버터플라이 밸브 누출의 원인 및 해결책

버터플라이 밸브는 컴팩트한 설계, 효율적인 유량 조절 및 비용 효율적인 제어 덕분에 수처리, 석유 및 가스, 냉난방 공조(HVAC), 화학 공정 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

하지만 가장 흔한 문제점 중 하나는버터플라이 밸브누출은 밸브 시트를 통한 내부 누출 또는 밸브 스템이나 밸브 본체 주변과 같은 외부 누출로 발생할 수 있습니다. 누출은 경미하거나 심각할 수 있으며, 시스템 효율 저하, 심각한 안전 위험, 환경 문제 또는 비용이 많이 드는 가동 중단으로 이어질 수 있습니다.
따라서 이러한 누출의 근본 원인을 파악하고 효과적인 해결책을 시행하는 것은 밸브의 안정적인 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다.

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버터플라이 밸브 누출 유형

원인과 해결책을 살펴보기 전에 먼저 버터플라이 밸브에서 흔히 발생하는 누출 유형을 분류해 보겠습니다.
a. 내부 누출: 밸브가 닫힌 상태일 때 유체가 밸브를 통해 새어 나오는 것은 밸브 시트 또는 디스크가 제대로 밀봉되지 않았음을 나타냅니다.
b. 외부 누출: 밸브 본체, 일반적으로 밸브 스템, 패킹 또는 플랜지 연결부 주변에서 유체가 새어 나와 밀봉이 손상됩니다.

두 가지 유형의 누수 모두 설계, 설치, 작동 또는 유지 관리 관련 요인에서 비롯될 수 있습니다.
아래에서는 누수 유형별 주요 원인과 그에 따른 해결책을 살펴보겠습니다.

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1. 마모되었거나 손상된 씰

내부 누출의 일반적인 원인은 밸브 밀봉 부품(예: 탄성 라이너 또는 금속 시트)의 열화입니다.

1.1 원인

- 재질 열화: 부식성 액체, 고온 또는 자외선에 장기간 노출되면 씰이 경화되거나 균열이 생기거나 탄성을 잃을 수 있습니다.

- 마모성 물질: 모래, 자갈 또는 기타 입자를 포함하는 유체는 시간이 지남에 따라 씰을 부식시킵니다.

- 노화: 비교적 가혹하지 않은 조건에서도 씰은 시간이 지남에 따라 자연적으로 열화되어 밸브 디스크에 제대로 밀착되지 않게 됩니다. 이는 피할 수 없는 자연적인 노화 현상입니다.

- 과도한 토크: 선택된 전기식, 공압식 등의 액추에이터 토크가 너무 커서 밸브 디스크가 닫힐 때 밸브 시트에 과도한 압력을 가해 밸브 시트가 변형되거나 심지어 파손될 수 있습니다. 수동으로 작동할 경우에도 대구경 버터플라이 밸브에 과도한 토크를 가하면 밸브 시트가 변형되거나 손상될 수 있습니다.

1.2 솔루션

- 재질 선택: 사용 유체 및 작동 조건에 적합한 밀봉 재질을 선택하십시오. 예를 들어, 내화학성이 뛰어난 경우 PTFE를, 수성 용도에는 EPDM을, 유성 유체에는 Viton을 사용하십시오.
- 정기 유지보수: 씰이 고장나기 전에 점검하고 교체하는 예방 유지보수 프로그램을 시행하십시오. 이는 특히 가혹한 환경에서 매우 중요합니다.
- 보호 코팅: 마모가 심한 환경에서는 씰의 수명을 연장하기 위해 코팅 또는 경화 처리된 시트를 갖춘 밸브 사용을 고려하십시오.
- 액추에이터 최적화: 제조사에서 제공하는 버터플라이 밸브 토크 데이터에 따라 적절한 토크를 가진 액추에이터를 선택하거나 토크 보호 기능이 있는 액추에이터를 선택하십시오. 또한 수동으로 작동할 때는 과도한 힘을 가하지 않도록 주의해야 합니다. Zfa는 확실하지 않은 경우 토크 제한 기능이 있는 핸들 또는 웜 기어 액추에이터를 사용할 것을 권장합니다.
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2. 부적절한 설치

누출은 밸브 설치 중 발생하는 오류로 인해 발생하는 경우가 많으며, 이는 내부 및 외부 밀봉에 영향을 미칩니다.

2.1 원인

- 정렬 불량: 밸브가 파이프와 제대로 정렬되지 않으면 디스크가 제대로 밀착되지 않아 내부 누출이 발생할 수 있습니다.
- 토크 부족: 플랜지 볼트를 충분히 조이지 않으면 밸브 파이프 연결 부위에서 외부 누출이 발생할 수 있습니다.
- 과도한 조임: 과도한 토크는 밸브 본체 또는 시트의 변형을 일으켜 디스크가 완전히 닫히지 않고 내부 누출을 유발할 수 있습니다.

