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"공정 제어의 핵심, 컨트롤 밸브: 성능 향상을 위한 전략적 관리”

현대의 제조업에서 컨트롤 밸브(Control Valve) 는 단순한 부품이 아닌, 공정 안정성과 효율성을 결정짓는 핵심 요소입니다.

올바르게 설계되고 유지 및 관리되는 밸브는 생산성을 극대화하고, 에너지 소비를 줄이며, 운영 비용을 절감하는 데 기여합니다.

하지만 많은 공장에서 컨트롤 밸브는 종종 방치되거나, 문제가 발생한 후에야 관리 대상이 되는 경우가 많습니다.

이는 전체 공정 성능 저하로 이어질 수 있습니다.

이번 뉴스레터에서는 컨트롤 밸브의 기본 특성과 그 성능에 영향을 미치는 요소들, 그리고 효과적인 모니터링 방법에 대해 알아보고자 합니다.

1️⃣ 컨트롤 밸브의 기본 요소 – 설계에서 운영까지

🔍 밸브의 크기와 설계 조건

밸브의 크기를 결정할 때 고려해야 할 주요 요소들은 다음과 같습니다:

• 유체의 종류: 가스, 액체, 또는 증기와 같은 유체 특성
• 압력 조건: 시스템 내 최대 및 최소 압력
• 라인 크기 및 차단 방식: 시스템과의 호환성
• 연결 방식: 플랜지, 용접 등 설계에 따른 연결 방식

특히 오래된 공정에서는 초기 설계 조건과 실제 운영 환경이 다를 수 있습니다.

밸브 크기가 너무 작으면 항상 100% 열림 상태에서 작동해 정밀 제어가 어려워지고, 너무 크면 높은 공정 게인(Gain)과 기계적 문제를 일으킬 수 있습니다.

이 경우 작은 밸브를 통한 우회통로(bypass)를 설계에 포함시키는 것이 효율적입니다.

🔍 밸브의 고유 특성

• 턴다운 (Turn Down): 최대 및 최소 유량 조건 간의 비율로, 비율이 높을수록 다양한 유량 조건에 대응 가능
• 고유 밸브 특성: 일정 압력 강하에서의 밸브 유량 곡선
• 설치된 밸브 특성: 실제 공정 압력에 맞춰 조정된 특성 곡선
• 유효 프로세스 이득: 설치된 밸브 특성 곡선의 기울기

출처 Control Station

🔍 밸브 특성이 제어 성능에 미치는 영향

설치된 특성은 제조사의 카탈로그와 다를 수 있기 때문에 실제 운영 환경에서 테스트가 필요합니다.

특히, 높은 턴다운 특성을 가진 밸브는 넓은 범위에서 작동해 이득(Gain)의 변화 폭이 커질 수 있습니다.

• Gain 스케줄링: 밸브 개도 비율에 따라 컨트롤러의 이득 값을 자동으로 조정하는 방법 (DCS 프로그램으로 설정)

🔍 기계적 문제

• Dead Band (히스테리시스): 기계적 유격으로 인한 움직임 손실
• Valve Stiction: 움직임 시작에 대한 저항, 불안정한 스틱-슬립 현상 발생
• Zero Offset: 밸브 개방에 필요한 최소 신호 비율로, 밸브 교정에 영향을 줌

출처 Control Station

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