밸브 기밀성 등급 및 선정 기준

공정 설계 시, 허용 누설량(Allowable Leakage)을 기준으로 적절한 등급의 밸브를 선정한다.

밸브 기밀성 등급 선정 시 사용하는 허용 누설량(Allowable Leakage Rate) 산출 공식은 적용하는 표준 규격(API 598과 ISO 520)에 따라 차이가 있다.

 

 

 

밸브 기밀성 등급 및 선정 기준

표준 규격

1. API 598 (Valve Inspection and Testing)

석유화학 및 일반 산업 공정에서 가장 널리 사용되는 표준으로, 시트(Seat) 재질에 따라 금속 시트(Metal Seat)와 탄성 시트(Resilient/Soft Seat)로 나눈다.

• 탄성 시트 (Soft Seat): 시험 압력 하에서 기포(Bubble)가 전혀 발생하지 않는 '누설 제로(Zero Leakage)'를 원칙으로 한다.
• 금속 시트 (Metal Seat): 밸브의 구경(Size)에 따라 일정량의 액체 또는 기체 누설을 허용한다.

2. ISO 5208 (Industrial Valves - Pressure Testing)

유럽 및 국제 표준으로, 누설 등급을 Rate A부터 Rate G까지 문자로 구분한다.

• Rate A: 가시적인 누설이 없는 상태로, 탄성 시트 밸브가 주로 이 등급에 해당한다.
• Rate B, C, D...: 뒤로 갈수록 허용 누설량이 많아진다. 금속 시트 체크 밸브는 보통 공정 요구 조건에 따라 Rate D 내외를 적용한다.

3. ANSI/FCI 70-2 (Control Valve Seat Leakage)

본래 제어 밸브(Control Valve)용 규격이나, 정밀한 기밀성이 요구되는 체크 밸브의 성능 지표로도 인용된다.

• Class IV: 일반적인 금속 시트 밸브 등급 (정격 용량의 0.01% 누설 허용).
• Class V: 금속 시트이지만 고압 및 정밀 가공이 된 경우.
• Class VI: 탄성 시트 밸브에 해당하며, 공기나 질소를 이용한 시험에서 기포 수(Bubble Count)로 누설을 제한한다.

 

 

재질에 따른 기밀성 유지 특성

시트 재질 (Material)	기밀 등급	특징 및 용도
NBR/Viton (Soft)	Rate A (Zero Leak)	저온, 저압 진공 라인, 완전 밀폐 필요 시
PTFE (Teflon)	Rate A / Class VI	화학적 부식성 공정, 기밀성 우수
Metal to Metal	Rate D / Class IV	고온(Tᵢₙ > 200°C), 고압, 고형물 포함 공정

 

 

기밀성 등급 선정 시 고려 수식 (Leakage Rate)

1. API 598에 따른 누설량 산출

API 598 표준은 밸브의 구경(Size)과 시트 재질에 따라 허용 누설량을 규정한다.

① 금속 시트 체크 밸브 (Metal Seated Check Valve)

금속 시트의 경우 액체 시험 시 다음 수식을 적용한다.

• 수식: Qₗ = 40 × D

       - Qₗ: 허용 누설량 (Drops per minute)

       - D: 밸브의 명목 구경 (Nominal Size, NPS 단위)

• 기준: 1 mL는 약 16~20방울(Drops)로 간주한다.

② 탄성 시트 밸브 (Resilient Seated Valve)

• 수식: Qₗ = 0
• 기준: 시험 시간 동안 가시적인 누설이 전혀 없어야 하는 누설 제로(Zero Leakage) 등급이다.

 

 

2. ISO 5208에 따른 누설량 산출

ISO 5208은 누설 등급(Rate)에 따라 계수(K)를 부여하여 누설량을 정의한다.

① 액체 시험 (Liquid Test)

• 수식: Qₗ = K × D × 0.01

       - Qₗ: 허용 누설량 (mm³/s)

       - D: 밸브의 구경 (DN, mm 단위)

       - K: 등급별 계수 (Rate A = 0, Rate B = 0.003, Rate C = 0.01, Rate D = 0.1)

② 기체 시험 (Gas Test)

• 수식: Qₗ = K × D × 0.3

       - Qₗ: 허용 누설량 (mm³/s)

       - K: 등급별 계수 (액체 시험과 동일한 등급 체계 적용)

 

 

실무 계산 사례 (Example Calculation)

1. 사례: DN 200 (8 inch) 금속 시트 체크 밸브의 기체 누설 검사

2. 조건: ISO 5208 Rate D 등급 적용, 기체(Air) 시험

3. 입력 값:

• D = 200 mm
• K (Rate D) = 0.1

4. 계산 과정:

• 수식 적용: Qₗ = 0.1 × 200 × 0.3
• 결과: Qₗ = 6.0 mm³/s

5. 해석: 초당 6.0 입방밀리미터 이하의 기체 누설은 해당 등급 내에서 합격으로 판정한다.

 

 

HAZOP 및 설계 시 등급 선정 가이드

공정 특성	권장 등급	선정 사유
고진공 라인	Rate A (ISO) / Soft Seat (API)	미세 누설 시 도달 진공도(Pᵥ) 유지 불가능
유해 가스 배관	Rate A / Class VI (ANSI)	독성 가스 역류에 의한 인명 피해 방지
일반 용수 라인	Rate D (ISO) / Metal Seat (API)	단순 역류 방지 목적, 경제성 고려
고온 증기 (Tᵢₙ > 250°C)	Rate C or D / Metal Seat	탄성 시트 변형 위험으로 금속 시트 채택

 

 

결론

밸브의 기밀성은 단순히 '샌다' 혹은 '안 샌다'의 문제가 아니라, 공정 압력(Pₐ)과 온도(Tᵢₙ) 하에서 '얼마나 허용할 것인가'를 결정하는 설계 정량화 과정이다.

특히 진공 시스템에서는 허용 누설량이 시스템의 효율과 직결되므로 가장 엄격한 Rate A 등급 선정이 필수적이다.