지금까지 양방향 밸브 밀봉이 필요한 극저온 응용 분야에서는 주로 글로브 밸브와 고정식 볼 밸브/상부 고정식 볼 밸브 두 가지 유형의 밸브가 사용되어 왔습니다. 그러나 양방향 극저온 볼 밸브의 개발 성공으로 시스템 설계자들은 기존 볼 밸브보다 더욱 매력적인 선택지를 얻게 되었습니다.플로팅 볼 밸브유량이 더 많고, 매체의 흐름 방향과 밀봉 방향에 제한이 없으며, 극저온 환경에서도 안전하게 작동할 수 있습니다. 또한 크기가 작고 무게가 가벼우며 구조가 간단합니다.
밸브가 필요한 극저온 응용 시나리오에는 저장 탱크의 입/출구(충전 및 배출용), 밀폐된 빈 파이프라인 가압, 가스화 및 액화, LNG 터미널 스테이션의 다양한 시스템을 위한 다목적 파이프라인, 선박 시스템 및 유조선, 유통 시스템, 펌프 스테이션 및 LNG 연료 충전소, 그리고 선박의 이중 연료 엔진과 관련된 천연가스 밸브 세트(GVU) 등이 있습니다.
앞서 언급한 적용 시나리오에서는 일반적으로 양방향 차단 밸브를 사용하여 유체의 흐름을 제어하고 차단합니다. 다른 유형의 밸브와 비교해 볼 때,볼 밸브그들에게는 몇 가지 문제가 있습니다.
유량계수(Cv)가 낮으면 모든 관련 배관 크기 선택에 영향을 미치고 시스템의 유량 용량을 제한하는 잠재적인 병목 현상이 될 수 있습니다.
• 선형 액추에이터를 구성하여 밸브 닫힘 및 제어 기능을 수행해야 합니다. 볼 밸브 및 기타 직사각형 회전 밸브를 제어하고 작동시키는 데 사용되는 직사각형 회전 액추에이터와 비교했을 때, 이러한 유형의 장비는 구조가 더 복잡하고 가격이 비쌉니다. 밸브 및 액추에이터 장비 전체 세트의 비용과 구조적 복잡성은 매우 큰 문제입니다.
• 많은 LNG 시스템에서 요구되는 비상 정지 기능을 구현하기 위해 차단 밸브를 사용할 경우, 시스템의 복잡성은 더욱 높아질 것입니다.
소형 LNG 설비(SSLNG)의 경우, 이러한 시스템은 적재 및 하역 주기를 단축하기 위해 더 작고 비용 효율적이어야 하며 최대 유량 용량을 갖춰야 하므로 위의 문제점들이 더욱 두드러지게 나타납니다.
볼 밸브의 유량 계수는 동일 크기의 글로브 밸브보다 높습니다. 즉, 유량에는 영향을 주지 않으면서 크기를 줄일 수 있습니다. 이는 전체 배관 시스템은 물론 전체 시스템의 크기, 무게, 비용을 크게 절감할 수 있음을 의미합니다. 동시에 관련 시스템의 투자 수익률(ROI)을 크게 향상시킬 수 있습니다.
물론 일반적인 극저온 플로트 볼 밸브는 단방향 밸브이므로 양방향 밸브 밀봉이 필요한 위에서 언급한 시나리오에는 적합하지 않습니다.
일방통행 vs 양방향통행
그림 1에서 보는 바와 같이, 극저온 환경용 표준 플로트 볼 밸브는 유체의 상변화 시 압력 축적 및 상승을 방지하기 위해 밸브 볼의 상류 쪽에 압력 방출 구멍이 있습니다. 밸브가 닫힌 상태에서 밸브 본체 내부의 액화 천연가스는 증발 및 팽창을 시작하여 완전히 팽창했을 때 부피가 원래 부피의 600배에 달할 수 있으며, 이로 인해 밸브가 파열될 위험이 있습니다. 이러한 상황을 방지하기 위해 대부분의 표준 플로트 볼 밸브는 상류 개방형 압력 방출 메커니즘을 채택하고 있습니다. 따라서 기존의 볼 밸브는 양방향 밀봉이 필요한 상황에는 사용할 수 없습니다.
그리고 바로 이 단계에서 양방향 극저온 플로트 볼 밸브의 진가가 발휘됩니다. 이 밸브와 일반적인 단방향 극저온 밸브의 차이점은 다음과 같습니다.
• 밸브 볼에는 압력을 해제할 수 있는 구멍이 없습니다.
