계측제어설계업무

현장계기사양서 작성

systemspecifica-

tionI/O list 작성 Logic 작성 F&G sys-

tem

mainte-nance

monitoring

발주자 승인

기본설계 상세설계

현장조사

발주자 요구사항 검토

설계계획 수립

관련분야 기술회의 및 정보입수

설계 및 공사용 도면 작성

각종 설비 및 기기에 대한 구매

제작용 기술규격서 작성

상세 시공도면 작성

Control loop 구성 검토DCS,ESD system 구분 확정

계기 type 등을 결정

Control room size panel 면수 고려 결정설계계산서 작성

기자재 기술규격 및 공사 시방서 작성 공사용 도면작성

기자재 구매 지원현장시공 기술 지원현장시운전 기술지원

계장

Plant 의 목적에 최적인 계기와 제어장치를 선정하고 Plant 목적에 맞도록 적절히 조합시켜 , Plant 에 장비하여 Plant 의 운전효율을 높이는 전체로써 최적선정 , 최적조합 및 높은 목적달성을 융합한 폭의 의미를 갖는다

System

계장에서의 의미는 각각 단독의 기능을 갖춘 다종의 구성요소 ( 검출단 , 전송기 , 지시계 , 기록계 , 연산기 , 조작단 , Data 전송장치 , 분산형 DDC, Com-puter 등 ) 을 유기적으로 결합하고 최적으로 기능을 발휘하도록 할 수 있게 하는 것이다

Plant 운전은 운전목표를 설명하고 계측과 제어를 실시하는 것으로 정의된다목적으로는 회사전체가 최대의 이익을 내도록 주어진 제품을 품질과 납기를 준수 , 최저가로 제조하는 것

자동제어는 성력화 , 생산량의 변화 , Process 환경의 변화 고품질화 , 균질화 최적화 , 고효율화 , 입지조건 , 설비의 보호 , 성자원 , 성 Energy, 공해방지 , 안전운전의 확보 등을 목적으로 둔다 이러한 자동제어는 Cost 의 저감 , 품질의 향상 , 균질화 , 인재를 고부가치화 및 신규사업에 활용할 수 있도록 하고 작업환경의 개선과 안전성의 확보 , 설비효율의 향상 , 환경보전 등의 Merit 가 있다

Gate Valve밸브로 가장 대표적인 제품이며 , 광범위하게 사용 ◆ 장점으로는 - 유체가 밸브 내부를 통과 시에 방향 및 단면의 변화가 없어 압력 손실이 적다 . - 비교적 제작이 용이하여 광범위 ( 소형↔대형 , 저압↔고압 , 초 저온↔고온 ) 하게 제작이 가능하다 - 부착 면간 거리가 짧으며 , 핸들 조작이 가볍다 . - 양면 실링 (Sealing) 이 가능하므로 밸브를 설치 시에 방향성이 없다 .

◆ 단점으로는 - 대부분 전 개폐 (ON-OFF) 용으로 사용하고 조절용으로는 거의 사용하지 않는다 ※ 반개 상태에서 사용하면 게이트의 배면에 와류가 생겨 유체저항이 크게 되어 밸브에 진동이 발생 밸브 내면에 침식이 생길 위험이 있다 . - 밸브 높이가 높고 , 리프트가 크므로 개폐하는 시간이 많이 걸린다 .

게이트밸브의 몸통은 대소를 불문하고 두 개의 원통이 교차된 형상을 가지며 하나는 유체를 흘리고 하나는 게이트를 수납한다 .게이트밸브에서는 2 개의 주요부는 밸브대 (Stem) 와 게이트를 들어올리는 운동과 게이트 자신이다 .

밸브대와 게이트의 운동방법에 따라

-Rising Stem : 밸브대 상승식은 밸브대의 작동부가 밖으로 나와 있어 이물질의 혼입 등의 염려가 있으나 , 작동부에 주유 등이 수월하고 개폐의 정 도를 한눈에 알 수 있다 . -Non-Rising Stem(NRS) : 밸브대 비상승식은 밸브대의 나사가 내측에 있어 외기와 접촉하지 않고 또 밸브대는 패킹부에서 회전하는 것으로 내외부 로부터 패킹부에 이물질이 끼이는 위험이 적다 . 주로 소형 동합금밸브에 사용되는 게이트 중앙부에 나사를 가공하는 형과 주로 대형 밸브에 사 Stem nut 에 나사 가공하여 게이트에 끼워 사용하는 형이다 . 이 형은 사용압력이 Class 150 이하에서 사용되며 , 좁은 공간에서 설치 및 작동이 용이하므로 수도용 ( 지하 매설 ) 및 선박용밸브에서 주로 채택하고 있다 . 또한 이 형은 밸브가 외부에서 전개상태를 알 수 없으므로 인디게이터 (Indicator) 를 설치하여야 한다 .

