컨트롤밸브 오버사이징인가 — 밸브 개도가 낮을 때 가르는 순서

밸브를 열어 볼 필요는 없습니다. 최근 한 달치 개도 트렌드와 그 밸브의 사이징 시트, 두 장이면 절반은 갈립니다. 개도가 스트로크의 아래쪽 5분의 1 언저리(현장에서 흔히 20%를 기준선으로 잡습니다. 규격에 고정된 값은 아니고 트림 특성과 계통 차압비에 따라 달라집니다)에 머무는 구간에서 유량이 설계 최대에 가깝다면 밸브가 크게 잡힌 것이고, 유량도 함께 낮다면 공정이 작게 돌고 있는 것입니다. 같은 저개도라도 이 둘은 손댈 곳이 정반대입니다.

이 대조를 건너뛰면 손대는 순서가 대개 정해져 있습니다. 포지셔너 캘리브레이션, 그다음 트림 교체 견적입니다. 원인이 공정 부하 쪽이었다면 트림을 줄여 놓고 몇 달 뒤 부하가 올라오는 날 유량이 모자랍니다.

트렌드에서 먼저 뽑아 둘 네 줄

운전팀이나 계장 담당에게 요청할 것은 네 가지입니다. 같은 시간축에 겹쳐 놓아야 쓸모가 있습니다.

첫째는 개도입니다. 평균값이 아니라 분포를 봅니다. 기동·정지·트립 구간을 빼고 정상 운전 구간만 놓았을 때 개도가 어디에 몰려 있는지가 판정의 출발점입니다. 히스토리언이 있으면 한 달치 히스토그램이 가장 빠르고, 없으면 며칠치 트렌드 화면으로도 충분합니다. 개도는 제어기 출력이 아니라 포지셔너 피드백이나 밸브 포지션 신호를 씁니다. 둘이 갈라져 있는 경우가 뒤에 나오는 다섯 번째 갈래입니다.

둘째는 같은 구간의 유량, 셋째는 밸브 전후 압력입니다. 전후에 계기가 없는 라인이 많습니다. 그럴 때는 상류 헤더압과 하류 용기·라인 압력, 펌프 토출압처럼 이미 트렌드로 남고 있는 값으로 대신합니다. 넷째는 그 구간에 공정이 몇 % 부하로 돌았는가입니다. 이 한 줄이 밸브 문제와 부하 문제를 가릅니다.

창은 한 달이면 충분합니다. 계절이나 라인 편성에 따라 부하가 달라지는 계통이면 서로 다른 두 시기의 대표 구간을 각각 뽑습니다. 한 시기만 보고 판정하면 그 계통의 운전 폭이 통째로 시야에서 빠집니다.

사이징 시트에서 대조할 여섯 칸

원 데이터시트에서 볼 곳은 정해져 있습니다. 정격 Cv, 최소·정상·최대 세 케이스의 필요 Cv, 각 케이스에서 예상한 개도, 트림 특성(선형·등비·퀵오프닝), 트림 사이즈가 풀 사이즈인지 축소인지, 그리고 설계 차압과 설계 유량입니다. 케이스별 예상 개도가 적힌 시트라면 계산 없이 대조가 끝납니다.

사이징 시트가 없는 밸브가 오히려 흔합니다. 바디에 찍힌 시리얼과 네임플레이트로 제조사에 원 사이징 자료를 요청할 수 있습니다. KOSO Hammel Dahl처럼 원 제조사가 특정되는 밸브는 모델명보다 시리얼로 문의하는 쪽이 정확합니다. 같은 모델명이라도 생산 시기에 따라 트림 구성이 달라서, 자료가 남아 있는지 자체도 시리얼 기준으로 확인됩니다.

물이나 기름처럼 비압축성 유체라면 운전점을 손으로도 검산할 수 있습니다. Kv = Q × √(SG ÷ Δp) 이고, Q는 m³/h, Δp는 밸브 앞뒤의 차압을 bar로, SG는 비중(물이 1)입니다. 미국식 Cv는 Kv의 약 1.16배입니다. 증기·가스는 압축성과 초킹이 걸려 이 식으로 되지 않으니 제조사 사이징 프로그램에 운전 조건을 넣어 받는 편이 맞습니다. 운전 Cv가 정격의 어느 언저리에 있는지가 판정의 중심입니다. 최대 부하 케이스에서도 정격의 일부만 쓰고 있다면 그 밸브는 크게 잡힌 것입니다.

개도가 낮은 이유는 하나가 아닙니다

표에서 줄을 고를 때는 개도만 보지 말고 반드시 유량과 짝지어 봅니다. 개도가 낮다는 사실만으로는 아래 여섯 줄 중 어느 것도 지워지지 않습니다.

