압력 밸브는 어떤 역할을 합니까?

2024-09-20

2025-09-21에 업데이트됨
윌리엄 레오
압력 밸브

압력 밸브는 유체 시스템의 압력을 제어, 조절 및 완화하는 필수 안전 장치입니다. 이 포괄적인 가이드는 산업 응용 분야 전반의 압력 릴리프 밸브, 감압 밸브, 압력 조절기 및 압력 제어 장치를 다루고 있습니다.

압력 제어는 압력이 가해진 액체나 가스를 처리하는 모든 시스템에서 매우 중요합니다. 증기 보일러, 유압 시스템 또는 물 분배 네트워크를 다루는 경우 압력 밸브는 치명적인 오류를 방지하고 시스템 성능을 최적화하는 주요 안전 메커니즘 역할을 합니다.

압력 밸브란 무엇입니까? (정의 및 핵심 기능)

압력 밸브는 과도한 압력을 방출하기 위해 열거나 안정적인 작동 조건을 유지하기 위해 닫아 시스템 압력을 조절하도록 설계된 자동 흐름 제어 장치입니다. 이러한 압력 제어 밸브는 안전 장치 및 성능 최적화 기능을 모두 수행합니다.

주요 기능:

압력 조절:미리 결정된 한계 내에서 시스템 압력을 유지합니다.
과압 보호:과도한 압력을 방출하여 장비 손상을 방지합니다.
흐름 제어:시스템 효율성을 최적화하기 위해 유체 흐름을 조정합니다.
안전 보증:압력 관련 오류에 대한 최후의 방어선 역할을 합니다.

기술적 정의:

ASME BPVC 섹션 I에 따르면, 압력 방출 장치는 "입구 정압에 의해 작동되고 비상 또는 비정상적인 상황에서 내부 유체 압력이 특정 값을 초과하여 상승하는 것을 방지하기 위해 열리도록 설계된 장치"입니다.

압력 제어 밸브 작동 방식: 기술 원리

기본 작동 메커니즘

압력 릴리프 밸브는 힘 균형 원리에 따라 작동합니다.

힘 균형 방정식:F₁(입구압력) = F²(스프링력) + F₃(배압력)

어디:

F₁ = P₁×A(흡입 압력×유효 디스크 면적)
F² = 스프링 상수×압축거리
F₃ = P²×A(배압×디스크 면적)

작동 순서:

압력 설정:시스템 압력 < 설정 압력일 때 밸브는 닫힌 상태로 유지됩니다.
크래킹 압력:초기 개방은 설정압력의 95~100%에서 발생
풀 리프트:설정 압력의 103-110%에서 완전 개방(API 526에 따름)
재장착 압력:밸브는 설정 압력의 85-95%에서 닫힙니다(일반적인 블로우다운).

주요 기술 매개변수:

매개변수	정의	일반적인 범위
압력 설정	밸브가 열리기 시작하는 압력	10-6000psig
지나친 압력	토출시 설정압력 이상의 압력	설정압력의 3~10%
블로우다운	설정 압력과 재안착 압력의 차이	설정압력의 5~15%
배압	밸브 성능에 영향을 미치는 하류 압력	설정 압력의 <10%(기존)
유량계수(Cv)	밸브 용량 계수	크기/디자인에 따라 다름

압력 제어 장치의 유형: 기술 사양

1. 압력안전밸브(PSV)와 안전릴리프밸브(SRV)

기술 표준:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

스프링 장착형 안전 밸브

작동 범위:15psig ~ 6,000psig
온도 범위:-320°F ~ 1,200°F
용량 범위:1~100,000+ SCFM
재료:탄소강, 스테인리스강 316/304, 인코넬, 하스텔로이

용량 계산(가스 서비스):W = CKdP₁KshKv√(M/T)

어디:

W = 필요한 용량(lb/hr)
C = 방전 계수
Kd = 방전계수 보정계수
P₁ = 설정 압력 + 과압(psia)
Ksh = 과열도 보정 계수
Kv = 점도보정계수
M = 분자량
T = 절대온도(°R)

파일럿 작동식 안전 릴리프 밸브(POSRV)

장점:긴밀한 차단, 대용량, 채터링 감소
압력 범위:25psig~6,000psig
정확성:설정압력의 ±1%
신청:대용량 가스 서비스, 중요한 공정 애플리케이션

2. 감압밸브(압력조절기)

기술 표준:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

직동형 압력 레귤레이터

압력 감소 비율:최대 10:1
정확성:설정압력의 ±5~10%
흐름 범위:0.1 ~ 10,000+ GPM
응답 시간:1~5초

크기 조정 공식:Cv = Q√(G/(ΔP))

어디:

Cv = 유량계수
Q = 유량(GPM)
G = 비중
ΔP = 압력 강하(psi)

파일럿 작동식 감압 밸브

압력 감소 비율:최대 100:1
정확성:설정압력의 ±1~2%
범위성:100:1 일반
신청:고유량, 고압 감소 애플리케이션

3. 배압 조절기 및 제어 밸브

기능:하류 흐름을 제어하여 상류 압력을 일정하게 유지

기술 사양:

압력 범위:5psig~6,000psig
흐름 계수:0.1 ~ 500+ Cv
정확성:설정압력의 ±2%
재료:316 SS, 하스텔로이 C-276, 인코넬 625

산업 응용 및 사례 연구

발전산업

증기 보일러 안전 밸브(ASME 섹션 I)

필요한 용량:설정압력보다 6%를 초과하지 않는 범위 내에서 발생하는 증기를 모두 배출해야 합니다.
최소 요구 사항:보일러 당 하나의 안전 밸브; 500평방피트 이상의 난방 표면을 위한 밸브 2개
테스트:6개월마다(고압) 또는 분기마다(저압) 수동 리프팅 테스트

사례 연구: 600MW 발전소

주 증기 압력: 2,400 psig
안전 밸브 설정 압력: 2,465psig(작동 압력의 103%)
필요한 용량: 420만 lb/hr 증기
구성: 다중 8" x 10" 스프링 장착 안전 밸브

석유 및 가스 산업

파이프라인 압력 안전 시스템(API 521)

디자인 압력:1.1 × 최대 허용 작동 압력(MAOP)
안전 밸브 크기:최대 예상 유량 및 압력 시나리오를 기반으로 함
재료:산성 가스 서비스에는 NACE MR0175 규정 준수가 필요합니다.

사례 연구: 천연가스 파이프라인 스테이션

작동 압력: 1,000psig
안전 밸브 설정 압력: 1,100 psig
용량 요구 사항: 50MMSCFD
설치: 6" x 8" 파일럿 작동식 안전 릴리프 밸브

수처리 및 유통

감압 밸브 스테이션

입구 압력:150-300 psig (시 공급)
출구 압력:60-80psig(유통 네트워크)
흐름 범위:500-5,000GPM
제어 정확도:±2psi

수력학 계산 예:

2,000GPM에서 200psig를 75psig로 줄이는 6인치 물 PRV의 경우:

필수 Cv = 2,000√(1.0/125) = 179
Cv = 185인 6" 밸브를 선택하세요.

화학 및 석유화학 가공

원자로 보호 시스템

작동 조건:500°F, 600psig
구호 시나리오:열팽창, 폭주반응, 냉각실패
재료:부식성 서비스를 위한 Hastelloy C-276
크기 조정:API 521에 따른 최악의 시나리오 분석을 기반으로 합니다.

선택 기준 및 엔지니어링 계산

성능 매개변수

압력 등급(ASME B16.5):

수업	압력 등급 @ 100°F
클래스 150	285psig
클래스 300	740psig
클래스 600	1,480psig
클래스 900	2,220psig
클래스 1500	3,705psig

온도 경감:

ASME B16.5 온도-압력 표에 따라 온도 상승에 따라 압력 등급을 낮추어야 합니다.

재료 선택 가이드

서비스	본체 재질	트림 재료	스프링 소재
물	탄소강, 청동	316 SS	뮤직 와이어
증기	탄소강, 316 SS	316 SS, 스텔라이트	인코넬 X-750
신 가스	316 SS, 이중 SS	스텔라이트, 인코넬	인코넬 X-750
극저온	316SS, 304SS	316 SS	316 SS
고온	탄소강, 합금강	스텔라이트, 인코넬	인코넬 X-750

크기 계산

액체 서비스(API 520):

필수 지역:A = (GPM × √G) / (38.0 × Kd × Kw × Kc × √ΔP)

어디:

A = 필요한 유효 방전 면적(in²)
GPM = 필요한 유량
G = 비중
Kd = 방출 계수(액체의 경우 0.62)
Kw = 배압 보정 계수
Kc = 조합 보정 계수
ΔP = 설정압력 + 과압 - 배압

가스/증기 서비스(API 520):

중요한 흐름:A = W/(CKdP₁Kb)
하위 임계 흐름:A = 17.9W√(TZ/MKdP₁(P₁-P₂)Kb)

설치 및 유지 관리 표준

설치 요구사항(ASME BPVC)

안전 밸브 설치:

입구 배관:짧고 직선적이며 파이프 직경 5배 이내에서는 엘보우를 피하세요.
출구 배관:최대 10% 배압에 적합한 크기
설치:수직 선호, 수평 지원 가능
격리:입구에 차단 밸브가 금지되어 있습니다. 잠겨져 열려 있으면 콘센트에 허용됨

감압 밸브 설치:

업스트림 스트레이너:깨끗한 서비스를 위한 최소 20메시
우회선:유지보수 및 비상 작동용
압력 게이지:업스트림 및 다운스트림 모니터링
릴리프 밸브:과압에 대한 다운스트림 보호

유지보수 일정 및 절차

API 510 검사 요구 사항:

육안 검사:6개월마다
작동 테스트:매년
용량 테스트:5년마다
전체 점검:10년마다 또는 제조업체 권장 사항에 따라

테스트 절차:

압력 테스트 설정:설정값의 ±3% 이내 개방 압력 확인
시트 누출 테스트:API 527 클래스 IV(최대 5,000cc/hr)
용량 테스트:흐름 성능이 설계 요구 사항을 충족하는지 확인
배압 테스트:시스템 조건에서 성능 평가

예측 유지 관리 기술

음향 방출 테스트:

발각:내부누설, 시트 마모, 스프링 피로
주파수 범위:20kHz ~ 1MHz
감광도:0.1GPM 미만의 누출을 감지할 수 있습니다.