- 게이트의 종류로는 Solid Wedge, Flexible Wedge, Tow Piece Wedge, Double Disc, Parallel Slide, Through Conduit, Knife Gate . 등이 있다 .

Globe Valve구상의 몸통 내에 격벽이 있어 이 몸통 시트면에 대하여 디스크를 상하 운동을 시킴으로서 유량을 제어한다

- 게이트밸브에 이어 배관용에 널리 사용되는 밸브 - 대부분의 조절 밸브에 대한 기본으로 고 압력에 강하며 , 유량 조절용으로 사용 -2 개소 이상이 직각으로 굽어지므로 마찰 손실이 큼 - 디스크의 형상에 따라 다양한 유량 특성을 지님

몸통형태로는 -T 형 : 가장 많이 사용되는 형태로 디스크가 시 - 트 오리피스에 대하여 수직으로 운동하는 글로브밸브로 유체의 흐름이 직각으로 꺽끼며 흐름에 따 라 압력손실이 크며 , 트림의 손상과 패킹의 마찰력이 크고 , 큰 작동 토 - 크가 요구되며 , 또 소음의 원인이 된다 .

-Y 형 : 시트와 밸브대가 이루는 각도가 약 45 도로 유체의 흐름이 원활하게 되므로 , T 형 밸브의 결점인 압력손실을 경감시킨다 . 고압 및 가혹한 서비 스에 많이 사용된다 .

-Angle 형 : 90 도 꺾어지는 형태로 유체가 통과하며 , T 형과 비교하여 균형이 잡힌 유체를 얻을수 있다 . 이 형태는 장착하는데 엘보우 (Elbow) 와 치환 할 수도 있다 . 배출 조건이 유체역학 및침식 (Erosion) 의 점에서 유리하기 때문에 많은 고 기술의 제어밸브가 이 형태를 가지고 있다 .

Globe Valve 는 디스크의 형태에 따라 다양한 유량특성이 나타나며 , 주로 생산하는 Quick Open 형의 디스크 형태로는

-Plug Type Disc : 글로브밸브의 디스크 형태로 가장 많이 사용되는 형으로 디스크 시트와 몸통 시트의 접촉이 쐐기로 이루어지므로 실링성이 좋다 . 제작시에 디스크와 몸통의 시트 각도를약간은 상이하나 , 각도 차이가 크면 선 접촉이 이루어져 디스크의 손상으로 누설의 원인이 되기도 한다 .

-Flat Type Disc : 디스크와 몸통의 시트가 평면으로 접촉이 이루어지므로 플러그형에 비하여 실링성은 떨어지나 시트부를 수리하는 데는 유리하므 로 선박용밸브에는 많이 채용하는 형태이다 .

-Needle Type Disc : 플러그형 디스크은 유량을 조절하는데 미세하게 조절이 어려우므로 디스크의 형태를 바늘모양으로 뾰쪽하게 하여 미량의 유 량 조절을 목적으로 하고 있다 .

-Ball Type Disc : 플러그형과 같이 디스크 시트와 몸통 시트의 접촉이 쐐기로 이루어지나 , 디스크 시트 형태를 볼 모양으로 되어 몸통시트에 선 접 촉이 된다 . 쐐기를 크게 하지 못하므로 플러그밸브에 비해 실링성이 떨어지며 , 시트가 선 접촉으로 밸브의 수명이 짧다 .

-Cone Type Disc : 플러그형과 니들형의 중간 형태

Check Valve한쪽 방향의 흐름만을 허용하고 역류를 막는 밸브로 체크밸브는 원래 펌프가 정지하였을 때 파이프 라인의 물이 역 방향으로 배수되는 것을 방지하고 , 때로는 하류에 있는 저장탱크가 고갈되는 것을 방지할 목적으로 개발되었다 . 또한 체크밸브는 펌프의 역회전을 방지하므로 구동모터의 브러쉬 기어 및 실 (Seal) 의 손상으로 인한 역 효과를 방지한다 . 따라서 , 체크밸브는 통상 펌프의 유출 쪽에 설치한다 .

- 체크 밸브는 신뢰성이 높아야 한다 . -때에 따라서는 약간의 누설을 허용하는 경우도 있다 . - 압력강하 또는 흐름의 유형을 허트리는 일이 적고 , 쉽게 열리고 유체를 완전히 통과시키는 것이어야 한다 . - 어느 정도 시트를 힘있게 밀어 붙여야만 실링이 가능하다 . - 흐름이 정지되는 순간 밸브를 손상하거나 수격작용 (Water Hammer) 을 일으킴이 없이 급속히 폐지 (Close) 되어야 한다 . - 가동 중 모든 흐름 중에서 시트 , 디스크 , 힌지핀 (Hinge Pin) 등 부품이 손상되는 일이 없어야한다 . - 몸통에 유체 흐름 방향이 명시되어 있음으로 설치 작업 시 확인하는 것이 중요하다 . - 배관시에 엘보우나 티 등 유체의 흐름이 바퀴거나 급격히 유로의 폭의 변화가 있는 곳은 피하여야 하며 호칭경의 10 배 ( 최소 5 배 ) 이상의 거리에 설치하여야 한다 .

