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에어챔버 없이도 수충격을 방지할 수 있다? 있다!

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작성자 바램
댓글 0건 조회 408회 작성일 21-12-28 11:27

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< 그림1 - 체크 밸브 사용 시 >

< 그림2 - 수충격 예지 밸브 사용 시 >

(예시) 정전시험 동영상 - 수충격 예지 밸브 사용 시

수충격 발생 직전 나타나는 압력 저하구간에서 미리 밸브가 개방되기 때문에 충격압 없이 압력상승만 나타나며, 압력상승 시에는 릴리프 기능으로 배관이 안정되는 것을 알 수 있다.

1) 정상적인 수충격 예지 밸브의 적용 예

※ 여기에서 주의해야 할 것은 올바른 수충격 예지밸브는 국내/외를 막론하고, 이상 압력을 감지하는 ‘Pressure Sensing Line'이 바이패스가 아니라 주 배관에서 밸브로 연결된다.

특수한 경우 바이패스 배관에서 압력을 전송 받을 수도 있지만, 대부분의 경우 반드시 주 배관에서 압력을 전송 받아야 한다.

2) 수충격 예지 밸브의 구경 선정

일반적으로 밸브 제조사에서 추천하는 구경 선정 방법은 일반적으로 주 배관 관경의 1/2에 해당하는 밸브 2기를 설치하거나 주 배관 관경의 1/2보다 한 단계 큰 밸브 1기를 추천한다. 이는 밸브의 작동방식에 기인한 것으로 ‘어떤 배관의 압력을 제어하기 위한 바이패스의 최소 관경은 주 배관 직경의 1/2’ 이라는 것에 근거한다.

※ 일반적으로 구경선정과 압력설정을 하기 위해 검증 기관에 의뢰하여 수충격 해석을 실시한다. 하지만, 국내에 유통되고 있는 해석 프로그램의 경우 대부분이 에어챔버에 특화되어 있으므로 해석 의뢰 시 주의가 필요하다. 수충격 해석 프로그램 특성상 수충격 밸브를 해석에 적용하기는 매우 어렵고 신뢰도 높은 해석을 수용하는 곳은 단 몇 곳뿐이다.

아래 질문 사항을 체크해 보시기 바랍니다.

(1) 펌프와 연동하며 제어하는 밸브와 제어함이 설치되어 있습니까?

(2) 체크밸브의 특성은 급폐입니까? 혹은 완폐입니까?

(3) 수충격 예지 밸브를 선택했을 경우, 배관 관경에 맞는 수충격 예지 밸브를 설치하였습니까?

(4) 올바른 제어 순서(시퀀스)에 따라 펌프를 기동/정지 하고 있습니까?

(5) 펌프 특성에 맞는 올바른 펌프 시스템이 설비되었습니까?

펌프 시스템의 보호와 수충격의 해소를 위해서는 이러한 사항을 모두 체크하고 올바른 설비를 했을 경우, 추가로 설치되는 수충격 방지 장비는 온전히 제 기능을 다 할 수 있으며, 확실한 배관 보호가 가능해집니다.

※ 이해를 돕기 위하여 간략하게 구술하였으며, 펌프 기동 중에 상황이 발생하는 것으로 가정합니다.

(1) 전원공급이 끊어진다.

(2) 펌프가 정지된다. (펌프의 특성에 따라 서서히 정지할 수도, 급격히 정지할 수도 있다.)

(3) 펌프에 의해 공급되던 물이 줄어들면서 펌프 토출 측 내 유체의 속도가 중력가속도에 의해 느려지기 시작한다.

(4) 중력가속도에 의해 속도가 ‘0’이 되는 순간이 존재하며 (유체의 운동 방향이 바뀌는 순간) 이 순간이 지난 후 역류를 시작한다.

(5) 역류가 발생하면 체크밸브가 작동을 시작하여 관로를 차단시킨다.

