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릴리프 밸브의 구경 산정 방법

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작성자 바램
댓글 0건 조회 1,822회 작성일 21-12-28 11:28

본문

 

 

  모든 릴리프 밸브의 주요 기능은 기본적으로 1차측의 압력을 일정한 압력으로 유지시키는 역할을 하는 밸브입니다. 1차측의 압력이 증가하게 되면 릴리프 밸브가 개방되어 증가된 압력만큼 유량을 토출시켜 1차측의 압력을 유지시킵니다.

<참고> - 릴리프 밸브와는 별개로 펌프장에서 펌프 트립 시 발생하는 수충격을 방지하는 수충격 예지 및 릴리프 밸브가 있습니다. 이 밸브는 펌프의 급작스런 정지에 의해 발생하는 하강압을 감지하여 밸브가 개방되어 관로내의 부압을 방지하고 상승 압력을 최소화하도록 설정하며, 설정 압력 이상의 압력은 배출시킵니다.

(더 자세한 내용 보러 가기)



1) 릴리프 밸브의 크기가 과대 적용된 경우 (오버사이징 : Oversizing)

  주 배관의 압력이 릴리프 밸브의 설정 압력 이상으로 올라가게 되면 릴리프 밸브가 개방이 됩니다. 이 때, 한 번에 많은 유량이 토출되어 주 배관의 압력이 급격하게 낮아지면서 릴리프 밸브는 차단이 됩니다. 하지만 차단되는 충격에 의해 다시 압력이 상승되어 릴리프 밸브가 재개방됩니다. 이에 따라 릴리프 밸브가 개방/차단 작동이 반복되는 채터링 현상이 발생할 수 있습니다.


2) 릴리프 밸브의 크기가 적정 크기보다 아주 작을 경우

  주 배관의 압력이 릴리프 밸브의 설정 압력 이상으로 올라가게 되면 릴리프 밸브가 개방되지만, 릴리프 밸브의 구경이 작아 충분한 유량을 토출시키지 못해 주 배관에는 높은 압력이 계속 유지됩니다. 이에 따라 배관의 파손, 기타 주위 시설물의 파손 등이 발생할 수 있습니다.



 먼저 릴리프 밸브의 구경을 산정하기 위해서는 아래와 같은 기초 자료가 필요합니다.


 위의 기초 자료들을 토대로 릴리프 밸브 구경 계산식을 통해 계산할 수 있습니다.

 

   a. 릴리프 밸브는 오리피스 구경 계산식을 통해 계산할 수 있습니다.

 

 

 : 펌프 운용 압력일 때의 유량 + 10% (㎥/hr)    /    : 릴리프 밸브의 시트 단면적 (㎟)

  주 배관의 압력을 제어하기 위해서는 펌프 운용 압력일 때의 유량보다 많은 유량을 릴리프 밸브에서 토출시켜야 안정적으로 제어할 수 있습니다.

 



  b. 번 공식에서 에 대하여 치환하고번 식을 대입합니다.

 

  c. 위의 공식을 간략화하면

 

  d. 이 때, 릴리프 밸브의 경우 =0.5 를 사용하여 계산합니다.
    ( 의 값은 자사 밸브의 실험에 의해 나온 계수입니다.)
 

  e. 위의 공식에서 유량 와 차압 를 대입하여 단면적 를 구합니다.

    * 참고 - 위의 공식은 해외단위 기준이므로 단위를 환산하여 대입합니다.
     (여기서 의 값은 로 : 릴리프 밸브의 설정압력, : 대기압이므로 0 kgf/㎠로 계산합니다.
      릴리프 밸브의 설정 압력은 유입측 압력보다 높게 설정하여 정상 운행 중 일 때는 개방되지 않게 합니다.)

 

  f. 위에서 계산된 값을 토대로 단면적 공식에 대입하여 릴리프 밸브의 시트직경 를 구합니다.

 

  g. 계산된 릴리프 밸브의 시트직경 를 바탕으로 릴리프 밸브의 구경을 산정합니다.




  1) 면적에 의해 계산한 릴리프 밸브의 구경이 적합한지 확인하기 위해 유량 계산을 통해 검증합니다.

  주 배관의 압력을 일정하게 유지하거나 낮추기 위해서는 릴리프 밸브에서 펌프 운용 압력일 때의 유량보다 많은 유량을 토출시켜야 안정적으로 유지가 가능합니다.

  릴리프 밸브로부터 토출유량은 대부분 대기 중으로 방출되기 때문에 릴리프 밸브의 설정압력 그대로 차압으로 되는 일이 많습니다. 이를 토대로 규격에 대한 상황을 정리하면 다음과 같습니다.

 

 


<참고> 용량계수 -  
   값은 차압이 1kgf/㎠ 에서 밸브가 100% 완전 개방하였을 때 지나가는 최대 유량 값으로써 용량계수라고도 합니다. 이 값은 각 회사별 밸브에 대하여 실험값으로 약간의 차이는 있을 수 있습니다.

   값은 밸브 고유의 값이므로 1차측과 2차측의 압력이 바뀌어 차압이 변한다고 해도 값은 변하지 않습니다. 그러므로 밸브 구경 산정을 위해서는 값을 계산하는 것이 아닌 각 규격별 밸브의 최대 유량과 실제로 사용하는 최대 유량을 비교하여, 실제 사용하는 최대 유량이 각 규격별 밸브의 최대유량보다 작으면 사용이 가능합니다.


<바램 Y타입 밸브의 값>

 

 

  위의 계산식을 토대로 유량계산을 하여 밸브의 구경을 산정합니다.




 



  위의 두 가지 방법을 통해 릴리프 밸브의 구경을 면적 계산에 의해 산정 하고, 산정된 릴리프 밸브의 검증을 위해 유량계산을 통해 릴리프 밸브의 구경을 최종 산정 합니다.

  최종 산정된 밸브보다 큰 구경의 릴리프 밸브를 사용할 수 있지만 너무 큰 구경의 릴리프 밸브를 사용한다면 앞서 이야기한 문제(2.구경산정 이유 참조)로 인해 작동이 제대로 되지 않을 경우가 있을 수 있습니다. 그러므로 추후 사용유량 등 여러 가지 상황을 고려해 릴리프 밸브의 구경을 산정하는 것이 가장 바람직할 것으로 판단됩니다.

 

 

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