체크밸브의 종류로는 -Swing Type Disc Check Velve : 가장 많이 사용되는 형태로 디스크가 몸통시트에 평면으로 접촉되며 Arm 과 Rod Pin 에 의해 디스크가 회전하면서 개폐가 이루어는 간단한 구조 . 저압에서 고압까지 소형에서 대형까지 제작이 가능 하며 압력 손실이 비교적 적은 장점 . -Tilting Type Disc Check Valves : 디스크가 몸통시트에 콘 (Cone) 형태로 접촉되면서 개폐가 이루어지는 형태 스윙체크 밸브에 비해 제작이 어려워 가격이 고가 -Lift Type Disc Check Valves : 비교적 제작하기 쉬운 형태로 글로브 밸브의 몸통형과 같은 유로와 디스크가 같은 형태로 실링성은 양호하나 글로 브밸브의 단점인 압력 손실이 많은 형태 -Screw Down Non-return Check Valves(Stop Check Valves) : 디스크 록크 너트 (Disc Lock Nut) 가 없는 것을 제외하고는 글로브밸브와 같은 형태 -Dual Plate(Butterfly) Check Valves : 일명 나비체크밸브로 주로 소프트시트 (Soft Seat) 의 저압에서 많이 사용 . 고온에서의 사용이 어렵고 , 고온용으 로 메탈시트가 사용되나 실용성이 떨어짐 . 또한 고압용의 제작이 어려움 -Nozzle Check Valves : 비교적 최근에 개발된 체크밸브의 형태로 스프링에 의해 디스크의 닫침이 빠르고 , 밸브가 열릴 때에 유선형의 노즐로 구성 되어 우수한 압력 회복 특성을 갖고 있는 형태이다 -Foot Valves : 펌프의 입구 측 하단부에 설치되는 체크밸브로 리프트 체크밸브의 형태 . 펌프내부 유체의 손실을 방지하기 위한 것으로 스트레이너 부착 -Non-Slam Check Valves : 유량의 흐름을 원할하게 하지 못하여 디스크의 떨림이 발생하고 , 닫힘 시에 역압으로 인한 그 소음이 발생하는 스윙 체 크 밸브의 단점을 보완하여 제작한 밸브 . 대표적으로 Tilting, Nozzle . Dual Plate Check Valve 등이 있다 .

Ball Valve볼밸브는 각종밸브 중에 비교적 역사가 짧은 밸브이며 , 주로 공업용의 밸브로 급속히 발전되었다 . 또한 종래의 밸브에 비해 우수한 실 (Seal) 성 , 내구성 , 조작성 및 유체 저항이 적다 , 이런 많은 특징이 있어 공업용 및 건축용으로 많이 사용되고 있다 .

몸통 내부의 중심축과 , 유로에 있는 중심부에 관통 구멍을 같은 볼로 조립되어 축을 회전하므로 볼이 회전되어 밸브가 개폐하는 구조로되여 있다 .몸통에는 볼과 접촉하는 시트링을 같고 있다

- 밸브의 개폐시에 유로가 배관과 일치하는 형상으로 되어 , 밸브에 의한 압력 손실이 배관과 동일하다 . 또한 , 리듀스보아 (Reduced Bore) 형식에서도 유로가 약간 줄어들어도 , 타 밸브 에 비해 압력손실이 적다 . -레버 등으로 밸브대를 90° 회전하는 것으로 밸브를 개폐가 행하여져 조작이 용이하다 . 또한 , 엑추레이터를 설치하기가 용이하여 간단히 자동화가 가능하다 . - 밸브씨이트링이 합성수지나 합성고무 등으로 소프트실재료가 사용된다 . 단 , 고온용으로는 메탈실이사용된다 . 또한 밸브대가 90° 회전되어 실용 패 킹과의 습동성이 적어 , 습동부의 실성이 우수하다 . 그에 따라 가스용과 저압용의 밸브로 적합하다 . - 게이트밸브나 글로브밸브보다 요크 구조가 낮으므로 , 밸브의 높이가 낮아 설치 장소가 적어도 된다 - 시트의 재료를 소프트실재를 사용하므로 고온 , 고압에 적용하기가 어렵다 . 메탈이나 합성수지를 일부 사용하고 있으나 보편화되지 않은 관계로 널 리 사용하지 못하고 있다 . -모든 실 (Seal) 이 볼에 의해 Sealing 되므로 대형에서는 볼의 제작이 어렵고 , 또한 중량이 무거워 설치하기가 어렵다