2.2 해결책

- 정렬 점검: 설치 시 정렬 도구를 사용하여 밸브가 배관 중앙에 위치하는지 확인하십시오. 또한 디스크가 배관 벽에 닿지 않고 자유롭게 움직이는지 확인해야 합니다.
- 토크 사양: 플랜지 볼트에 대해 제조업체가 권장하는 토크 값을 준수하고, 보정된 토크 렌치를 사용하여 가스켓이 균일하게 압축되도록 하십시오.
- 가스켓 선택: 밸브 및 파이프 재질과 호환되는 고품질의 고탄성 가스켓을 사용하십시오. 또한 과도한 압축이나 틈이 생기지 않도록 가스켓 크기가 적절한지 확인하십시오.
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3. 디스크 간섭

디스크가 주변 파이프 또는 플랜지와 물리적으로 간섭하여 완전히 닫히지 않으면 내부 누출이 발생할 수 있습니다.

3.1 원인

- 배관 직경 불일치: 배관 내경이 너무 작으면 디스크가 닫힐 때 배관 벽에 부딪힐 수 있습니다.
- 플랜지 설계: 돌출형 플랜지 또는 부적절한 크기의 접합면은 디스크의 움직임을 방해할 수 있습니다.
- 이물질 축적: 밸브 내부에 고형물이나 스케일이 축적되면 디스크가 제대로 밀착되지 않을 수 있습니다.

3.2 해결책

- 호환성 확인: 설치 전에 밸브 디스크 직경이 파이프 내경과 호환되는지 확인하십시오.
- 플랜지 조정: 디스크 간극 확보를 위해 ANSI 또는 DIN과 같은 표준에 따라 평면 플랜지 또는 개스킷을 사용하십시오.
- 청소 작업: 밸브 작동 전에 시스템을 세척하여 이물질을 제거하고, 여건이 허락한다면 향후 이물질 축적을 방지하기 위해 상류에 필터를 설치하십시오.

4. 스템 패킹 불량

외부 누출은 일반적으로 밸브 스템 주변에서 발생하며, 이는 유체가 축을 따라 흐르는 것을 막는 패킹이나 씰의 문제로 인해 발생합니다.

4.1 원인

- 마모: 시간이 지남에 따라 PTFE 또는 흑연과 같은 패킹 재료는 스템의 움직임이나 압력으로 인해 마모됩니다.
- 온도 변화: 열팽창 및 수축 원리에 따라 반복적인 온도 변화는 포장재의 수축, 느슨해짐, 심지어 파열을 초래할 수 있습니다.
- 부적절한 조정: 패킹 글랜드가 너무 헐거우면 유체가 누출될 수 있고, 너무 꽉 조이면 밸브 스템이 손상되거나 움직임이 제한될 수 있습니다.

4.2 해결책

- 포장재 유지 관리: 마모된 포장재는 정기적으로 점검하고 교체하십시오.
- 온도 고려 사항: 고온 환경에는 유연한 흑연 소재와 같이 시스템 온도 범위에 적합한 포장재를 선택하십시오.
- 패킹 글랜드 조정: 패킹 글랜드를 제조사에서 지정한 토크로 조이고, 조정 후 누출 여부를 확인하며, 과도하게 조이지 않도록 하십시오.

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5. 과도한 압력 또는 온도

작동 조건이 밸브의 설계 한계를 초과하면 누출이 발생하여 내부 및 외부 밀봉에 영향을 미칠 수 있습니다.

5.1 원인

- 과도한 압력: 밸브 정격 압력을 초과하는 압력은 밸브 시트 또는 디스크를 변형시켜 밀봉이 불가능하게 만들 수 있습니다.
- 열팽창: 고온은 부품의 불균일한 팽창을 유발하여 씰의 노화, 연화 또는 탄화를 초래할 수 있으며, 이는 씰링면의 밀착도 저하, 씰 이완 또는 접합부 외부 누출로 이어질 수 있습니다.
- 저온 취성: -10도 이하의 조건에서는 밀봉재가 취성이 생겨 균열이 발생하고 누출될 수 있습니다.

5.2 솔루션

- 적절한 압력 및 온도 등급: 시스템의 최대 작동 조건을 초과하는 압력 및 온도 등급을 가진 밸브를 선택하고 안전 여유를 고려하십시오.
- 압력 완화: 과압을 방지하기 위해 상류에 압력 완화 밸브 또는 조절기를 설치하십시오.
- 단열/가열: 추운 지역에서는 동결을 방지하기 위해 단열 슬리브 또는 열선(히트 트레이스)을 사용하십시오.

5.3 재료 온도 비교표

아래는 다양한 재질의 씰에 해당하는 매체 및 온도 범위입니다.

