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버터플라이 밸브는 다른 유형의 제어 밸브보다 더 가볍고 작으며 가벼우므로 많은 응용 분야에서 유량을 조절하는 데 가장 적합합니다. 표준 버터플라이 밸브는 전통적으로 자동 개폐 응용 분야에 사용되며 이 역할에 매우 적합합니다. 그러나 폐쇄 루프 시스템에서 흐름을 조절하는 경우 일부 엔지니어는 이를 수용할 수 없다고 생각합니다.
버터플라이 밸브는 회전 디스크를 사용하여 파이프를 통한 흐름을 제어합니다. 디스크는 일반적으로 90도까지 작동할 수 있으므로 쿼터턴 밸브라고도 합니다. 일반적으로 경제성을 고려할 때 사용됩니다. 단단히 닫혀야 하는 경우 부드러운 탄성 씰 및/또는 코팅된 디스크가 있는 버터플라이 밸브를 사용하여 필요한 성능을 제공할 수 있습니다. 고성능 버터플라이 밸브(HPBV) 또는 이중 오프셋 밸브는 이제 버터플라이 제어 밸브의 업계 표준이며 스로틀 제어에 널리 사용됩니다. 상대적으로 일정한 압력 강하 또는 느린 프로세스 루프가 있는 응용 분야에 적합합니다.
HPBV의 장점은 직선 흐름 경로, 고용량, 고체 및 점성 매체를 쉽게 통과시키는 능력을 포함합니다. 설치 비용은 일반적으로 모든 밸브 유형, 특히 NPS 12 이상의 밸브 중에서 가장 낮습니다. 다른 유형의 밸브와 비교하여 크기가 12인치를 초과하면 비용 이점이 크게 증가합니다.
넓은 온도 범위에서 우수한 폐쇄 성능을 제공할 수 있으며 웨이퍼 유형, 러그 유형 및 이중 플랜지를 포함한 다양한 밸브 본체 디자인을 제공합니다. 다른 유형의 밸브보다 훨씬 가볍고 컴팩트합니다. 예를 들어, 12인치 ANSI 클래스 150 이중 플랜지 세그먼트 볼 밸브의 무게는 350파운드이고 면간 치수는 13.31인치인 반면, 동급의 12인치 러그 버터플라이 밸브의 무게는 200파운드에 불과하며 면간 치수는 13.31인치입니다. 얼굴 크기 3인치.
버터플라이 밸브에는 특정 용도의 유량 제어에 부적합하게 만드는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 여기에는 볼 밸브에 비해 제한된 압력 강하 기능이 포함되며 캐비테이션 또는 플래싱 가능성이 더 큽니다.
디스크의 넓은 표면적은 흐르는 매체의 동적 힘을 구동 샤프트에 적용하는 레버 역할을 하기 때문에 표준 버터플라이 밸브는 일반적으로 고압 응용 분야에 사용되지 않습니다. 그렇다면 액추에이터의 크기와 선택이 중요해집니다.
때때로 버터플라이 제어 밸브의 크기가 너무 커서 공정 성능에 부정적인 영향을 미치는 경우가 있습니다. 이는 파이프라인 크기의 밸브, 특히 대용량 버터플라이 밸브를 사용하기 때문일 수 있습니다. 이는 두 가지 방법으로 공정 변동성을 증가시킬 수 있습니다. 우선, 오버사이즈는 밸브에 너무 많은 이득을 가져오므로 컨트롤러 조정에 유연성이 부족합니다. 둘째, 대형 밸브는 낮은 밸브 개구부에서 더 자주 작동할 수 있는 반면, 버터플라이 밸브의 밀봉 마찰은 더 클 수 있습니다. 주어진 밸브 스트로크 증분에 대해 지나치게 큰 밸브는 불균형적으로 큰 흐름 변화를 생성하기 때문입니다. 이 현상은 마찰로 인한 데드존과 관련된 공정 변동성을 크게 과장합니다.
코드 설정자는 때때로 경제적인 이유로 또는 제한 사항에 관계없이 주어진 파이프라인 크기에 적응하기 위해 버터플라이 밸브를 사용합니다. 파이프가 압착되는 것을 방지하기 위해 버터플라이 밸브의 크기를 크게 하는 경향이 있으며, 이로 인해 공정 제어가 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다.
가장 큰 한계는 이상적인 스로틀 제어 범위가 스톱 밸브나 세그먼트 볼 밸브만큼 넓지 않다는 점입니다. 버터플라이 밸브는 일반적으로 약 30%~50%의 개방 제어 범위를 벗어나면 제대로 작동하지 않습니다.
일반적으로 제어 루프가 선형 방식으로 작동하고 프로세스 게인이 1에 가까울 때 루프를 제어하기가 가장 쉽습니다. 따라서 1.0의 프로세스 게인은 양호한 루프 제어의 목표가 되며 허용 가능한 범위는 0.5 ~ 2.0(범위 4:1)입니다.
대부분의 루프 이득이 컨트롤러에서 나올 때 성능이 가장 좋습니다. 그림 1의 게인 곡선에서 프로세스 게인은 밸브 스트로크의 약 25% 미만 영역에서 매우 높아집니다.
프로세스 게인은 프로세스 출력과 입력 변경 간의 관계를 정의합니다. 프로세스 게인이 0.5~2.0 사이로 유지되는 스트로크가 밸브의 최적 제어 범위입니다. 프로세스 게인이 0.5~2.0 범위에 있지 않으면 동적 성능이 저하되고 루프 불안정이 발생할 수 있습니다.
