유량소음
유체가 밸브·오리피스·배관을 지나며 흐름 자체가 만들어 내는 소음. 소음은 원인이 아니라 증상이라, 캐비테이션·플래싱·기계적 소음 중 무엇인지 먼저 갈라야 대책이 정해진다.
유체가 밸브·오리피스·배관을 지나며 흐름 자체가 만들어 내는 소음이다. 액체에서 나는 유체역학적 소음과 기체·증기에서 나는 공기역학적 소음으로 갈리며, 부품 진동에서 오는 기계적 소음과는 원인도 대책도 전혀 다르다.
표기와 분류
문서마다 유량소음·유동소음·밸브 소음이 섞여 쓰인다. 영문은 flow-induced noise 또는 valve noise다. 규격 체계에서는 소음원을 세 가지로 나눈다. 부품의 진동·공진에서 오는 기계적 소음, 액체가 흐르며 생기는 유체역학적 소음, 압축성 유체의 난류와 충격파에서 오는 공기역학적 소음이다. 예측식도 측정 절차도 셋이 각각 다르다.
그래서 데이터시트에 "소음 85 dBA 이하"라고만 적힌 칸은 사실상 비어 있는 칸이다. 어느 유량 케이스에서인지, 어떤 하류 배관 사양을 전제로 한 예측인지가 빠지면 보증의 범위가 정해지지 않는다.
혼동하기 쉬운 것
| 대상 | 무엇이 다른가 | 언제 쓰나 | 잘못 쓰면 생기는 일 |
|---|---|---|---|
| 캐비테이션 소음 | 소음은 증상이고 본질은 기포 붕괴에 의한 트림 침식이다. 출구압이 증기압보다 높은 액체 조건에서 난다 | 액체 계통에서 자갈 구르는 불규칙음이 날 때 | 방음으로 dBA만 맞추면 침식이 계속돼 시트가 깎이고, 납품 때 통과한 리크클래스를 현장에서 못 지킨다 |
| 플래싱 소음 | 기포가 하류에서 응축되지 않는다. 쉬~ 하는 연속 백색소음에 가깝고 손상이 하류 배관까지 넓게 퍼진다 | 출구압이 증기압 이하인 감압·고온 응축수 라인에서 | 다단 감압 트림을 발주해도 소음과 침식이 그대로 남아 벤더와 분쟁이 된다 |
| 기계적 소음 | 흐름이 아니라 플러그·스템·가이드의 진동과 공진이 원인이다. 특정 개도에서만, 좁은 주파수로 난다 | 개도를 조금만 바꿔도 소리가 사라지거나 음정이 튈 때 | 저소음 트림으로 교체해도 소리가 그대로여서, 가이드·부시 마모나 액추에이터 강성이라는 진짜 원인을 놓친다 |
| 음향유발진동(AIV) | 사람이 듣는 A-가중 소음도가 아니라 배관 벽을 때리는 음향파워의 문제다. 결과가 소음이 아니라 피로 파괴다 | 대구경 감압·블로다운·벤트 계통의 배관 건전성 검토에서 | 보온·방음으로 dBA를 낮춰 준공을 통과시켜도, 소구경 분기와 용접부 균열은 몇 달 뒤 그대로 나타난다 |
| 수격(워터해머) | 급폐쇄·펌프 트립 때 한 번 지나가는 압력파다. 유량소음은 정상 운전 중 계속 난다 | 쿵 하는 충격이 밸브 조작 시점과 맞물릴 때 | 폐쇄시간·완충기만 손보고 끝내 상시 소음원과 그로 인한 침식을 방치한다 |
현장에서 실제로
대개 안전 순회의 소음 지적이나 인근 민원으로 시작된다. 먼저 손대는 것은 설비가 아니라 이미 쌓여 있는 기록이다. DCS·HMI 트렌드에서 소음이 커진 시각의 개도, 유량, 상·하류 압력을 겹쳐 보면 상당수가 여기서 갈린다. 개도가 어느 구간에 들어갈 때만 시끄러우면 기계적 소음이거나 밸브 과대선정이고, 개도를 더 열어도 유량이 늘지 않는데 소리만 커지면 초킹 구간이다.
