제어 밸브의 막힌 흐름

막힌 흐름은 트림 및 재료 사양과 함께 제어 밸브 크기에 영향을 미칠 수 있는 잘 이해되지 않은 현상입니다. 이 기사는 원래 InTech의 7/8월호에 게재되었습니다.

제어 밸브의 막힌 흐름은 산업 사용자에게 심각한 우려 사항입니다. 이 용어는 일반적으로 밸브 내부를 손상시키거나 작업자를 OSHA 제한보다 훨씬 높은 소음 수준에 노출시킬 수 있는 파괴적인 공정 조건과 관련됩니다. 막힌 흐름이 항상 이러한 조건의 원인은 아니지만 언제 발생하는지를 나타낼 수 있습니다. 이 문서에서는 막힌 흐름 현상을 설명하고 이 현상이 발생하는 이유와 예측 방법을 보여줍니다. 또한 질식된 흐름 조건이 손상되는 경우와 이러한 손상을 줄이거나 방지할 수 있는 방법도 설명합니다.

입구 압력(P1)과 밸브 흐름 영역이 고정된 경우 일반적으로 하류 압력(P2)이 감소함에 따라 밸브를 통과하는 흐름이 증가합니다. 그림 1의 "이상적인" 선은 이 점을 설명하며 밸브 전체의 차압을 비중으로 나눈 제곱근에 대해 차트로 표시할 때 액체 흐름이 선형적으로 상승하는 방식을 보여줍니다.

액체 응용 분야에서 질식은 제어 요소를 통한 압력 감소의 결과입니다. 그림 2는 액체가 제어 밸브를 통해 이동할 때의 순간 압력을 보여줍니다. 밸브의 입구 및 출구 단면적은 케이지나 플러그 및 시트 주변 영역과 같은 제어 영역보다 훨씬 큽니다. 밸브의 어느 위치에서든 총 흐름이 동일하기 때문에 동일한 흐름을 통과하려면 감소된 영역(축류부)의 액체 속도가 훨씬 높아야 합니다.

막힌 흐름 자체는 일반적으로 밸브를 손상시키지 않지만 일반적으로 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있는 막힌 흐름과 관련된 흐름 조건이 있습니다.소음 수준: 초크 흐름은 소음을 직접적으로 생성하지 않지만 일반적으로 초크 흐름과 관련된 공정 현상으로 인해 높은 소음이 발생할 수 있습니다. 액체 시스템에서는 흐름이 막히는 동안 캐비테이션이 존재할 수 있으며, 이로 인해 소음이 발생하고 궁극적으로 밸브가 손상될 수 있습니다. 하류 압력이 감소하면 캐비테이션이 플래싱으로 전환됩니다. 캐비테이션은 마이크로 제트와 충격파로 인해 붕괴되는 증기 기포의 파열로 인해 높은 음압 수준을 가질 수 있지만 플래싱은 결과적인 2상 흐름으로 인해 소음이 감소합니다. 증기 흐름에서는 소음이 크게 증가합니다. 속도가 음파로 변합니다. 하류 압력이 감소하면 추가 에너지가 소리 에너지로 변환됩니다. 과도한 압력 강하가 있는 밸브는 100dB 이상의 소음 수준을 생성할 수 있습니다. 액체 흐름이든 증기 흐름이든 전체 소음 수준은 일반적으로 밸브 전체의 차압과 관련됩니다. 질식 증상이 처음 나타나면 소음이 들리지만 과도하지는 않을 수 있습니다. 하류 압력이 떨어지면 소음이 급격히 증가하고 밸브 내부가 손상될 수 있으며 작업자가 안전하지 않은 소음 수준에 노출될 수 있습니다.플래싱 및 캐비테이션: 일반적인 오해는 초크 흐름 조건에 플래싱 조건이 필요하지만 초크 흐름은 캐비테이션 조건에서도 발생할 수 있다는 것입니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 P2 압력이 액체의 증기압보다 높아지면 캐비테이션이 발생합니다. 이런 일이 발생하면 기포가 붕괴되어 다시 액체로 변합니다. P2 압력이 증기압보다 낮게 유지되면 액체는 밸브를 통과할 때 끓어오르고 증기로 인화되며 배출될 때 증기로 유지됩니다(그림 3).

많은 밸브 공급업체에는 막힌 흐름 조건을 예측하고 사용자가 밸브 크기를 올바르게 지정하는 데 도움이 되는 제어 밸브 크기 조정 프로그램이 있습니다. 그러나 이러한 프로그램은 입력 데이터만큼만 정확하므로 올바른 프로세스 및 밸브 정보를 입력해야 합니다. 흐름 막힘의 존재 및 정도는 관련 유체의 물리적 특성, 유속, 업스트림을 포함한 많은 프로세스 조건에 따라 달라집니다. 하류 압력, 공정 온도, 입구 및 출구 배관 구성뿐만 아니라 제어 밸브 자체와 관련된 여러 세부 정보도 포함됩니다. 압력 강하 비율, 압력 회복 계수, 공동화 지수와 같은 특수 매개변수는 공동화 또는 질식 발생 시기와 밸브가 통과하는 유량의 양을 정확하게 예측하는 데 도움이 됩니다. 각 본체 스타일과 트림에 대한 매개변수가 다르기 때문에 각 옵션을 개별적으로 평가하여 특정 프로세스 조건에서 안전하게 통과할 수 있는 실제 흐름을 결정해야 합니다. 이러한 크기 계산은 특히 여러 트림 옵션을 사용할 수 있는 경우 복잡해질 수 있습니다. , 따라서 옵션을 평가하고 응용 분야에 가장 적합한 솔루션을 결정하는 데 도움을 받으려면 밸브 공급업체에 문의하는 것이 좋습니다.