볼밸브

볼의 지지형식Floating 형

Trunnion Mounting 형

몸통

일체형End Entry

Top Entry

분할형2 분할

3 분할

유로2 방향

다방향3 방향

4 방향

볼형식Full Bore

Reduce Bore

시트릉금속시트링

비금속시트링합성수지

합성고무

볼밸브의 기능으로는 오작동방지기구 , 장금기구 , Fugitive Emission control, Fire Safe 구조 , Self Relief 구조 , Double Block & Bleed 구조 , Double Piston Effect 구조 , Grease Injection 구조 , Blow Out Proof Stem 구조 , A nti-static Device 구조 등이 있다

Butterfly Valve버터플라이밸브는 차단용 및 조절용 양쪽으로 사용이 가능하다 . 게이트밸브는 현재 가장 많이 사용되고 있는 밸브이기는 하나 구조가 복잡하고 중량물로 설치 및 사용이 불편하여 점차 버터플라이밸브로 대체되고 있는 실정이다 .

- 동일구경 타 밸브에 비해 소형 , 경량으로 설치 및 취급이 용이하고 배관 시스템을 안정화시킬 수 있다 . - 사용 공간이 협소한 곳에도 설치가 가능하며 시스템을 콤팩트하게 할 수 있어 전체적인 비용을 절감 할 수 있다 . -Quarter Turn(90° 회전 ) 개폐로 조작이 용이하고 긴급개폐가 가능하다 . - 자동화가 용이하다 . - 호칭경 1000mm 이상의 대형밸브 제작이 가능하고 타 밸브에 비해 제작비용이 저렴하다 . - 시트재료의 적용에 제약이 없어 초 저온에서 고온 및 고압용으로 제작이 가능하다 . ※ 고온용 및 고압용은 Triple Offset Metal Seat Type 에서만 가능함 . -Operating Torque 가 낮아 조작이 쉽다 . - 구조가 간단하고 고장이 적으며 유지 보수가 용이하다 . - 동일구경 타 밸브에 비해 가격이 싸고 경제적이다 . - 차단용 및 조절용으로 사용이 가능하다 ※ 조절용은 Cavitation 주의 .

단점으로 초기의 Butterfly Valve 는 Concentric Type 의 Soft Seat 구조로 150℃ 이상의 고온 , Class 150 이상의 고압에는 사용이 불가능하여 저온 , 저압조건에 제한적으로 사용 되었다 . 또한 밸브가 Full Open 시에도 밸브 유과경 (Port) 에 디스크가 남아 있는 단점이 있다 . 현재는 Triple Offset Metal Seat Type 의 개발로 고온 고압용으로 사용이 가능하나 제품 단가가 고가

Diaphragm Valve크게 휘어지는 성질과 신장성을 갖은 탄성체 판이 단단한 시트에 밀착 유체의 흐름을 막는다 - 밸브 몸통은 시트부를 포함 플라스틱 또는 내식성 재료에 의한 도포된 금속 . - 부식성 액체에 대하여 높은 저항성을 갖는다 . -탄성체 다이아후램 자체에 반복되는 휨으로 금이 가거나 또는 유체중에 날카로운 끝을 갖은 이물질에 의해 찢어지는 일이 있다 . - 물 처리 및 금속 접촉에 의해 오염될 위험성이 있는 액체를 취급하는데 적당하다 .