실측은 통로·점검 플랫폼처럼 정해진 안전 접근 위치에서 A-가중 소음계로 한다. 밸브 하류를 따라 몇 지점을 재면 값이 가장 큰 자리가 잡히고, 계통 어느 기기에서 나는지 갈라야 할 때는 초음파 청음기를 쓴다. 소리의 성격은 이때 함께 기록해 둔다. 자갈 구르는 소리인지, 연속된 쉬~ 소리인지, 음정이 있는 삑 소리인지가 앞의 표에서 바로 갈래를 좁혀 준다.
그다음이 벤더의 소음 예측 시트다. 그 계산에 들어간 유량 케이스와 하류 배관 관경·두께를 실제 시공 도면과 대조한다. 예측은 맞았는데 현장이 시끄러운 사례의 상당수가 여기서 설명된다.
실무에서 틀리면 생기는 일
- 소음 한계를 정상 유량 하나로만 적어 두면, 최대 유량이나 기동 시 조건에서 한계를 넘는다. 벤더는 명시된 케이스를 만족했다고 하고 발주 측은 초과라고 한다. 조건이 하나였던 것이 분쟁의 원인이 된다.
- 소음 예측을 통과시키려고 하류 배관을 두껍게 잡아 두고, 나중에 배관 사양이 바뀌면 같은 밸브인데 소음도가 올라간다. 예측치는 배관 사양과 한 묶음이다.
- 원인을 가르지 않고 저소음 트림부터 발주한다. 캐비테이션이나 플래싱이 원인이면 비용만 나가고 침식은 진행된다.
- 방음 커버를 씌워 dBA만 맞춘다. 배관 안의 음향 에너지는 줄지 않아 진동·피로 위험이 남고, 보온재 아래 부식 관리 대상만 늘어난다.
- 과대선정된 밸브를 작은 개도로 상시 운전한다. 그 개도에서 유속과 차압이 몰려 소음이 커지고 트림이 빨리 깎인다. 소음이 밸브 사이징을 다시 보라는 신호인 경우다.
수치와 규격
- 제어밸브 소음 예측은 IEC 60534-8-3(공기역학적), IEC 60534-8-4(유체역학적), 실험실 측정은 IEC 60534-8-1·8-2가 다룬다.
- 예측·보증의 기준점은 밸브 하류 1 m, 배관 표면에서 1 m 떨어진 지점의 A-가중 음압레벨(dBA)이다. 다른 위치에서 잰 값과 직접 비교할 수 없다.
- 같은 크기의 음원이 둘이면 합성치는 약 +3 dB다. 밸브 하나를 3 dB 낮춰도 옆 기기가 같은 수준이면 체감이 거의 없다.
- 국내 산업안전보건기준에 관한 규칙은 1일 8시간 작업 기준 85 dB 이상을 소음작업으로 정의하고, 더 높은 수준에는 노출 시간을 줄이는 별도 기준을 둔다.
- 배관의 음향유발진동 검토는 소음도가 아니라 음향파워 기준의 스크리닝으로 하며, Energy Institute의 배관 진동 피로 지침 계열이 널리 쓰인다. 한계값은 배관 상세와 분기 형태에 따라 달라 일반값으로 못 박지 않는다.
- 저소음 트림의 저감량은 밸브 형식·조건마다 시험으로 정해지는 값이다. 카탈로그의 대표값이 아니라 그 사양의 시험 데이터를 받아 확인한다.
자주 받는 질문
방음재를 감으면 해결되나요?
측정되는 dBA는 내려간다. 다만 배관 안에서 만들어진 음향 에너지 자체는 그대로여서 침식과 진동 피로는 계속 진행된다. 사람 귀에 대한 조치와 설비 건전성에 대한 조치를 같은 것으로 보면 안 된다.
벤더 예측치는 85 dBA인데 현장은 더 시끄럽다.
먼저 세 가지를 대조한다. 측정 위치가 규격 기준점과 같은지, 예측에 쓰인 유량 케이스가 지금 운전 조건과 같은지, 하류 배관 관경·두께가 계산 전제와 같은지이다. 셋 중 하나가 어긋난 경우가 대부분이다.
소음이 크면 밸브가 고장난 것인가요?
아닙니다. 유량소음은 운전 조건이 만드는 현상이라 밸브가 정상이어도 난다. 반대로 특정 개도에서만 나는 기계적 소음은 부품 마모 신호일 수 있어, 두 갈래를 먼저 가르는 것이 순서이다.