 작동하는 밸브에 매우 중요합니다. F91, F92, C12A는 여러 인코넬 및 스테인리스강 합금과 함께 오늘날의 발전소에서 일반적으로 사용됩니다. 압력 등급에는 1500, 2500 및 경우에 따라 4500이 포함됩니다. 피크 발전소(필요할 때만 작동하는 발전소)의 조절 특성은 밸브와 배관에 큰 부담을 가하므로 주기, 온도 및 온도의 극단적인 조합을 처리할 수 있는 견고한 설계가 필요합니다. 압력.
발전소에는 주 증기 밸브 외에도 수많은 게이트, 글로브, 체크, 버터플라이 및 볼 밸브로 구성된 보조 파이프라인이 설치되어 있습니다.

원자력 발전소는 동일한 증기/고속 터빈 원리로 작동합니다. 주요 차이점은 원자력 발전소에서는 핵분열 과정에서 발생하는 열에 의해 증기가 생성된다는 것입니다. 원자력 발전소 밸브는 혈통과 절대적인 신뢰성에 대한 추가 요구 사항을 제외하면 화석 연료를 사용하는 밸브와 유사합니다. 원자력 밸브는 수백 페이지에 달하는 적격성 평가 및 검사 문서를 포함하여 매우 높은 표준에 따라 제조됩니다.

석유 및 가스 생산
유정 및 가스정과 생산 시설은 다수의 대형 밸브를 포함하여 밸브를 많이 사용하는 곳입니다. 수백 피트 상공으로 뿜어져 나오는 기름의 분출은 더 이상 일어날 가능성이 없지만, 이미지는 지하 석유와 가스의 잠재적인 압력을 보여줍니다. 이것이 바로 우물 머리나 크리스마스 트리가 우물의 긴 파이프 줄 꼭대기에 배치되는 이유입니다. 밸브와 특수 피팅이 결합된 이 어셈블리는 10,000psi 이상의 압력을 처리하도록 설계되었습니다. 요즘 육지에 파는 우물에서는 거의 발견되지 않지만, 깊은 바다의 우물에서는 극도의 높은 압력이 종종 발견됩니다.

수원 장비 설계에는 6A, 수원 및 크리스마스 트리 장비 사양과 같은 API 사양이 적용됩니다. 6A에 포함된 밸브는 극도로 높은 압력과 적당한 온도를 위해 설계되었습니다. 대부분의 크리스마스 트리에는 게이트 밸브와 초크라고 불리는 특수 글로브 밸브가 포함되어 있습니다. 초크는 우물의 흐름을 조절하는 데 사용됩니다.

유정 자체 외에도 많은 보조 시설이 석유나 가스전을 채웁니다. 오일이나 가스를 전처리하는 공정 장비에는 여러 개의 밸브가 필요합니다. 이 밸브는 일반적으로 하위 등급 등급의 탄소강입니다.

때로는 부식성이 높은 유체인 황화수소가 원유 흐름에 존재하는 경우가 있습니다. 산성 가스라고도 불리는 이 물질은 치명적일 수 있습니다. 산성 가스 문제를 해결하려면 NACE 국제 사양 MR0175에 따른 특수 재료 또는 재료 처리 기술을 따라야 합니다.

해양 산업
해양 석유 굴착 장치 및 생산 시설의 배관 시스템에는 다양한 유량 제어 문제를 처리하기 위해 다양한 사양에 맞게 제작된 다수의 밸브가 포함되어 있습니다. 이러한 시설에는 다양한 제어 시스템 루프와 압력 완화 장치도 포함되어 있습니다.

석유 생산 시설의 경우 동맥 심장은 실제 석유 또는 가스 회수 배관 시스템입니다. 항상 플랫폼 자체에 있는 것은 아니지만 많은 생산 시스템은 10,000피트 이상의 열악한 깊이에서 작동하는 크리스마스 트리와 배관 시스템을 사용합니다. 이 생산 장비는 다양한 엄격한 API(American Petroleum Institute) 표준에 따라 제작되었으며 여러 API 권장 사례(RP)에서 참조됩니다.

대부분의 대형 석유 플랫폼에서는 유정에서 나오는 원유에 추가 공정이 적용됩니다. 여기에는 탄화수소에서 물을 분리하고 유체 흐름에서 가스 및 천연가스 액체를 분리하는 작업이 포함됩니다. 이러한 크리스마스 트리 배관 시스템은 일반적으로 API 594, API 600, API 602, API 608 및 API 609와 같은 API 밸브 사양에 따라 설계된 밸브를 사용하여 American Society of Mechanical Engineers B31.3 배관 코드에 따라 제작됩니다.

