볼륨 탱크 (Volume Tank)와 에어 락 밸브 (Air Lock Valve)

복동식 액추에이터(Double Acting Actuator)는 단동식(Spring Return)과 달리 내부에 복귀 스프링이 없다. 따라서 구동 공기(Instrument Air)가 차단되면 밸브가 제자리에 멈추거나 힘없이 유동에 의해 밀릴 수 있다. 이를 방지하고 설계된 Fail Position(열림, 닫힘 또는 유지)을 강제로 구현하기 위해 사용하는 보조 장치가 바로 볼륨 탱크 (Volume Tank)와 에어 락 밸브 (Air Lock Valve)이다.

 

 

 

볼륨 탱크 (Volume Tank)와 에어 락 밸브 (Air Lock Valve)

복동식 액추에이터(Double Acting Actuator)는 단동식(Spring Return)과 달리 내부에 복귀 스프링이 없다. 따라서 구동 공기(Instrument Air)가 차단되면 밸브가 제자리에 멈추거나 힘없이 유동에 의해 밀릴 수 있다. 이를 방지하고 설계된 Fail Position(열림, 닫힘 또는 유지)을 강제로 구현하기 위해 사용하는 보조 장치가 바로 볼륨 탱크 (Volume Tank)와 에어 락 밸브 (Air Lock Valve)이다.

 

복동식 액추에이터(Double Acting Actuator)와 단동식(Spring Return) 액추에이터의 차이에 대해서는 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1766

액추에이터 (복동식 vs. 단동식)

 

 

에어 락 밸브 (Air Lock Valve)

에어 락 밸브는 구동 공기 압력이 일정 수준(Set Pressure) 이하로 떨어지면 이를 감지하여 액추에이터로 가는 공기 라인을 즉시 차단(Lock)하는 장치이다.

• 용도: 주로 Fail Last (Fail Fixed)를 구현할 때 사용한다.
• 작동 원리: 공급 압력 Pₛ이 설정치 Pₛₑₜ보다 낮아지면 내부 밸브가 닫혀 액추에이터 실린더 내부의 공기 압력 P꜀를 그대로 가둔다. 이로 인해 밸브는 공기가 차단되기 직전의 위치를 유지하게 된다.
• 점검 포인트: 공급 공기를 배출시켰을 때 밸브 스템이 움직이지 않고 고정되는지 확인한다.

 

 

볼륨 탱크 (Volume Tank)

볼륨 탱크는 비상시를 대비하여 압축 공기를 저장해두는 보조 저장조(Air Receiver)이다.

• 용도: 주로 복동식 액추에이터에서 Fail Open (FO) 또는 Fail Close (FC)를 구현해야 할 때 사용한다.
• 작동 원리: 메인 공기 공급이 중단되면, 체크 밸브(Check Valve)에 의해 탱크 내에 저장되어 있던 고압의 공기 Vₜ가 솔레노이드 밸브를 거쳐 액추에이터의 한쪽 방으로 공급된다. 이 힘으로 밸브를 끝까지 밀어 열거나 닫는다.
• 주요 구성: 탱크 본체, 체크 밸브(역류 방지), 안전 밸브(과압 방지), 드레인 밸브(응축수 제거).
• 필요 공기량 계산(Air Volume Calculation): 볼륨 탱크의 최소 필요 용량 Vₜ는 액추에이터 실린더 부피 Vₐ, 필요 작동 횟수 n, 최저 작동 압력 Pₘᵢₙ을 고려하여 산출한다. Vₜ = (n * Vₐ * Pₐₜₘ) / (Pₜ - Pₘᵢₙ)

 

 

요약 비교 및 점검 사항

구분	에어 락 밸브 (Air Lock Valve)	볼륨 탱크 (Volume Tank)
주된 목적	현재 위치 유지 (Fail Last)	비상 작동 에너지 공급 (FC / FO)
핵심 기능	라인 차단 (Isolation)	공기 저장 (Storage)
액추에이터 타입	주로 복동식	주로 복동식 (단동식 보조용으로도 사용)

 

 

PSM 현장확인 시 세부 점검 리스트

• 볼륨 탱크 압력 유지: 탱크 상단에 부착된 압력계 Pₜ가 정상 범위인지, 누설(Leak)은 없는지 확인한다.
• 체크 밸브 기능: 공급 라인을 분리했을 때 탱크의 공기가 역류하여 빠져나가지 않는지 점검한다.
• 용량 적정성: 저장된 공기 용량 Vₜ가 밸브를 최소 1회 이상 완전 작동(Full Stroke) 시킬 수 있는 크기인지 계산서와 대조한다.
• 트립 압력 설정: 에어 락 밸브의 작동 압력 Pₛₑₜ이 실제 공정 안전 하한치보다 높게 설정되어 있는지 확인한다.