• 양방향으로 유체를 밀봉할 수 있습니다.
• 밸브 볼에는 압력을 해제할 수 있는 구멍이 없습니다.
• 양방향으로 유체를 밀봉할 수 있습니다.
양방향 극저온 플로트 볼 밸브에서 양방향 스프링식 밸브 시트는 상류 개방 압력 방출 메커니즘을 대체합니다. 스프링식 밸브 시트는 밸브 본체 내부에 갇힌 액화 천연가스로 인해 발생하는 과도한 압력을 방출하여 밸브 파열을 방지합니다(그림 2 참조).
또한 스프링이 장착된 밸브 시트는 밸브의 토크를 낮추고 극저온 환경에서 더욱 원활한 작동을 가능하게 합니다.
양방향 극저온 플로트 볼 밸브는 2단계 흑연 밀봉 링을 장착하여 화재 안전 기능을 갖추고 있습니다. 밸브의 폴리머 부품이 타는 심각한 사고가 발생하지 않는 한, 2차 밀봉 링은 유체와 접촉하지 않습니다. 사고 발생 시, 2차 밀봉 링이 화재 안전 보호 기능을 수행합니다.
양방향 밸브의 장점
글로브 밸브, 고정식 및 상부 고정식 볼 밸브와 비교했을 때, 양방향 극저온 플로트 볼 밸브는 높은 유량 계수를 가진 볼 밸브의 모든 장점을 갖추면서 유체 흐름 및 밀봉 방향에 제한이 없습니다. 극저온 환경에서도 안전하게 사용할 수 있으며, 크기가 비교적 작고 구조가 간단합니다. 호환되는 액추에이터 또한 비교적 간단하고(직각 회전) 소형화할 수 있습니다. 이러한 장점 덕분에 전체 시스템을 더욱 작고 가볍게 만들 수 있으며 비용 효율성도 향상됩니다.
글로브 밸브, 고정식 및 상부 고정식 볼 밸브와 비교했을 때, 양방향 극저온 플로트 볼 밸브는 높은 유량 계수를 가진 볼 밸브의 모든 장점을 갖추면서 유체 흐름 및 밀봉 방향에 제한이 없습니다. 극저온 환경에서도 안전하게 사용할 수 있으며, 크기가 비교적 작고 구조가 간단합니다. 호환되는 액추에이터 또한 비교적 간단하고(직각 회전) 소형화할 수 있습니다. 이러한 장점 덕분에 전체 시스템을 더욱 작고 가볍게 만들 수 있으며 비용 효율성도 향상됩니다.
표 1은 유지보수, 크기, 무게, 토크 수준, 제어 난이도 및 전체 비용 측면에서 양방향 극저온 부유식 볼 밸브를 유사한 기능을 가진 다른 밸브와 비교하여 장점과 단점을 종합적으로 요약한 것이다.
소규모 LNG 설비가 관례를 깨고 양방향 극저온 볼 밸브를 채택한다면, 볼 밸브 고유의 장점인 전체 직경, 높은 유량 및 높은 배관 배출 속도를 최대한 활용할 수 있습니다. 상대적으로 동일한 유량을 유지하면서 더 작은 크기의 배관을 사용할 수 있으므로 시스템의 전체 부피, 무게 및 복잡성을 줄일 수 있으며, 배관 시스템 비용 또한 절감할 수 있습니다.
이전 글에서는 차단 밸브로 사용할 때의 장점을 소개했습니다. 제어 밸브로 사용할 경우 그 장점은 더욱 분명해집니다. 직각 회전 볼 밸브를 사용하면 밸브 자동화 키트의 복잡성이 크게 줄어들기 때문에 극저온 시스템의 선택 사양으로 자리 잡았습니다.
앞서 언급한 자동화 키트의 가장 기본적인 구성품은 간단하고 실용적인 양방향 극저온 플로트 볼 밸브와 구조가 단순하고 가성비가 높은 직사각형 회전 액추에이터입니다.
요컨대, 양방향 극저온 플로트 볼 밸브는 극저온 파이프라인 시스템에 있어 "획기적인" 긍정적 의미를 지닙니다. 특히 소규모 LNG 시설에서 그 장점을 최대한 발휘할 수 있습니다.
지난 몇 년 동안 이 신제품은 실제 적용 사례를 통해 검증되었으며, 프로젝트 비용 절감과 시스템의 장기적인 안정적인 운영에 긍정적인 영향을 미친다는 것이 입증되었습니다.
게시 시간: 2021년 6월 17일