제어 밸브의 시트 누설(Seat Leakage)

제어 밸브의 시트 누설(Seat Leakage) 등급과 실제 누설량의 상관관계에 대해 상세히 분석한다.

시트 누설 등급은 ANSI/FCI 70-2 규격에 따라 분류하며, 밸브가 완전히 닫혔을 때 시트를 통과하는 유체의 양을 정의한다.

 

 

 

제어 밸브의 시트 누설(Seat Leakage)

시트 누설 등급(Seat Leakage Classifications)

ANSI/FCI 70.2 규격에 따른 제어 밸브의 시트 누설 등급(Seat Leakage Classifications)은 다음과 같다.

아래 표는 각 등급별 허용 누설량과 대표적인 밸브 형식을 나타낸다.

누설 등급	허용 누설량 (Allowable Leakage)	주요 적용 밸브 형식	비고
Class I	별도 테스트 없음	Class II, III, IV에 해당하는 밸브	사용자-공급자 간 협의에 따름
Class II	최대 Cᵥ의 0.5%	복좌형(Double Seated) 글로브, 메탈 라인 버터플라이	일반적인 산업용 공정
Class III	최대 Cᵥ의 0.1%	고품질 복좌형 글로브, 금속 피스톤 시트 적용 밸브	-
Class IV	최대 Cᵥ의 0.01%	단좌형(Single Seated) 글로브, 메탈 시트 볼 밸브	메탈 시트의 표준적 고성능 등급
Class V	5 x 10⁻⁴ cc/min/in/psi (Water)	강력한 액추에이터가 적용된 Class IV 글로브 밸브	시트의 소성 변형이 수반될 수 있음
Class VI	포트 크기별 기포 수* (Bubbles/min)	탄성체(Resilient) 시트 적용 밸브 (볼, 버터플라이, 다이아프램)	소프트 시트 적용, 기밀성 최상

 

* 포트 크기별 기포 수 (Bubbles/min)

NOTE: 1 Bubble = 0.15 ml/min.

 

 

시트 누설 등급별 정의 (Seat Leakage Classes)

Cashco 제품 기준의 누설 등급별 허용치는 다음과 같다.

등급 (Class)	허용 누설량 (Allowable Leakage)	주요 시트 재질 및 특징
CLASS I	최대 Cᵥ의 1.0%	제조사 정의에 따름
CLASS II	최대 Cᵥ의 0.5%	일반적인 금속 대 금속(Metal-to-Metal) 시트
CLASS IV	최대 Cᵥ의 0.01%	정밀 가공된 금속 시트 (금속 시트의 업그레이드 사양)
CLASS VI	포트 크기에 따른 기포 수 (Bubbles/min)	소프트 시트(Soft Seat, 탄성체) 적용, 기밀성 최상

 

 

 

실제 누설량 계산 사례 분석

3인치 밸브(포트 3인치, 최대 Cᵥ = 169.7)를 기준으로, 테스트 압력 차압(ΔP)이 50 psid인 상황에서의 물(Water) 누설량을 계산한다.

1. 기본 유량 공식 (Water)

Qₕ₂ₒ = Cᵥ √(ΔP / G)

• Qₕ₂ₒ: 유량 (US gpm)
• Cᵥ: 유량 계수 (Flow Coefficient)
• ΔP: 시트 전후단 차압 (50 psid)
• G: 비중 (Specific Gravity, 물 = 1.0)

2. 전개(Full Open) 시 최대 유량

Q_max = 169.7 × √(50 / 1) ≈ 1200 US gpm

등급별 실제 물 누설량 (QH₂O_leak)

• CLASS II (0.5%): 1200 × 0.005 = 6.0 US gpm
• CLASS IV (0.01%): 1200 × 0.0001 = 0.12 US gpm ≈ 0.5 quart/min ≈ 1 pint/min ≈ 0.5 lit/min

 

 

CLASS IV와 CLASS VI의 격차 (Air Test 사례)

CLASS IV의 공기 누설량 수치는 소프트 시트(CLASS VI)와의 성능 차이를 극명하게 보여준다.

1. CLASS IV 누설량 (Air 기준):

• Cᵥ_leak = 169.7 × 0.0001 = 0.01697 Cᵥ
• 유량 환산 시 약 14.7 lit/min 발생.
• 기포 수 환산 시 약 98,000 bubbles/min 발생.

2. CLASS VI  누설량 (Air 기준):

• Cᵥ_leak = 0.90 ml = 6 bubbles/min

3. 시사점:

• CLASS IV는 수치상으로는 매우 적은 누설량(0.01%)처럼 보이지만, 기체 공정에서 기포 수로 환산할 경우 분당 약 10만 개의 기포가 발생하는 수준이다.
• 반면 CLASS VI(Soft Seat)는 포트 크기에 따라 다르지만 대략 분당 수 개에서 수십 개의 기포만을 허용하므로, 완전한 차단(Tight Shutoff)이 필요한 경우 반드시 소프트 시트 설계를 적용해야 한다.

 

 

시트 재질에 따른 선정 가이드

1. 금속 시트 (Metal-to-Metal):

• 고온, 고압 공정에 적합하다.
• 기본 CLASS II를 제공하며, 정밀 래핑(Lapping)을 통해 CLASS IV까지 상향 가능하다.

2. 소프트 시트 (Composition/Soft Seat):

• 테플론(PTFE)이나 고무 계열 재질을 사용한다.
• CLASS VI를 만족하여 누설을 거의 완벽히 차단하지만, 온도와 압력 제한이 있다.