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  Control valve Delta P 타당성에 관해 질문드립니다.
  글쓴이 : chan   고유ID : rndcks     날짜 : 20-02-09 18:06     조회 : 292    
안녕하십니까. 엔지니어링 일을 시작한 지 4개월 된 신입엔지니어 입니다. 아직 모르는 것이 많아 고수님들께 질문 드리고자 합니다.
1) Control valve의 Delta P 에 관한 것입니다.
- FV-1이라는 Pump discharge 후단 Control valve의 목적은 특정 지점의 pressure 를 30kg/cm2g로 유지하는 것입니다. Pump discharge pressure 는 44kg/cm2g가량이며 Pump discharge line은 8"에서 8"x6" Reducer 를 거친 후 Control valve inlet 으로 향하게 됩니다.
이러한 상황에서 Pump hydraulic을 통해 Control valve Delta P : 6kg/cm2g 라는 값을 구했습니다. 그렇다면 구해진 6kg/cm2g 가 타당하다는 것을 어떤 기준으로 판단할 수 있는 것인지요?
Control valve 에 관한 여러 글을 읽어보며 추측해보았을 때,
A. Control valve 의 opening이 75%라고 가정 후 Flow coefficient 인 CV값을 구한다.
B. Control valve 의 Delata P 가 6kg/cm2g 이기에 Total delta P 의 1/3 을 넘는다. 따라서, 안정적인 Flow control 이 가능하다.
이 2가지 정도로 판단할 수 있을꺼 같은데 제가 모르는 판단기준에 대하여 고수님들의 의견 및 조언 부탁드리겠습니다. 감사합니다.

스테파노 Stefano   20-02-12 00:59
Pump Hydraulic 계산으로 Control Valve의 차압이  6 kgf/cm2 임을 알았다면  그 펌프의 배출유량이 흐를 때 그 Control Valve의 Cv값이  적절한지 (적절한 Opening에서  해당 차압이 걸렸을 때 그 유량이 흐르는지) 확인하면 됩니다 . 

Pump와 Control Valve 사이의 배관에서의 차압 + Control Valve 차압 + 사용처 계기압력 = 44 kg/cm2 g 임을 확인하면 됩니다.

차압은  단위가 kg/cm2g 가 아니고 kg/cm2 단위여야 합니다.
chan rndcks   20-02-16 16:01
스테파노님, 답변이 늦어 죄송하며 동시에 친절한 답변 감사드립니다. 죄송하지만 추가적인 질문드립니다.

Control valve의 Cv값은 liquid  기준으로 Cv=1.17*Q*(Sqrt(sp.gr/control valve delta P))로 알고 있습니다. 이 식으로 Cv 값을 구했을 때 대략 180 가량이 나오게 되는데 이 값이 타당한지에 대해 궁금합니다. 보다 자세하게 궁금증을 말씀드리자면,

1) 구해진 Cv에 따라 Control valve 의 직경이 결정되는 것으로 알고 있습니다. 그렇다면 Cv 범위에 따른 Control valve 직경을 선정할 때 통상적인 기준이  있는 것인가요? (Ex) Cv :110~130은 6"의 Control valve 를 사용하라.

2) Pump hydraulic 을 했을 때 기존에 구해져있던 Control valve delta P가 있습니다. 그리고 제가 다시 구한 Control valve delta P 는 위에 언급한 것처럼 약 6kg/cm2g입니다. 그렇다면 제가 다시 구한 Control valve delta P가 적절하다는 결론을 낼 수 있는 기준이 있을까요?
*제 사견으로는 각 경우의 Cv값을 구한 후 오차율이 몇 %안에 들어오면 괜찮다라는 식의 접근을 할 수 있을꺼 같습니다. 이유는 통상적인 exponential 형 Control valve performance curve 를 보면, 약간의 Cv 증가 및  감소는 opening 의 정도에 따라 Cover 할 수 있다고 생각하기 때문입니다 (단 opening 이 10~90%를 넘지 않는 다는 조건이 붙겠지만요..).

3) 현재 해당 Control valve 의 Perfomance curve 는 없습니다. 하여 화공쪽에 방대한 지식을 갖고 계신 고수님들께 가르침을 부탁드립니다.

이상입니다. 감사합니다.
Stefano    20-02-17 11:33
(A1) Control Valve의 Cv 값은..
밸브의 크기를 선정하기 위해 알아야 하는 값이며 질문에서 언급한 식과 같이 정해진 차압에서 흐를 수 있는 유량으로 밸브가 선정됩니다.    대략 Cv값이 선정되고나면 나머지는 Controller가 Valve Positon을 알아서 열어주고 닫아줍니다.  따라서 조절하고 자 하는 유량범위에 따라 차압이 유지될 수 있으면 조절이 가능하다고 보면 됩니다.   

밸브를 완전히 열었는데도 흐름이 부족하다면 밸브차압이 부족하거나 (선정된)밸브크기가 부족한 것이고 반대로 밸브를 거의 닫았는데도 유량이 너무 많이 흐른다면 조절하기가 어렵고 밸브열림 틈새의 마모로 인하여 밸브수명이 짧아집니다. 

(A2) Valve Opening은 10~90%범위에서 운전된다고 해도 Valve 차압에 따라 흐르는 유량이 크게 달라집니다.  따라서 정상적으로 운전되는 범위의 유량에서 밸브차압이 일정하게 잘 유지되고 있으면 Valve의 Opening 만으로 유량이 조절하는 것이 좋습니다. 

일반적으로 Control Valve를 포함한 배관 전체의 차압 중 Control Valve 차압이 1/3이상 되도록 하는 것이 좋다고 알려져 있습니다.    짧은 배관에서는 주로 Control Valve의 차압이 대부분을 차지하게 되지요.  압력조절용이 아니고 유량 조절용 Control Valve라면 10 psi (0.7 bar) 정도의 차압이 적당하다고 합니다.  차압이 크다면 Orifice나 수동 조절밸브를 이용하여 차압을 분담해 두고 Control Valve의 차압을 이정도로 맞추어 두면 조절하기가 수월해 진다는 이야기가 되지요. 

언급한 6 kgf/cm2 g는 차압이 아니고 System 압력을 나타낸 것입니다.  Control Valve의 차압은 System 압력과는 별개입니다.  Control Valve 입구와 출구간의 압력차를 알아봐야 합니다.

(A3) 밸브 선정을 위한 Cv값
결론적으로 밸브를 선정하려면 우선 밸브 차압을 결정해야 하는데  선정되는 밸브의 유량이 60~80% 정도 범위에 있는 크기로 정하는 것이 적당할 것입니다.    Cv 선정에 약간의 오차가 있어도 문제 없습니다.  글 머리에 설명한 것 처럼 약간의 차이는 Controller가 조절해 주기 때문이지요.  Control Valve에서 Performance Curve라면 정해진 차압에서 Valve Opening에 따른 유량 특성을 의미하는 것입니다.
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