Actuator배관내 유체의 유량 , 압력 , 온도를 조절하기 위한 목적으로 유체의 통로를 열거나 닫도록 하는 기계를 밸브라 하며 이러한 밸브에 설치하여 동력을 공급받아 이 동력을 힘 또는 토오크 등의 기계적 출력으로 변환하여 밸브의 부하를 원격운전 (Remote Operation) 혹은 자동제어 (Automatic Control) 할 수 있도록 하는 기계를 액츄에이터 (Actuator) 라 말한다 . 이러한 액츄에이터는 여러 가지 동력을 이용하여 작동되는 것으로 사용하는 동력에 따라 액츄에이터의 구조가 크게 달라지므로 동력에 따라서 크게 전동식 액츄에이터 (Electric Actuator), 공압식 액츄에이터 (Pneumatic Actuator), 유압식 액츄에이터 (Hydraulic Actuator) 등으로 분류하고 있다 . 이것은 유체압력과 마찰에 의해 발생하는 밸브의 조작부하에 대하여 전력을 사용하여 전동기를 돌려 회전력 (Torque) 과 추력 (Thrust) 을 출력하도록 하는 것을 전동식 액츄에이터라 하고 , 압축공기 혹은 압축가스를 사용하여 실린더 또는 베인 모터 (Vane Motor) 등의 장치를 통하여 구동력을 출력하도록 하는 것을 공압식 액츄에이터 , 압축오일의 물리적 에너지를 사용하는 것을 유압식 액츄에이터라고 말한다 . 이밖에 이러한 동력을 복합적으로 사용하는 전동공압식 , 전동유압식 엑츄에이터 등이 있다 . - 공압식 액츄에이터 자동 밸브에 가장 많이 사용되는 액츄에이터로서 다른 액츄에이터에 비하여 구조가 간단하고 고장률이 낮고 작동속도가 빠르며 전기가 필요없어 가스폭발 등에 안전하다 . 또한 강력한 힘을 발생하면서도 가격이 저렴한 특징을 가지고 있으나 항상 압축공기가 필요하여 파이프 라인과 같은 밸 브가 멀리 떨어져 있는 밸브에는 비경제적이다 . - 전동식 액츄에이터 전동식 액츄에이터는 동력을 이용하기 쉽고 , 위치결정 정도가 높으며 작은 구조로 대용량의 출력을 얻을 수 있고 모든 종류의 밸브에 사용할 수 있다 . 게다가 여러 가지 특수한 기능을 제공하고 속도 및 출력 조절이 용이하며 장거리의 원격제어가 가능한 장점을 지니고 있다 . 그러나 전동식 액츄에이터는 다른 액츄에이터에 비해 가격이 비싸고 작동속도가 공압식에 비해 늦으며 기계적인 기어박스 및 전기적인 배선등이 복잡하여 공압식에 비해 고장이 많고 수리시에도 많은 비용과 시간이 소요된다 . - 유압식 액츄에이터 유압식 액츄에이터는 토오크 관성비가 크고 고속응답을 용이하게 얻을 수 있으며 출력에 대한 중량 및 크기의 비가 높고 유압 유니트가 상당한 공간을 차지한다 . 또한 강성이 높으므로 고정도의 위치제어가 가능하나 에너지원으로 기름을 사용하기 때문에 화재의 위험이 높고 힘제어가 곤란 하며 가격이 높다는 것이 단점으로 지적된다 . - 전동유압식 액츄에이터 전동유압식 액츄에이터는 전기 모터로 유압펌프를 작동시켜 이 유압에 의해 실린더를 움직이도록 되어 있는 장치로서 유압식이기 때문에 토오크 가 크고 작동시간이 빠르며 미세한 제어도 할 수 있어 압력이 높고 미세한 제어와 빠른 작동이 요구되는 중요한 밸브에 사용되지만 전기모터가 언제나 움직이기 때문에 전기소모가 많고 정전시에는 작동할 수가 없으며 가격이 다른 액츄에이터에 비하여 비싸다 .

Actuator1. 회전방법에 따른 분류

-1/4 회전용 액츄에이터 액츄에이터의 출력측 , 회전력을 전달하는 구동축이 90° 이내의 각도에서 회전하여 작동하도록 하는 것을 1/4 회전용 액츄에이터라고 말하며 , 버터 플라이 밸브 , 볼밸브 , 프러그 밸브 , 댐퍼 등에 사용한다 . 구동축의 작동 회전수와 회전각이 극히 작으므로 모터의 회전속도를 대단히 많이 감속해 야 함으로서 에피사이클로이드 (Epicycloid) 와 같은 다단계 감속구조에 의하여 대략 1/1300 에서 1/1500 의 비율로 감속되며 , 회전속도 0.1∼1.5rpm 범위에서 운전된다 . 감속비가 크고 저속으로 운전되기 때문에 모터의 용량은 대체적으로 작다 .

- 다회전용 액츄에이터 액츄에이터의 회전이 최소 1 회 이상 , 최대 900 회까지 연속적으로 회전할 수 있고 회전속도는 13∼250rpm까지 빠른 속도로 작동되는 것을 다회전 액츄에이터라고 말하며 게이트 밸브 , 글로브 밸브 , 수무 , 앵글밸브 , 다이아프램 밸브 등에 사용한다 . 또한 , 밸브와 결합을 위한 커플링 블록은 다양 한 종류가 구비되어 있어 , 스템 상승식 밸브 혹은 스템 비상승식 회전밸브의 구동용으로 적합하다 . 다회전 액츄에이터는 별도의 외부 1/4 회전 감 속기어와 결합하여 대형 1/4 회전용 밸브의 구동용으로도 사용할 수 있다 .

- 직선운동 액츄에이터 직선운동 액츄에이터는 전동기의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 조작력을 출려하도록 한 것으로서 액츄에이터 출력축 방향으로 상하 왕복운 동을 한다 . 직선운동용 액츄에이터는 일반적으로 글로브밸브 형태의 콘트롤밸브 혹은 댐퍼 등의 비례제어 용도로 적합하다 . 출력은 추력 (Thrust) 으로 규정되며 직선운동 거리 , 직선운동의 이동속도에 따라 적용된다 .