 

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6. 캐비테이션 및 부식

6.1 캐비테이션이란 무엇인가

캐비테이션은 밸브의 스로틀링 부분(예: 버터플라이 플레이트와 밸브 시트 사이)에서 액체 매체의 압력이 액체의 증기압으로 급격히 떨어지면서 액체가 국부적으로 기화되어 기포가 형성되는 현상입니다. 이러한 기포가 유체와 함께 고압 영역으로 이동하면 급격히 붕괴되면서 충격파와 미세 제트가 발생하고, 이는 밸브 밀봉면, 밸브 시트 및 밸브 본체의 침식 및 손상을 초래합니다.
캐비테이션과 부식은 주로 성능 문제이지만, 밀봉면을 손상시켜 간접적으로 누출을 유발할 수도 있습니다.

6.2 부식이란 무엇인가?

부식은 버터플라이 밸브의 재질 표면이 산, 알칼리, 염 용액 또는 고온 증기와 같은 부식성 매체와 장기간 접촉하여 발생하는 화학적 또는 전기화학적 반응으로 인해 발생하며, 밸브 밀봉면, 밸브 스템, 밸브 시트 또는 밸브 본체의 손상을 초래합니다.

6.3 원인

- 높은 압력 강하: 급격한 압력 변화는 기포 파열을 일으켜 밸브 디스크 또는 밸브 시트를 부식시킬 수 있습니다.
- 부식성 유동: 유체에 산, 알칼리, 염 등이 포함되어 있어 금속 표면과 직접 반응하여 밀봉면과 밸브 본체가 점차 용해되거나 부식되어 얇아집니다.
- 마모성 매체: 입자를 포함한 고속 유체는 시간이 지남에 따라 밀봉 가장자리를 마모시킵니다.

6.4 솔루션

- 유량 제어: 압력 강하를 최소화하기 위해 밸브 크기를 정확하게 결정하고 유량 계수(Cv) 계산을 사용하여 시스템 요구 사항을 충족합니다.
- 재질 업그레이드: 밸브 디스크와 밸브 시트에 스테인리스강이나 경질 표면 코팅과 같은 내식성 재질을 선택하십시오.
- 시스템 설계: 배관 직경을 늘리거나 상류에 감압 장치를 추가하여 유량을 줄입니다.

6.5 CV 값 표

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7. 제조상의 결함

때때로 누출은 밸브 구조상의 결함에서 비롯되며, 이는 초기 사용 또는 테스트 중에 발견될 수 있습니다.

7.1 원인

- 주조 결함: 밸브 본체의 기공 또는 균열은 외부 누출을 유발할 수 있습니다.
- 밀봉면 문제: 디스크 또는 시트의 가공이 고르지 않으면 제대로 밀봉되지 않아 내부 누출이 발생할 수 있습니다.
- 조립 오류: 제조 과정에서 씰이 잘못 설치되거나 부품이 제대로 정렬되지 않으면 누출이 발생할 수 있습니다.

7.2 솔루션

- 품질 보증: ISO 9001과 같은 인증을 보유한 평판 좋은 제조업체에서 구매하고, 누출 방지 여부를 확인하기 위해 압력 테스트 보고서(예: API 598 기준)를 요청하십시오.
- 설치 전 테스트: 설치 전에 수압 또는 공압 누출 테스트를 실시하여 결함을 확인하고, 결함이 있는 제품은 공급업체에 반환하십시오.
- 보증 청구: 밸브에 제조 결함을 보증하는 보증서가 포함되어 있는지 확인하여 누출이 조기에 발견될 경우 교체받을 수 있도록 하십시오.

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8. 결론

버터플라이 밸브누출 문제를 해결하려면 적절한 밸브 선택, 신중한 설치, 정기적인 유지보수 및 시스템 최적화가 복합적으로 필요합니다. 용도에 적합한 재료를 선택하고, 설치 지침을 준수하며, 작동 조건을 모니터링함으로써 누출 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
버터플라이 밸브 누출누수 문제는 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있으며, 누수 유형에 따라 다른 해결책이 필요합니다. 내부 누수든 외부 누수든, 일반적으로 마모된 씰, 설치 오류, 밸브 디스크 간섭, 밸브 스템 패킹 문제, 과압/과온, 제조 결함 또는 부식이 원인입니다. 버터플라이 밸브의 누수 위험은 적절한 밸브 선택, 정확한 설치, 정기적인 유지보수 및 최적화된 작동을 통해 효과적으로 줄일 수 있습니다. 중요한 용도의 경우, 밸브 제조업체 또는 시스템 엔지니어와 상담하여 누수 없는 작동을 더욱 확실하게 보장하고 시스템 안전성과 운영 효율을 향상시킬 수 있습니다.