이러한 시스템 중 일부에는 API 6D 게이트, 볼 및 체크 밸브도 포함될 수 있습니다. 플랫폼이나 드릴십의 모든 파이프라인은 시설 내부에 있으므로 파이프라인에 API 6D 밸브를 ​​사용하기 위한 엄격한 요구 사항이 적용되지 않습니다. 이러한 배관 시스템에는 여러 밸브 유형이 사용되지만 선택되는 밸브 유형은 볼 밸브입니다.

파이프라인
대부분의 파이프라인은 보이지 않게 숨겨져 있지만 일반적으로 그 존재는 분명합니다. “석유 파이프라인”이라고 적힌 작은 표지판은 지하 운송 배관의 존재를 나타내는 확실한 지표 중 하나입니다. 이 파이프라인에는 전체 길이에 걸쳐 많은 중요한 밸브가 장착되어 있습니다. 비상 파이프라인 차단 밸브는 표준, 규정 및 법률에 지정된 간격으로 발견됩니다. 이 밸브는 누출이 발생하거나 유지 관리가 필요한 경우 파이프라인의 한 부분을 격리하는 중요한 서비스를 제공합니다.

또한 파이프라인 경로를 따라 산재해 있는 시설은 라인이 지상에서 나오고 라인 접근이 가능합니다. 이 스테이션은 라인을 검사하거나 청소하기 위해 파이프라인에 삽입되는 장치로 구성된 "돼지" 발사 장비의 본거지입니다. 이러한 돼지 발사 스테이션에는 일반적으로 게이트 또는 볼 유형의 여러 밸브가 포함되어 있습니다. 파이프라인 시스템의 모든 밸브는 돼지의 통과를 허용하기 위해 완전 포트(완전 개방)여야 합니다.

파이프라인은 또한 파이프라인의 마찰을 방지하고 라인의 압력과 흐름을 유지하기 위해 에너지가 필요합니다. 높은 크래킹 타워 없이 작은 버전의 공정 플랜트처럼 보이는 압축기 또는 펌핑 스테이션이 사용됩니다. 이들 스테이션에는 수십 개의 게이트, 볼 및 체크 파이프라인 밸브가 있습니다.
파이프라인 자체는 다양한 표준 및 코드에 따라 설계되었으며 파이프라인 밸브는 API 6D 파이프라인 밸브를 따릅니다.
주택과 상업용 구조물에 공급되는 더 작은 파이프라인도 있습니다. 이 라인은 물과 가스를 공급하며 차단 밸브로 보호됩니다.
특히 미국 북부 지역의 대규모 지방자치단체에서는 상업 고객의 난방 요구 사항에 맞는 증기를 제공합니다. 이러한 증기 공급 라인에는 증기 공급을 제어하고 조절하기 위한 다양한 밸브가 장착되어 있습니다. 유체는 증기이지만 압력과 온도는 발전소 증기 생성에서 볼 수 있는 것보다 낮습니다. 이 서비스에는 다양한 밸브 유형이 사용되지만, 유서 깊은 플러그 밸브가 여전히 인기 있는 선택입니다.

정유 및 석유화학
정유공장 밸브는 다른 밸브 부문보다 산업용 밸브 사용량이 더 많습니다. 정유소에는 부식성 유체와 경우에 따라 고온이 존재합니다.
이러한 요소는 API 600(게이트 밸브), API 608(볼 밸브) 및 API 594(체크 밸브)와 같은 API 밸브 설계 사양에 따라 밸브를 제작하는 방법을 결정합니다. 이러한 밸브 중 상당수는 가혹한 사용 환경 때문에 추가적인 부식 허용치가 필요한 경우가 많습니다. 이 허용치는 API 설계 문서에 지정된 더 큰 벽 두께를 통해 나타납니다.

거의 모든 주요 밸브 유형은 일반적인 대형 정유소에서 풍부하게 발견할 수 있습니다. 유비쿼터스 게이트 밸브는 여전히 가장 많은 인구를 보유한 언덕의 왕이지만 쿼터 턴 밸브는 점점 더 많은 시장 점유율을 차지하고 있습니다. 한때 선형 제품이 지배했던 이 산업에서 성공적으로 진출한 쿼터턴 제품에는 고성능 삼중 오프셋 버터플라이 밸브와 금속 시트 볼 밸브가 포함됩니다.