2. 조작 기능에 따른 분류

- 기본형 기본형 액츄에이터는 전동기 , 감속장치 , 토오크 스위치 , 리미트 스위치 , 모터 과열방지기 , 스페이스 히터 , 수동장치 등으로 구성되며 액츄에이터 내부의 전기장치는 액츄에이터 터미널 블록에 의해 외부 전선과 연결하도록 하고 있다 . 기본형은 별도의 정역회전용 전자접촉기 (Magnet Reversing Contactor) 와 전기제어 회로로 구성된 콘트롤 판넬과의 조합에 의해 운전된다 . 따라서 , 기본형 액츄에이터는 독자적인 제어회러에 의 한 전동조작 기능이 없으므로 콘트롤 판넬의 제어기능 양부에 따라 작동성능이 결정된다 . 또한 기본형은 제어기능의 한계성으로 비교적 단순한 작동 , 즉 전개 / 전폐 목적의 On-Off 용으로 사용한다 . 기본형의 시험운전은 모든 원격 설비 , 즉 콘트롤 판넬 , 전설포설 , 결선 등이 완성된 후에 가능 하다 .

- 통합형 통합형 액츄에이터는 기본형 액츄에이터의 기본적인 전기장치 외에 콘트롤 판넬의 모든 전기 , 전자 제어회로를 액츄에이터 내부에 수용하여 통합 된 제어기능을 제공하도록 하고 있다 . 즉 액츄에이터에 부착된 스위치와 표시기능으로 밸브운전을 가능하도록 한다 . 이러한 통합형 액츄에이터는 기본형에 비해 다양한 제어기능을 제공함으로써 밸브 운전이 편리하고 원격제어 설비를 간단하게 하는 장점이 있다 . 또한 현장 판넬을 구비하지 않고도 현장 및 원격운전을 동시에 행할 수 있다 . 통합형 액츄에이터는 전워느이 연결시 잘못된 위상에 기인한 역전 방지기능 , 단상보호기능 , 밸 브의 제밍방지기능 , 낙뢰보호기능 등의 여러 가지 액츄에이터의 보호기능을 제공한다 .

Actuator3. 조작방법에 따른 분류

-On-Off 액츄에이터 밸브의 전폐와 전개를 목적으로 사용하는 액츄에이터를 말한다 . 일반적으로 이러한 액츄에이터는 1∼5 분의 범위내에서 조작이 이루어지고 조작 후에는 오랜시간 조작이 정지된다 . 따라서 액츄에이터는 이러한 운전조건에 적합하도록 설계되며 , 모터는 IEC 의 34-1 의 규정에 의한 S2급 15 분 졍격을 사용한다 . 밸브개폐에 필요한 토오크는 전폐위치에서 최대가 되므로 햄머 브로우 장치에 의한 충격 모멘트와 토오크 바이패스를 통하여 밸브의 Seating 과 Unseating 에 순간적인 최대 토오크를 제공한다 .

- 비례제어 액츄에이터 비례제어 액츄에이터는 콘트롤레에서 발신하는 비례 제어신호에 따라 연속적으로 밸브의 개도를 조절한다 . 배관로의 압력 , 유량 , 온도 혹은 탱크 의 수위를 자동적으로 제어하기 위해 사용한다 . 밸브의 개도제어를 위해 전자식 Positioner 및 Feedback 신호 발신기를 조합하여 구성된다 . On- Off 용 액츄에이터는 밸브의 전폐 및 전개의 전 Stroke 에서 작동하는 것에 반해 비례제어용은 주로 밸브의 중간위치에서 작동됨으로 , 전부하의 약 40% 범위내에서 작동되며 , 연속적으로 작동해야 함으로 정짓간이 거의 없다 . 따라서 모터는 IEC 34-1 규정에 의한 S4 혹은 S9 등급을 사용한다 .

4. 사용전원에 따른 분류

- 직류전원용 액츄에이터 직류전원을 사용하며 , 구동력은 직류모터에서 얻는다 . 직류 액츄에이터는 큰 전압강하에서도 구동이 가능하므로 원거리 운전 , 혹은 밧데리에 의 한 비상 전원장치에 연결하여 정전 시에도 작동되는 이중안전장치로 사용하거나 , 개폐속도를 임의로 조절하기 위한 특수한 용도로 사용한다 . 교 류전원용에 비해 가격이 비싸고 , 아크가 커서 유지 관리가 어려워 비교적 잘 사용하지 않는다 .

- 교류전원용 액츄에이터 일반적으로 많이 사용하는 액츄에이터로서 삼상 혹은 단상 유도전동기를 사용한다 . 가격이 저렴하고 고출력을 얻기가 좋으며 콘트롤 판넬의 구성 이 단순하고 비교적 제어가 쉬운 장점이 있으나 전압강하가 많은 곳에서는 사용하기가 어렵고 배선이 잘못되었을 때는 고장을 일으키기 쉬운 단 점도 있다 .