진동 분석:

신청:파일럿 밸브 채터링, 스프링 공진
매개변수:진폭, 주파수, 위상 분석
인기:고장 예측을 위한 이력 데이터

규정 준수 표준 및 인증

ASME 보일러 및 압력 용기 코드

섹션 I(동력 보일러):

용량 요구사항:안전 밸브는 설정 압력보다 6% 초과하는 압력 상승을 방지해야 합니다.
최소 안전 밸브:보일러당 1개, 가열 표면이 500제곱피트를 초과하는 경우 2개
테스트:6개월마다(고압) 또는 분기마다(저압) 수동 리프팅

섹션 VIII(압력 용기):

구호 장치 요구 사항:모든 압력 용기에는 과압 보호가 필요합니다.
압력 설정:보호 장비의 MAWP를 초과하지 않음
용량:API 521에 따른 최악의 시나리오 기준

API 표준 구현

API 520(구호 장치 크기 조정):

범위:일반형, 균형형 및 파일럿 작동형 릴리프 밸브를 포괄합니다.
크기 조정 방법:모든 유체 유형에 대한 계산 절차 제공
설치:배관 요구 사항 및 시스템 통합을 지정합니다.

API 526(플랜지형 강철 릴리프 밸브):

설계 표준:치수 요구사항, 압력-온도 등급
재료:탄소강, 스테인리스 사양
테스트:공장 승인 테스트 요구 사항

API 527(상업용 좌석 견고성):

클래스 I:눈에 보이는 누출 없음
클래스 II:시트 직경 인치당 40cc/hr
클래스 III:시트 직경 인치당 300cc/hr
클래스 IV:시트 직경 인치당 1,400cc/hr

국제표준

IEC 61511(안전 계장 시스템):

SIL 등급:압력 보호를 위한 안전 무결성 수준 요구 사항
증명 테스트:안전 기능 유지를 위한 주기적인 테스트
실패율:안전 시스템의 최대 허용 실패율

문제 해결 및 실패 분석

일반적인 실패 모드

조기 개봉(Simmer):

원인:

입구 배관 손실이 설정 압력의 3%를 초과합니다.
시스템의 진동 또는 맥동
밸브 시트의 잔해
압력을 작동 압력에 너무 가깝게 설정하십시오.

솔루션:

입구 배관 크기 증가(액체의 경우 속도 <30ft/초, 가스의 경우 <100ft/초)
맥동완화장치를 설치하세요
밸브 시트와 디스크를 청소하세요.
작동압력과 설정압력 사이의 마진 증가(>10%)

열지 못함:

원인:

스프링 부식 또는 결합
과도한 배압(설정 압력의 >10%)
콘센트 또는 통풍구가 막혔습니다.
움직이는 부품의 스케일 또는 부식

솔루션:

스프링 교체, 재료 업그레이드
배압을 줄이거나 균형 잡힌 밸브 설계를 사용하십시오.
장애물을 제거하고 출구 배관 크기를 늘립니다.
청소 및 윤활, 다양한 재료 고려

과도한 누출:

원인:

파편이나 부식으로 인한 시트 손상
열 순환으로 인해 휘어진 디스크
부적절한 좌석 하중(스프링 피로)
밀봉 표면에 대한 화학적 공격

솔루션:

무릎 시트 및 디스크 표면
디스크 교체, 열 설계 개선
스프링 교체, 설정압력 확인
화학적 호환성을 위한 재료 업그레이드

진단 기술

흐름 테스트:

목적:실제 용량과 설계 용량 비교 확인
방법:설정압력 110%에서 토출유량 측정
수락:API 527당 설계 용량의 ±10%

야금학적 분석:

신청:불량조사, 자재선정
기법:SEM 분석, 경도 시험, 부식 평가
결과:근본 원인 파악, 재료 권장 사항

경제적 영향 및 비용 고려사항

총 소유 비용

초기 투자:

표준 릴리프 밸브:크기/재료에 따라 $500-$5,000
파일럿 작동식 밸브:복잡한 애플리케이션의 경우 $2,000-$25,000
설치 비용:장비 비용의 25-50%

운영 비용:

에너지 손실:누출 밸브는 시스템 에너지의 1~5%를 낭비합니다.
유지:밸브당 연간 $200-$2,000
테스트 및 인증:5년마다 밸브당 $500-$1,500

실패 비용:

장비 손상:$50,000-

이전의 :

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