밸브가 닫혀서 열릴 때 버터플라이 밸브 디스크 설계는 밸브 흐름에 상당한 영향을 미칩니다. 고유한 등분율 특성을 지닌 디스크는 유량에 따라 변하는 압력 강하를 더 잘 보상할 수 있습니다. 동일한 비율의 내부는 선형 설치 특성을 제공하여 압력 강하를 변경하는데, 이는 이상적입니다. 그 결과 유량과 밸브 스트로크 사이의 일대일 변화가 더욱 정확해졌습니다.
최근 버터플라이 밸브는 본질적으로 동일한 비율의 유량 특성을 지닌 디스크를 사용할 수 있습니다. 이는 더 넓은 이동 범위에 걸쳐 0.5~2.0의 필수 범위 내에서 설치 프로세스 이득을 가져오는 설치 기능을 제공합니다. 이는 특히 낮은 이동 범위에서 스로틀링 제어를 크게 향상시킵니다.
이 설계는 약 11% 개방에서 70%까지 0.5~2.0의 허용 가능한 이득으로 우수한 제어를 제공하며 제어 범위는 동일한 크기의 일반적인 고성능 버터플라이 밸브(HPBV)보다 거의 3배 더 높습니다. 따라서 동일한 비율의 디스크는 전체적으로 더 낮은 공정 변동성을 제공합니다.
제어 디스크 밸브와 같이 고유한 등분율 특성을 지닌 버터플라이 밸브는 정밀한 스로틀 제어 성능이 필요한 공정에 이상적입니다. 프로세스 장애와 관계없이 목표 설정점에 더 가깝게 제어할 수 있으므로 프로세스 변동성이 줄어듭니다.
버터플라이 밸브가 잘 작동하지 않으면 밸브를 올바른 크기로 교체하면 문제가 해결됩니다. 예를 들어, 한 제지 회사는 펄프에서 수분 제거를 제어하기 위해 두 개의 대형 버터플라이 밸브를 사용합니다. 두 밸브는 스트로크의 20% 미만에서 작동하므로 각각 3.5%와 8.0%의 공정 변동이 발생합니다. 대부분의 서비스 수명은 수동 모드에서 소비됩니다.
디지털 밸브 컨트롤러가 포함된 적절한 크기의 NPS 4 Fisher 제어 디스크 버터플라이 밸브 2개가 설치되었습니다. 루프는 이제 자동 모드에서 실행되고 있으며 첫 번째 밸브의 프로세스 변동성은 3.5%에서 1.6%로 증가했으며 두 번째 밸브의 프로세스 변동성은 특별한 루프 조정 없이 8%에서 3.0%로 증가했습니다.
철강 공장 냉각 시스템의 열악한 수압과 흐름 제어로 인해 최종 제품의 불일치가 발생했습니다. Jiutai에 설치된 HPBV는 필요에 따라 물 흐름을 효과적으로 제어할 수 없었습니다.
공장에서는 공정을 더 잘 제어할 수 있고 설치 비용을 최소화할 수 있는 밸브를 설치하기를 원합니다. 공장은 HPBV에서 분할 볼 밸브로 전환하기 위해 각 밸브의 파이프를 교체하는 데 10,000달러를 지출할 것입니다. 대신, Emerson은 Control-Disk 버터플라이 밸브가 현재 HPBV 대면 크기에 맞도록 권장합니다.
제어 디스크 밸브는 기존 HPBV 9개 중 하나와 함께 테스트되었으며 성능은 지정된 요구 사항을 충족했습니다. 공장에서는 1년 이내에 나머지 8개의 HPBV를 교체했으며 각 HPBV에는 제어 디스크 밸브가 장착되었습니다. 이로 인해 세그먼트형 볼 밸브에 대한 90,000달러 규모의 파이프라인을 교체할 필요가 없어졌으며, 볼 밸브의 비용은 버터플라이 밸브에 비해 약 25% 증가했습니다.
제어 디스크 밸브는 정밀한 제어를 제공하고 최종 제품의 변동성을 제거하는 데 도움이 됩니다. 철강 공장에서는 9개의 제어 디스크 밸브를 설치하면 연간 약 100만 달러를 절약할 수 있을 것으로 추산합니다.
대부분의 다른 밸브 유형에 비해 디지털 포지셔너를 갖춘 HPBV는 초기 설치 비용이 저렴하고 크기가 맞을 때 적절한 제어 범위를 제공할 수 있습니다. 용량이 크고 흐름 제한이 최소화됩니다. 내부 부품의 비율이 동일하게 내장된 버터플라이 밸브는 글로브 밸브나 볼 밸브와 마찬가지로 제어 범위를 확장할 수 있는 기회를 제공하며 HPBV의 공간만 차지합니다.
밸브, 특히 HPBV를 선택할 때 크기가 올바른지 확인하십시오. 그렇지 않으면 제어실에서 수동으로 제어할 수 있습니다. 또한 응용 분야에 가장 넓은 제어 범위를 제공하는 밸브 유형, 고유 특성 및 밸브 크기를 고려하는 것도 중요합니다.
Mark Nymeyer는 Emerson Automation Solutions의 흐름 제어 부문 글로벌 마케팅 커뮤니케이션 관리자입니다.
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게시 시간: 2021년 10월 11일