두 줄 이상이 겹치는 경우도 드물지 않습니다. 요구 턴다운이 넓은데 차압까지 설계보다 크면 저부하 구간의 개도는 두 원인이 합쳐진 값으로 나옵니다. 그럴 때는 부하가 가장 높았던 구간부터 봅니다. 거기서도 개도가 낮게 남아 있으면 밸브 크기 쪽이 확실해집니다.

저개도가 밸브에 남기는 것

밸브가 크면 개도 1%p가 만드는 유량 변화가 커집니다. 설치 게인이 저개도 구간에서 뛰어 루프가 예민해지고, 저개도에서 안정되게 튜닝하면 고개도에서 굼떠집니다. 어느 쪽으로도 맞지 않으면 튜닝만으로는 끝나지 않습니다.

스트로크의 아래쪽 일부만 쓴다는 점도 같이 걸립니다. 패킹 마찰이 만드는 스틱슬립은 개도로 보면 같은 크기여도, 저개도에서는 그 오차가 유량으로 몇 배 크게 나옵니다. 정정할 때마다 값이 한 번에 튀는 밸브가 여기에 해당합니다.

기계적으로는 시트 쪽이 먼저 상합니다. 플러그와 시트링 사이 좁은 틈으로 유속이 올라가면서 그 면이 깎이고 차단 성능이 떨어집니다. 정지 중에 하류로 새는 양이 늘거나, 요구 리크클래스를 못 맞추는 식입니다. 저개도에서는 라인 손실이 작아 계통 압력강하의 대부분을 밸브가 떠안기 때문에, 같은 밸브라도 개도가 낮을수록 캐비테이션 조건에 가까워집니다.

밸브가 큰 게 맞다면 어디까지 바꾸나

가장 싼 길은 트림만 바꾸는 것입니다. 케이지·플러그·시트링을 축소 트림으로 교체하면 바디와 배관, 액추에이터를 그대로 두고 정격 Cv를 내릴 수 있습니다. 다만 트림 특성이 바뀌면 포지셔너 캠과 게인 설정도 함께 손봐야 하고, 새 트림 조건에서 액추에이터 출력이 충분한지 다시 확인해야 합니다. 501G 컨트롤밸브 같은 제품 페이지에서 트림과 액추에이터 조합이 어떤 항목으로 정리되는지 미리 보고 가면 문의가 짧아집니다.

요구 폭 자체가 넓어 한 밸브로 덮이지 않으면 소구경 밸브를 병렬로 두고 스플릿 레인지로 나누는 방법이 있습니다. 저유량은 작은 밸브가, 그 위는 기존 밸브가 받습니다. 배관 분기 공사가 붙으므로 정지 계획에 맞춰야 합니다. 바디 사이즈까지 바꾸는 결정도 같은 조건입니다. 새로 발주하는 쪽으로 가면 그 계통이 인증 대상인지부터 확인하고 사양서를 만드는 편이 납기에 유리합니다.

아무것도 바꾸지 않는 것도 선택입니다. 저개도로 돌지만 제어가 안정적이고 분해 점검에서 트림 손상이 없으며 부하가 올라올 계획이 있다면 그대로 둡니다. 대신 그렇게 판단한 근거와 확인한 개도·유량 구간을 설비 이력에 남깁니다. 다음 사람이 같은 검토를 처음부터 다시 하지 않게 됩니다.

시운전 때 한 줄만 남겼으면 끝났을 일

이 판정이 몇 년 뒤에 어려워지는 이유는 시운전 기록에 있습니다. 시운전과 성능 확인은 정격 케이스 위주로 돌아갑니다. 최대 부하에서 유량이 나오는지, 스트로크가 끝까지 가는지는 확인해 서명하지만, 최소 부하 케이스에서 개도가 몇 %였는지는 어디에도 남지 않습니다. 나중에 대조할 기준점이 그 자리에서 사라집니다.

시운전 시점의 공정이 아직 저부하라는 점도 판단을 미루게 만듭니다. 개도가 낮게 나와도 "부하가 올라오면 열린다"로 정리하고 넘어갑니다. 그런데 실제 상용 부하가 설계치까지 가지 않고 그 아래에서 굳는 경우가 흔합니다. 그때부터 그 밸브는 설계에 없던 운전점에서 계속 도는 셈이 됩니다.

사이징 시트가 인수인계 문서에 들어가지 않는 것도 같은 뿌리입니다. 시공사와 밸브 공급사 사이에는 있었는데 발주처 설비 문서철에는 데이터시트만 남고 사이징 케이스표가 빠집니다. 몇 년 뒤 저개도가 문제로 올라올 때 대조할 원본이 없어서 제조사에 다시 요청하는 데만 며칠이 갑니다. 시운전 기록에 케이스별 개도를 한 줄씩만 적어 두면 이 검토는 반나절이면 끝납니다.

네임플레이트 시리얼과 저개도 구간의 개도·유량 트렌드를 문의로 보내 주시면 정격 Cv 대비 운전점을 대조해 회신합니다.