(6) 체크밸브가 완전히 차단되는 순간 수충격이 발생한다. 이때 체크밸브의 특성에 따라 급폐 혹은 완폐가 이루어지며 급폐 시에는 수충격이 더욱 크게 발생한다. 통상 현장 경험으로 ‘급폐 시 발생하는 수충격은 최소한 운전압의 4배 정도’라고 말을 하는데 이는 일반적인 사항일 뿐이다. 앞서 말한 바와 같이 펌프와 체크밸브의 특성, 그리고 유속과 배관의 형태에 따라 더 심할 수도 있고 덜할 수도 있다.

< 참고 > 급폐와 완폐의 차이

※ 단순히 밸브를 빨리 닫고, 천천히 닫는 것의 차이가 아니라 압력파가 관 전체를 왕복하는 시간과 밸브의 폐쇄시간을 비교한 것이다.

급폐 :

완폐 :

여기에서 T : 밸브 폐쇄시간 (sec)

L : 관 길이 ( m )

a : 압력파의 전파속도

( 단, 유체는 물이며 온도는 15℃일때 )

수충격 예지밸브를 이용한 수충격 해소는 주 배관에 설치되어 있는 체크밸브의 급폐 여부에 상관없이 파이패스 배관에 설치된 수충격 예지밸브가 압력상승을 일으키지 않고 얼마나 안정한 상태를 유지하며 배관을 차단할 수 있는가에 초점을 둔다. 따라서 배관의 형상, 길이, 관경 등이 모두 고려 요소에 포함된다.

(1) 정상적인 전원 공급 상태에서의 수충격 발생

정상적으로 전원공급이 되고 있는데도, 펌프 기동/정지 시 수충격이 발생한다면 다음의 경우에 해당되는 일이 많습니다.

① 펌프와 제어밸브의 구동 순서를 무시하거나 잘못하였을 경우

이는 이미 오래 전부터 국내/국외에 각종 제어 방법이 공개되어 있고 제어 방법과 순서만 지키면 펌프 기동 시나 정지 시에 수충격이 발생하지 않습니다. 그 기동 순서는 다음과 같습니다.

※ 모터제어식 게이트 밸브를 이용하여 펌프를 제어할 경우에도 반드시 이러한 절차대로 운전해야만 수충격이 발생하지 않으며, 이를 무시할 경우 높은 확률로 수충격이 발생합니다.

② 펌프의 특성에 맞지 않는 배관형상일 경우

펌프 시스템은 크게 두 가지로 나뉩니다. 펌프 흡입 측에 대기압 이상의 압력이 존재하는 상태에서 펌프를 기동시키는 ‘부스터 펌프 시스템’ 과, 물을 끌어올리는 형태로 펌프를 기동시키는 ‘심정펌프 시스템’의 두 가지입니다.

a) 부스터 펌프 시스템은 일반적으로 아파트나 소형 건물에서 올바르게 사용되고 있으며, 가압장 등에서는 집수정이 펌프실 바로 옆에 위치하는 경우 올바르게 사용되고 있다고 볼 수 있습니다. 만약 펌프 아래에 집수정이 있다면, 올바른 부스터 펌프 시스템이 아닙니다.

그림 1 [부스터 펌프 시스템 적용 예]

b) 심정 펌프 시스템은 정전 시 체크밸브 전단에 물의 무게로 인한 부압이 발생하는 경향이 매우 크기 때문에, 이를 적절히 해소하지 못한다면 수충격의 해소는 불가능합니다.

흔히, 에어챔버로 이를 해소하려고 하는데, 이는 수충격 발생을 유발시켜 놓은 상태에서 다시 충격파를 해소하기 위해 막대한 자금을 투입하는 것과 같습니다. 또한, 흔히 ‘부압이 발생하기 때문에 밸브로는 해소가 불가능하다’라는 경우의 대부분은 이러한 배관 형상 때문에 발생하는 경우가 많습니다.