Actuator1. 밸브 포지셔너 (Valve Positioner)

자동밸브는 신호기 (Controller) 로부터의 조작신호에 따라 밸브축을 움직여 주는 것이 바람직하나 통상 유체의 압력 , 유체 성질 , 밸브자체의 축과 패킹 마찰 , 밸브 프러그와 유체와의 힘의 불균형 등에 따라서 조작 신호와는 다르게 나타나는 경우가 많이 있다 . 특히 스프링 리턴식 조절 변에서는 다이아프램에 가해지는 공기압력에 의해 발생하는 힘과 이것에 따라 반작용으로 생기는 스프링 힘과 항상 평형을 유지하고 공기압력의 변화에 따라서 다시 축이 움직이는 원리이기 때문에 계기신호의 다른 외부적 힘에 의한 영향을 받기 쉽다 . 또 신호기로부터 신호가 공기식 일때는 공기신호가 공기 파이프를 통해 밸브에 전달되는데 일반적으로 액츄에이터의 면적이 파이프내의 공기량보다 커서 이 공기가 다이아프램의 압력을 변화시키는데 많은 시간이 걸린다 . 따라서 계기신호에 대한 반응이 지연된다 . 근대에서 모든 계기가 컴퓨터와 함께 연결하여 사용하므로 이 신호는 전기식 신호로서 전기식 신호를 공기식으로 바꾸는 동시에 밸브 스템 위치를 정확히 조절하는 전기식 밸브 포지셔너 (Electric-Pneumatic Valve Positioner) 를 사용한다 . 이러한 외부적 힘의 영향을 덜 받고 정확한 작동을 할 수 있도록 보조적으로 밸브에 부착하여 사용하는 것이 밸브 포지셔너이다 . 즉 밸브의 축 위치를 계기신호에 따라서 정확히 유지시켜 주는 보조기이다 .

2. Air Set(Air Regulator + Filter + Gage)

공기라인으로부터의 공기압은 압력이 높고 불규칙하기 때문에 직접 공기식 기기에 사용하기는 어렵다 . 보통 공기식 제어 시스템에는 1.2～ 5.0㎏ /㎠ g 를 주로 사용하며 일정한 깨끗한 공기압이 필요하다 . 공기압은 감압 챔버 1 을 통해 필터 케이스에 들어가 습기와 먼지 등 불순물을 제거하고 제 2 챔버에서 감압을 한다 . 그리고 감압 조정나사로 압력을 감압 조정한다 . 실린더 액츄에이터인 경우 포지셔너의 운동을 원활히 하기 위해 기름을 공급하는 오일러 (Oiler) 를 함께 부착해 공기와 혼합해서 공급한다 .

3. 볼륨 부스터 (Volume Booster)

신호기와 액츄에이터의 거리가 멀거나 액츄에이터부가 클 때 액츄에이터의 동작을 빠르게 하기 위해 신호기와 밸브 사이에 부착한다 . 부스터의 Pilot 는 용량이 약 1 인치 정도로 작아 신호기에서 부스터로 미세한 시그날이 전달되어도 라인에서부터 공기가 직접 부스터를 통해 밸브로 들어가기 때문에 작동속도가 대단히 빨라진다 .

4. 프레셔 부스터 (Pressure Booster)

공기식 신호기에서 최대 출력신호는 1.2㎏ /㎠ g 이기 때문에 밸브의 차압이 커져 압력을 1.2㎏ /㎠ g 이상 사용하고자 할 때 사용된다 . 부스터의 압력비례에 따라서 Controller 신호에 의해 라인압을 직접 사용할 수 있다 . 물론 포지셔너를 부착하면 되나 비용을 절감하기 위해서는 2:1 부프터를 부착해 사용하는 것이 경제적이며 안정성이 있다 .

Actuator5. 온 - 오프용 에어 릴레이스 (On-Off Air Relays)

다이아프램식 On-Off 자동밸브에서 콘트롤러의 출력 ( 최대 20psig)만 가지고는 개폐가 충분하지 않을 때 Air Relay 를 부착하면 Relay 에서 직접 6psig 또는 35psig 출력을 내서 개폐속도가 빠르고 확실하다 . 정상 운전일 때는 신호기로부터 출력 신호가 Relay 를 거쳐 밸브에 전달되나 긴급 신호 (0 또는 20psig) 를 주면 신호기로부터 신호는 Relay 에 차단되고 밸브는 밸브스프링에 의해 닫힌다 .

