파일럿 작동식 안전밸브

파일럿 작동식 안전밸브의 장점은 일반 스프링 및 하중을 사용하는 안전밸브에 비해 고압에서 작동이 용이하며, 미세한 차압에도 반응이 정확하여 작동시점을 파악하는데 우수하다. 일반적으로 정확도를 요구하는 플랜트 산업 및 발전소 등에서 사용된다.

 

 

 

파일럿 작동식 안전밸브 (Pilot-Operated Pressure-Relief Valve)

파일럿 작동식 안전밸브(압력릴리프밸브)는 대개 제어부나 파일럿장치 및 주방출밸브의 두 개의 기본장치로구성되어 있다. 제어부는 주밸브에 압력을 전달하는 부분에 설치하는 스프링식 밸브이고, 파일럿 작동식밸브는 주밸브의 팰릿(Pallet)이 스프링 및 압력하중의 조합에 의해 폐쇄된 상태를 유지하고있다. 이들 밸브는 파일럿 부품의 일부가 기능을 상실한 경우 설정압력에서 전용량(全容量) 작동용으로 설계되어 있다.

 

 

Pilot Valve의 작동원리 

파일럿 작동식 안전밸브는 다음 그림과 같이 주 밸브와 파일럿밸브로 크게 구성되어 있다.

주 밸브로 유입되는 유체는 일정압력 하에서는 개방이 되지 않는 상태를 유지한다. 이때, 유입되는 유체 중 일부가 관을 통하여 파일럿 밸브로 유입하여 주 밸브의 디스크 상부의 공간에 유입되어 디스크를 누르는 힘을 발생하게 된다. 일정압력 이상이 되면, 파일럿 밸브는 유체의 유입을 중지하게 되고, 디스크 상부로 유입되었던 유체는 대기로 방출되어, 주 밸브의 디스크가 개방이 가능하도록 하여 유체를 대기로 방출시킨다.

대기로 방출되는 유체는 서서히 압력이 줄어 일정압력 이하로 떨어지게 되면, 파일럿 밸브는 디스크 상부로 유체를 유입시켜 주 밸브의 디스크를 닫히게 한다. 

<그림 1> Pilot Type Safety Valve 구성도(Source: 정지훈 등, 파일럿 작동식 안전밸브의 CAE 응용)

 

 

파일럿 작동식 안전밸브의 원격감지

파일럿 작동식 밸브는 1차측 배관의 과도한 압력손실이 있을 경우 또는 주밸브의 사용상 제한사항으로 인해 주밸브가 파일럿 감지점이 아닌 압력원에 위치하여야 하는 경우 원격으로 압력을 감지할 수 있다(그림 2 참조).

 

<그림 2> 대표적인 파일럿 작동식 압력릴리프밸브 설치

 

 

1차측 배관 압력손실

(1) 파일럿이 1차측 배관계통의 실제 압력손실을 원격으로 감지할 수 있으며 원격감지는 압력릴리프밸브의 개방작동에 의해 제어되지 않는 밸브의 반복작동이나 채터링을 방지할 수 있으며 조절 작동압력릴리프밸브로 하여금 필요 초과압력에서 최대로 들어올릴 수 있게 한다.

[참고] 1차측 배관의 높은 압력손실은 1차측 배관에서 제어되지 않는 주밸브의 반복작동을 일으킬 수 있는 압력 맥동을 유발할 수 있다.

(2) 원격감지를 이용하면 밸브의 채터링을 방지하거나 조절용 밸브가 필요 초과압력에서 최대로 들어올릴 수 있게 할지라도 1차측 배관의 압력손실로 방출용량을 감소시킬 수 있다.

 

 

설치 지침

(1) 파일럿이 유속의 영향으로 발생하는 부자연스런 저압을 감지할 수 있으므로 원격감지라인은 유속이 낮은 곳에서 정압을 측정해야 한다.

(2) 파일럿 감지지점이 주밸브로 보호를 받고 있는 시스템내에 위치하는 가를 확인해야 한다.

(3) 유량식 파일럿(Flowing Pilots)의 경우, 원격감지라인은 설정압력의 110%에서 파일럿의 최대유량에 근거하여 압력손실을 설정압력의 3% 이내로 제한할 수 있는 크기이어야 한다.

(4) 비-유량식 파일럿(Non-Flowing Pilots)의 경우, 주밸브가 개방되어 방출할 때는 비-유량식 파일럿을 통해 흐르는 시스템 매체가 없으므로 원격감지라인의 단면적은 45㎟(0.070in^2) 이상이어야한다.

(5) 기계적 안전성을 확보하기 위해서는 원격감지라인을 사용하여야 한다.

(6) 원격감지라인에 블록밸브를 설치하는 경우, 압력방출장치의 2차측 배관의 기준에 적합해야 한다. 원격감지라인에설치되어 있는 블록밸브가 닫혀있으면 압력릴리프밸브의 작동을 방해하게 된다.

 

 

파일럿 작동식 압력릴리프밸브의 고려사항

파일럿 작동식 압력릴리프밸브(그림 3 참조)의 1차측 배관의 압력을 초과하는 부가되는 배압이 주밸브를 개방시켜 주밸브로 역류할 수 있다.

 

[참고] 예를 들어, 여러 개의 압력릴리프밸브의 출구가 분기관을 통해 공동방출 주배관으로 통하고, 이들 밸브중 하나 또는 둘 이상이 방출하는 중에 다른 밸브는 낮은 1차측 배관압력으로 설비와 연결되어 있을 때는역류가 발생할 수 있다. 

 

<그림 3> 파일럿 작동식 압력릴리프밸브

 

Reference : 1. 정지훈 등, 파일럿 작동식 안전밸브의 CAE 응용

                    2. KFS-723 압력방출장치기준