공직파(16): Control Valve Selection Guideline

 

✅ Control Valve란 무엇인가?

Control Valve(제어밸브)는 프로세스 자동제어 시스템의 핵심 구성 요소로서, 제어신호에 따라 유량, 압력, 온도, 액위 등을 자동으로 조절하는 밸브입니다. 공정 안정성, 품질 확보, 안전 운전을 위해 필수적으로 사용됩니다.

 

※ 다양한 산업분야 (화학·석유화학·발전·수처리 등)에서 사용됩니다.

 

 

📌 제어밸브 선정이 왜 중요한가?

부적절한 선정은 다음과 같은 문제를 초래할 수 있습니다.

• 제어 불안정(헌팅, 진동)
• 과도한 압력 손실
• 캐비테이션, 플래싱
• 소음/진동 및 장비 수명 단축
• 공정 안전성 저하

→ 따라서 정확한 설계 데이터 및 표준 기준에 기반해 선정하는 것이 중요합니다.

 

 

📌 3.4 유량 특성(Flow Characteristic) – 상세 설명

유량 특성은 밸브 열림 정도(Travel %)와 유량(Cv 또는 % Flow)의 관계를 나타내며, 제어 성능에 큰 영향을 줍니다. 대표적인 특성은 Linear, Equal Percentage, Quick Opening입니다.

 

🔹 1) Linear (선형 특성)

• 밸브 열림 %와 유량 %가 거의 비례합니다.
• 예) 밸브가 50% 열리면 시스템 유량도 약 50% 수준입니다.
• 압력 강하가 거의 일정한 경우에 가장 적합합니다.
  ➡️ Level 제어, 일정 압력 시스템에서 주로 사용됩니다.

📌 장점

• 단순한 제어 특성
• 다양한 액체 제어 루프에 적합

📌 단점

• 압력 변화가 큰 공정에서는 제어 응답이 비선형이 될 수 있음

🔹 2) Equal Percentage (동일 백분율 특성)

• 밸브 Travel이 같을 때마다 일정 %만큼의 유량 변화를 만듭니다.
• 초기 열림에서는 유량 변화가 작고, 큰 열림에서는 큰 변화가 발생합니다.
• 이 특성의 핵심 목적은 설치 시 전체 시스템 유량 변화가 선형에 가깝도록 보정하는 것입니다.

📌 장점

• 프로세스 압력 강하 변화가 큰 경우에 매우 유리
• 제어 루프 Gain 변화가 완화되어 안정적인 제어 가능

📌 단점

• 초반 제어 감도가 낮을 수 있음

🌟 실제 산업에서는 이 Equal Percentage 특성이 가장 널리 사용됩니다.

🔹 3) Quick Opening (빠른 개방 특성)

• 작은 Travel 변화만으로 유량이 급격히 증가합니다.
• On-Off 또는 안전용 흐름 확보에 적합하지만, 일반적인 제어 루프에는 잘 사용되지 않습니다.

📌 장점

• 빠른 유량 확보
  📌 단점
• 세밀 제어에는 부적합

 

📌 Masoneilan Guidebook – Control Valve Guidebook의 역사적·기술적 의미

Masoneilan Control Valve Guidebook은 제어밸브 설계·선정 분야에서 오랜 기간 표준 자료로 활용되어 온 자료입니다.

📌 Masoneilan 회사 개요

• Masoneilan은 1880년대 설립된 미국의 제어밸브 전문 회사로 시작했으며, 이후 여러 기업 인수·합병을 거쳐 Baker Hughes 그룹의 브랜드가 되었습니다.
• Masoneilan은 제어밸브 및 유체제어 기술 개발에 있어 오랜 역사를 가진 업체입니다.

 

📌 Masoneilan Guidebook의 기술적 가치

• Masoneilan Control Valve Sizing Handbook은 ANSI/ISA, IEC 등 표준 기반의 밸브 Sizing 수식과 설계 지침을 정리한 기술 자료입니다.
• Guidebook은 Cv 개념, 압축성/비압축성 유체 유량 계산, 캐비테이션 데이터 등을 포함하여 제어밸브 설계/선정에 필요한 실질 데이터를 제공합니다.
• 특히 Cv(flow coefficient) 개념은 Masoneilan에서 1940년대에 도입된 뒤 전 산업 분야에서 표준 파라미터로 자리잡았습니다.

📌 참고
이 Handbook은 단순한 제조사의 매뉴얼이 아니라, 국제 표준(ANSI/ISA, IEC)에 기초하여 제어밸브 설계/선정 가이드를 제공하는 기술자료로 산업 현장에서 널리 참고되고 있습니다.

 

 

📌 결론 요약

항목	핵심 포인트
Flow Characteristic	Linear / Equal % / Quick Opening 자세히 이해해야 함
Equal %	대부분 공정 제어에서 우선 고려되는 특성
Masoneilan Guidebook	공정 제어밸브 설계/선정 표준 자료로 널리 활용
Cv	유량 능력 평가의 기준이 되는 기본 계수

 

📌 마치며

제어밸브 선정은 단순한 밸브 선택이 아니라 공정 안정성과 운전 품질을 좌우하는 핵심 설계 작업입니다.

 

밸브 본체, Trim 특성, Actuator, 설치 환경까지 모두 고려하여 선정해야 하며, 이를 위해 표준 기반 문서(예: Masoneilan Guidebook)와 실측 공정 조건을 함께 고려하는 것이 매우 중요합니다.