6. 솔레노이드 밸브 (Solenoid Valve)

자동밸브 부품으로서 솔레노이드 밸브도 일반 솔레노이드 밸브와 기능은 똑같으나 단지 유체가 공기이고 용량이 작은 것 뿐이다 . 여기에는 2-Way, 3-Way, 4-Way 3 가지가 있다 . 3-Way 는 스프링이 있는 단작동 액츄엥터의 자동밸브를 개폐하거나 긴급차단 또는 긴급하게 열 때 사용한다 . 2-Way 는 전기적 신호로 공기를 차단하는데 사용하며 , 4-Way 는 스프링이 없는 복작동 액츄에이터에서 Selector Valve 로 사용한다 .

7. 리미트 스위치 (Limit Switch)

제어품에서 밸브가 개폐품을 확인할 수 있는 신호를 보내든가 다른 경보 또는 신호를 보내는 장치를 말하는 것으로서 밸브축에 부착한다 . 그러나 밸브 궤도가 얼마나 열렸는가를 확인하는데 사용할 수 없으며 , 이 때는 Position Transmitter 를 사용한다 .

8. 락업 밸브 (Lock-up Valve)

공기라인이 차단되었을 때 밸브가 최후의 신호상태에서 정지 (Locking) 되었다가 다시 공기라인이 회복하면 정상적인 밸브작동을 할 수 있도록 하는 밸브이다 .

9. 포지션 트랜스미터 (Position Transmitter)

밸브 궤도가 얼마나 열렸는가를 4～ 20mA 의 출력으로 나타내든가 또는 Voltage 로 나타내서 제어실에서 밸브궤도를 확인할 수 있는 장치이다 .

Control ValveControl Valve란 자동제조 공정에서 Controller, Transmitter 와 같이 결합하여 사용하는 자동조작 Valve 를 말한다Pressure control, Flow control, Level control, Temperature control 등의 Process 를 Control 함.

Control Valve

Linearmotion

Rotarymotion

2-way valve

3-way valve

Butterfly valve

Ball valve

Eccentric Rotary

Globe valve

Gate valve

Angle valve

Mixed

Divert

Diaphragm valve

Single seated

Cage type

Venturi type

Cage type

Acorn type

Double seated

Control Valve -Eccentric rotary valve Eccentric rotary valve 는 Plug 가 편심축을 중심으로 회전되어 개폐하는 Valve 다 . 구조적으로는 제어용 Ball Valve 와 비슷하지만 편심축으로 되어 있다는 점이 특징이다 . 편심축으로 되어있기 때문에 Seat 와 Plug 가 차단시 외에는 접촉되지 않아 Torque 의 감소와 차단 성능의 향상이 도모되고 있다 . 유량 특성은 Linear 특성에 가깝고 , Range ability 는 100:1 로 크다 .

일반적으로 Actuator 의 Diaphragm 위쪽에 Air Line 이 연결되어 있으면 Air To Close (Fail Open) 이고 아래쪽에 연결되어 있으면 Air to Open (Fail Close) Type 이다 . Control Valve 는 압력을 강하시키는 설비이므로 에너지 소비처이다 . 즉 특별한 목적 외에는 가능한 차압이 적을수록 Energy 절약형이다 . 상당히 큰 차압으로 운전 중인 Control Valve 로써 Pump 의 Discharge 에 위치하고 있으면 , Pump 에서 과도하게 압력을 올리는 경향이 있으며 이러한 경우에 Pump 의 Im-peller 를 Trimming 하면 에너지 절약에 도움이 된다 .

Control Valve Cavitation

일정한 속도의 액체가 면적이 작은 부위 ( 수축부 Vena Contracta) 를 지날 때 유체의 속도 (V) 는 빨라지고 압력 (P) 은 떨어진다 , 이때 액체압력이 그 액체의 증기압 (Pv) 보다 낮아지면 기포가 발생 Vapor 상태가 되는데 이것을 Cavity 라 한다 . 이 기포는 다시 압력이 상승함에 따라서 밸브 Trim 이나 Body 내벽에서 붕괴한다 . 이 급격한 기포의 붕괴로 인하여 Energy 가 주위 밸브 본체 및 배관에 충돌 기계적인 손상을 일으킨다 이러한 손상을 Cavitation Erosion이라 한다 . 이때 충격력은 7,000 kg/cm2 이나 되며 , 15 ~ 10,000 HZ 광범위한 주파수의 소음이 발생한다 . Cavitation 현상이 일어나면 소음이 심할 뿐 아니라 마모현상이 심하여 이에 대한 대책이 필수 이다 . 방지책으로는

1. 가능하면 △ P 가 작게 한다 - 계산치 보다 큰 구경 밸브선정 - 차압을 작게 하기 위하여 밸브를 여러 개 설치 , 차압을 순차적으로 떨군다 - 일차압력 P1 이 일정하면 밸브를 가능하면 낮은 장소에 설치 P2 압력을 크게 하거나 공정상 압력을 액체의 포화증기압보다 높게 한다 2. △P 가 일정하면 압력회복이 낮은 밸브를 선정한다 .