표준 게이트, 글로브 및 체크 밸브는 여전히 대량으로 발견되며, 뛰어난 설계와 제조 경제성으로 인해 조만간 사라지지 않을 것입니다.
정유소 밸브의 압력 등급은 클래스 150부터 클래스 1500까지 다양하며 클래스 300이 가장 많이 사용됩니다.
등급 WCB(주조) 및 A-105(단조)와 같은 일반 탄소강은 정유 서비스용 밸브에 지정되고 사용되는 가장 인기 있는 재료입니다. 많은 정련 공정 응용 분야에서는 일반 탄소강의 온도 상한을 초과하며 이러한 응용 분야에는 고온 합금이 지정됩니다. 이들 중 가장 인기 있는 것은 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr 및 9% Cr과 같은 크롬/몰리강입니다. 스테인레스강과 니켈 함량이 높은 합금도 일부 특히 가혹한 정제 공정에 사용됩니다.

화학적인
화학 산업은 모든 유형과 재료의 밸브를 많이 사용합니다. 소규모 배치 플랜트부터 멕시코만 연안의 대규모 석유화학 단지에 이르기까지 밸브는 화학 공정 배관 시스템의 큰 부분을 차지합니다.

화학 공정의 대부분의 응용 분야는 많은 정제 공정 및 발전보다 압력이 낮습니다. 화학 공장 밸브 및 배관에 가장 널리 사용되는 압력 등급은 클래스 150과 300입니다. 또한 화학 공장은 지난 40년 동안 선형 밸브와 볼 밸브가 경쟁해 온 시장 점유율 인수의 가장 큰 동인이었습니다. 누출이 전혀 없는 차단 기능을 갖춘 탄력적 장착 볼 밸브는 다양한 화학 플랜트 응용 분야에 완벽하게 적합합니다. 볼 밸브의 컴팩트한 크기도 인기 있는 특징입니다.
선형 밸브가 선호되는 일부 화학 플랜트 및 플랜트 프로세스가 여전히 있습니다. 이러한 경우 벽이 더 얇고 무게가 가벼운 인기 있는 API 603 설계 밸브가 일반적으로 선택되는 게이트 또는 글로브 밸브입니다. 일부 화학물질의 제어는 다이어프램이나 핀치 밸브를 사용하여 효과적으로 수행됩니다.
많은 화학물질과 화학물질 제조 공정의 부식성 특성으로 인해 재료 선택이 중요합니다. 사실상의 재료는 316/316L 등급의 오스테나이트계 스테인리스강입니다. 이 재료는 때때로 불쾌한 유체로 인한 부식을 방지하는 데 효과적입니다.

일부 더 견고한 부식성 응용 분야의 경우 더 많은 보호가 필요합니다. 이러한 상황에서는 317, 347, 321과 같은 다른 고성능 등급의 오스테나이트계 스테인리스강이 선택되는 경우가 많습니다. 화학 유체를 제어하기 위해 때때로 사용되는 다른 합금으로는 Monel, Alloy 20, Inconel 및 17-4 PH가 있습니다.

LNG와 가스 분리
액화천연가스(LNG)와 가스 분리에 필요한 공정 모두 광범위한 배관에 의존합니다. 이러한 응용 분야에는 매우 낮은 극저온에서 작동할 수 있는 밸브가 필요합니다. 미국에서 빠르게 성장하고 있는 LNG 산업은 가스 액화 공정을 업그레이드하고 개선하기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 이를 위해 배관과 밸브가 훨씬 더 커지고 압력 요구 사항도 높아졌습니다.

이러한 상황으로 인해 밸브 제조업체는 더욱 까다로운 매개변수를 충족하는 설계를 개발해야 했습니다. 쿼터턴 볼 및 ​​버터플라이 밸브는 LNG 서비스에 널리 사용되며 316ss[스테인리스강]이 가장 인기 있는 재료입니다. ANSI 클래스 600은 대부분의 LNG 적용 분야에 대한 일반적인 압력 한도입니다. 쿼터턴 제품이 가장 인기 있는 밸브 유형이지만 게이트, 글로브 및 체크 밸브도 공장에서 찾아볼 수 있습니다.

가스 분리 서비스에는 가스를 개별 기본 요소로 나누는 작업이 포함됩니다. 예를 들어, 공기 분리 방법은 질소, 산소, 헬륨 및 기타 미량 가스를 생성합니다. 공정의 온도가 매우 낮기 때문에 극저온 밸브가 많이 필요합니다.

LNG와 가스 분리 플랜트 모두 이러한 극저온 조건에서도 작동 가능해야 하는 저온 밸브를 갖추고 있습니다. 이는 가스 또는 응축 컬럼을 사용하여 밸브 패킹 시스템을 저온 유체로부터 멀리 올려야 함을 의미합니다. 이 가스 기둥은 유체가 포장 영역 주위에 얼음 공을 형성하는 것을 방지하여 밸브 스템이 회전하거나 올라가는 것을 방지합니다.

상업용 건물
상업용 건물이 우리 주변을 둘러싸고 있지만, 건물을 지을 때 세심한 주의를 기울이지 않으면 벽돌, 유리, 금속으로 된 벽 안에 숨어 있는 수많은 유동 동맥에 대해 거의 알 수 없습니다.

