[레포트]Control Valve 공정제어 자료조사 레포트

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문서 내 토픽

• 1. Control Valve

  Control Valve는 전기적 신호를 물리적 값으로 변환하고 최종적으로 원하는 유량이 얻어지도록 하는 제어 밸브이다. 제어기가 보내는 신호에 따라 유량을 조정하는 데 제어 밸브가 사용된다. 제어기가 보낸 명령 신호와 최종적으로 얻게 되는 유량 사이의 관계는 가능한 예측이 가능하고, 선형적인 형태로 나타나는 것이 가장 이상적이다. 일반적으로 명령 신호는 압력 신호로 변환되어 밸브 내부의 개구부로 전달되어 변환돼서 유량에 영향을 미치게 된다. 이 압력 신호가 밸브의 개구부에 영향에 미치는 방법은 제어 밸브 내부에 있는 밸브 포지셔너를 통해 처리가 되는 형식이다.

• 2. 밸브 트림 유형

  밸브 트림의 유형에 따라 유량과의 관계가 달라진다. 선형 유형의 밸브 트림에서는 밸브 개방과 유량 사이에 선형적인 관계가 성립하지 않지만, 동일한 비율 유형의 밸브 트림에서는 밸브 개방과 유량 사이에 선형적인 관계가 형성된다.

• 3. 최대 유량과 펌핑, 밸브 사이즈

  밸브의 사이즈를 증가시켜도 최대 유량은 매우 느리게 증가하므로, 최대 유량을 증가하기 위해서는 밸브의 사이즈 뿐만 아니라 충분한 펌핑이 추가로 가해져야 한다. 밸브의 크기와 펌프 배출압력을 적절히 조절하면 밸브의 압력 강하가 전체 압력 강하의 1/3 정도가 되도록 할 수 있다.

• 4. 밸브 포지셔너의 영향

  밸브 포지셔너가 작동하면 hysteresis가 제거되어 유량의 반응이 명령 신호와 동시에 부드럽게 나타나지만, 밸브 포지셔너가 작동하지 않으면 유량의 반응이 느리고 끊긴 채로 나타난다.

• 5. 밸브의 normal position

  밸브가 공기에 개방되어 있는 상태(Air-to-Open)에서는 명령 신호의 세기가 증가할수록 유량도 점점 증가하지만, 밸브가 공기에 개방되어 있지 않은 상태(Air-to-Close)에서는 명령 신호의 세기가 증가할수록 유량이 점점 감소한다.

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• 1. Control Valve

  Control valves are critical components in industrial process control systems, responsible for regulating the flow, pressure, and other parameters of fluids and gases. They play a vital role in ensuring the efficient and safe operation of various industrial processes. The selection and proper sizing of control valves are crucial to achieving optimal process performance. Factors such as the fluid properties, flow rate, pressure drop, and required control characteristics must be carefully considered when choosing the appropriate control valve. Additionally, the valve trim design, material compatibility, and actuator selection can significantly impact the valve's performance and reliability. Proper maintenance and regular inspection of control valves are essential to maintain their functionality and prevent unexpected failures, which can lead to process disruptions and safety concerns. Overall, control valves are a fundamental component in industrial automation and process control, and their proper selection, installation, and maintenance are crucial for the success of any industrial operation.

• 2. 밸브 트림 유형

  밸브 트림은 제어 밸브의 핵심 구성 요소로, 유체의 흐름을 조절하고 압력 강하를 관리하는 역할을 합니다. 다양한 트림 유형이 존재하며, 각각의 특성과 장단점이 있습니다. 예를 들어, 균등 퍼센트 트림은 유량 변화에 따른 압력 변화를 선형적으로 조절할 수 있어 정밀한 제어가 가능하지만, 낮은 유량에서 유량 변화에 민감할 수 있습니다. 반면 선형 트림은 유량과 압력 변화가 선형적이어서 제어가 용이하지만, 낮은 유량 영역에서 정밀성이 떨어질 수 있습니다. 이처럼 트림 유형 선택 시 공정 요구사항, 유체 특성, 제어 목적 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 또한 트림 재질 및 형상 설계 최적화를 통해 제어 성능, 내구성, 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 결과적으로 적절한 트림 유형 선택은 제어 밸브의 성능과 신뢰성을 높이는 데 핵심적인 역할을 합니다.

• 3. 최대 유량과 펌핑, 밸브 사이즈

  제어 밸브의 최대 유량 용량과 펌핑 시스템, 밸브 사이즈 간의 관계는 매우 중요합니다. 최대 유량 용량은 공정 요구사항에 따라 결정되며, 이를 초과하지 않도록 밸브 사이즈를 선정해야 합니다. 그렇지 않으면 과도한 압력 강하로 인해 펌프 부하가 증가하고 에너지 효율이 저하될 수 있습니다. 또한 밸브 사이즈가 너무 크면 낮은 유량 영역에서 제어 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 공정 유량 범위, 압력 조건, 펌프 특성 등을 종합적으로 고려하여 최적의 밸브 사이즈를 선정해야 합니다. 이를 위해 유량-압력 특성 곡선 분석, 시뮬레이션 등의 기법을 활용할 수 있습니다. 적절한 밸브 사이즈 선정은 공정 효율 향상, 에너지 절감, 안정적인 운전을 보장하는 데 필수적입니다.

• 4. 밸브 포지셔너의 영향

  제어 밸브 포지셔너는 밸브의 개도를 정밀하게 제어하여 공정 변수를 안정적으로 유지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 포지셔너는 밸브 개도와 제어 신호 간의 관계를 선형화하고, 빠른 응답성과 높은 정밀도를 제공합니다. 이를 통해 공정 변수의 정밀한 제어가 가능해집니다. 또한 포지셔너는 밸브 스템의 마모, 마찰력 변화, 공정 조건 변화 등에 대한 보상 기능을 제공하여 제어 성능을 유지할 수 있습니다. 포지셔너의 성능 및 기능은 제어 밸브의 신뢰성과 안정성에 직접적인 영향을 미치므로, 공정 요구사항에 맞는 적절한 포지셔너 선정이 매우 중요합니다. 이를 통해 제어 밸브 시스템의 정밀한 제어, 에너지 효율 향상, 안전성 확보 등의 효과를 기대할 수 있습니다.

• 5. 밸브의 normal position

  제어 밸브의 normal position은 밸브가 정상 작동 시 취하는 기본 위치를 의미합니다. 이는 밸브의 안전성과 공정 제어 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적으로 밸브의 normal position은 공정 안전성과 비상 상황 대응을 고려하여 결정됩니다. 예를 들어, 안전상의 이유로 밸브가 정상 상태에서 닫힌 상태(fail-close)를 유지하는 경우가 많습니다. 이는 공정 유체 유출을 방지하고 안전을 확보하기 위함입니다. 반면 일부 공정에서는 밸브가 정상 상태에서 열린 상태(fail-open)를 유지하는 것이 더 안전할 수 있습니다. 이처럼 밸브의 normal position 선정 시 공정 특성, 안전성, 비상 대응 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 또한 정상 작동 외에도 전원 공급 중단, 공압 공급 중단 등의 비정상 상황에서 밸브가 취하는 위치도 함께 검토되어야 합니다. 이를 통해 제어 밸브 시스템의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.