거의 모든 건물의 공통분모는 물입니다. 이러한 모든 구조물에는 음용수, 폐수, 온수, 중수 및 화재 방지 형태의 수소/산소 화합물의 다양한 조합을 운반하는 다양한 배관 시스템이 포함되어 있습니다.

건물 생존의 관점에서 볼 때 화재 시스템은 가장 중요합니다. 건물의 화재 예방은 거의 보편적으로 깨끗한 물로 공급되고 채워집니다. 방화수 시스템이 효과적이려면 신뢰성이 있어야 하고, 충분한 압력을 가지고 있어야 하며, 구조물 전체에 편리하게 위치해야 합니다. 이 시스템은 화재 발생 시 자동으로 전원이 공급되도록 설계되었습니다.
고층 건물의 경우 맨 위층에도 맨 아래층과 동일한 수압 서비스가 필요하므로 물을 위로 올리려면 고압 펌프와 배관을 사용해야 합니다. 배관 시스템은 일반적으로 건물 높이에 따라 클래스 300 또는 600입니다. 모든 유형의 밸브가 이러한 응용 분야에 사용됩니다. 그러나 밸브 설계는 화재 주요 서비스에 대해 Underwriters Laboratories 또는 Factory Mutual의 승인을 받아야 합니다.

승인 절차가 엄격하지는 않지만 소방용 밸브에 사용되는 것과 동일한 등급 및 유형의 밸브가 음용수 분배에 사용됩니다.
사무실 건물, 호텔, 병원과 같은 대규모 비즈니스 구조에서 볼 수 있는 상업용 에어컨 시스템은 일반적으로 중앙 집중식입니다. 저온 또는 고온을 전달하는 데 사용되는 유체를 냉각하거나 가열하기 위한 대형 냉각 장치 또는 보일러가 있습니다. 이러한 시스템은 R-134a, 하이드로플루오로카본과 같은 냉매를 처리해야 하는 경우가 많으며, 주요 난방 시스템의 경우 증기를 처리해야 합니다. 버터플라이 및 볼 밸브는 크기가 작기 때문에 이러한 유형은 HVAC 냉각기 시스템에서 널리 사용됩니다.

증기 측면에서는 일부 1/4 회전 밸브가 사용되기 시작했지만 많은 배관 엔지니어는 특히 배관에 맞대기 용접 끝이 필요한 경우 선형 게이트 및 글로브 밸브에 여전히 의존하고 있습니다. 이러한 중간 정도의 증기 응용 분야에서는 강철의 용접성으로 인해 강철이 주철을 대신하게 되었습니다.

일부 가열 시스템은 증기 대신 뜨거운 물을 전달 유체로 사용합니다. 이러한 시스템은 청동 또는 철 밸브로 잘 작동됩니다. 일부 선형 설계가 여전히 사용되기는 하지만 1/4회전 탄성 장착 볼 및 버터플라이 밸브가 매우 널리 사용됩니다.

결론
이 기사에 언급된 밸브 응용 프로그램의 증거는 스타벅스나 할머니 댁을 방문하는 동안 볼 수 없지만 일부 매우 중요한 밸브는 항상 근처에 있습니다. 자동차의 엔진에는 엔진으로 들어가는 연료의 흐름을 제어하는 ​​기화기의 밸브와 피스톤으로 들어가고 나가는 휘발유의 흐름을 제어하는 ​​엔진의 밸브와 같은 위치에 도달하는 데 사용되는 밸브도 있습니다. 그리고 이러한 밸브가 우리 일상 생활에 충분히 가깝지 않다면, 네 가지 중요한 흐름 제어 장치를 통해 우리 심장이 규칙적으로 뛰는 현실을 생각해 보십시오.

이는 밸브가 실제로 어디에나 있다는 현실의 또 다른 예일 뿐입니다. VM
이 기사의 2부에서는 밸브가 사용되는 추가 산업을 다룹니다. www.valvemagazine.com으로 이동하여 펄프 및 제지, 해양 응용, 댐 및 수력 발전, 태양광, 철강, 항공우주, 지열, 수제 양조 및 증류에 대한 내용을 읽어보세요.

GREG JOHNSON은 휴스턴 소재 United Valve(www.unitedvalve.com)의 사장입니다. 그는 VALVE Magazine의 기고 편집자이며 전 밸브 수리 위원회 회장이자 현재 VRC 이사회 회원입니다. 그는 또한 VMA의 교육 및 훈련 위원회에서 활동하고 있으며 VMA 커뮤니케이션 위원회의 부회장이며 제조업체 표준화 협회의 전 회장을 역임했습니다.