제어 밸브 크기 조정 방법: Cv, Kv, 유량 케이스 및 밸브 이동

일반적인 제어 밸브 크기 조정 실패는 파이프라인이 DN100이므로 프로젝트에서 DN100 제어 밸브를 선택한다는 간단한 가정에서 시작됩니다.

밸브는 필요한 최대 유량을 통과하지만 정상 작동 중에는 시트에 가깝게 유지됩니다. 스템의 작은 움직임은 큰 유량 변화를 일으키고 포지셔너는 지속적으로 밸브 위치를 수정하며 프로세스 변수는 설정점을 중심으로 순환하기 시작합니다.

밸브에 반드시 결함이 있는 것은 아닙니다. 단순히 공정이 정상 작동 중에 사용할 수 있는 것보다 더 많은 유량을 가질 수도 있습니다.

올바른 크기 조정은 파이프라인 직경이 아닌 공정 조건에서 시작됩니다. 이 기사에서는 설명합니다. 제어 밸브의 크기를 조정하는 방법 Cv 또는 Kv, 최소, 정상 및 최대 유량 사례, 해당 압력 조건 및 예상 밸브 이동을 사용합니다.

제어 밸브 크기 조정 워크시트로 시작

밸브 모델을 선택하기 전에 밸브가 제어해야 하는 모든 작동 조건이 포함된 하나의 크기 조정 워크시트를 준비하십시오.

관련 없는 설계 압력과 함께 하나의 최대 유량을 제공하지 마십시오. 각 유동 케이스에는 해당 입구 압력, 출구 압력 및 온도가 있어야 합니다.

시동, 정지, 바이패스, 청소, 재생 또는 비상 작동 사례는 서로 다른 흐름이나 압력 조건을 적용할 때 별도로 추가해야 합니다.

액체 데이터 필요

• 유체명 및 화학성분
• 최소, 정상 및 최대 유량
• 모든 흐름 케이스에 대한 입구 및 출구 압력
• 모든 흐름 케이스의 작동 온도
• 밀도 또는 비중
• 작동 온도에서의 증기압
• 선택한 사이징 방법에 따라 필요한 임계 압력
• 점성 액체의 점도
• 고형분 함량, 입자 크기 및 연마 특성

가스 및 증기 데이터 필요

• 가스 조성 또는 증기 상태
• 최소, 정상 및 최대 질량 또는 체적 유량
• 모든 경우에 대한 절대 입구 및 출구 압력
• 입구 온도
• 분자량 또는 가스 비중
• 압축성 계수
• 필요한 경우 비열의 비율
• 증기 품질 또는 과열도

Cv와 Kv가 실제로 의미하는 것

Cv 및 Kv는 유량 계수입니다. 이는 특정 기준 조건 하에서 정의된 개구부에서 특정 밸브 및 트림의 용량을 나타냅니다.

그들은 다음을 직접적으로 식별하지 않습니다:

• 공칭 파이프라인 크기
• 밸브 압력 등급
• 액츄에이터 힘
• 시트 누출 등급
• 캐비테이션 또는 플래싱에 대한 밸브의 적합성

기본 미터법 액체 스크리닝 방정식

상당한 배관 수정이 없는 난류, 질식되지 않은 물 같은 액체의 경우 예비 미터법 추정치는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

Kv = Q × √(SG / ΔP)

• Kv: 미터법 유량 계수
• 질문: 액체 유량(m³/h)
• SG: 물에 대한 액체 비중
• ΔP: 밸브 전체의 압력 강하(bar)

기본 미국 액체 스크리닝 방정식

미국 관습 단위를 사용하면 해당 예비 방정식은 다음과 같습니다.

Cv = Q × √(SG / ΔP)

• 이력서: 미국 유량 계수
• 질문: 액체 유량(분당 미국 갤런)
• SG: 물에 대한 액체 비중
• ΔP: 밸브 전체의 압력 강하(psi)

방정식은 동일해 보이지만 단위가 다릅니다. Cv와 Kv는 변환 없이 교환하면 안 됩니다.

실제 변환을 위해:

• Cv ≒ 1.156 × Kv
• Kv ≒ 0.865 × Cv

정확한 크기 조정에 기본 방정식 이상이 필요한 이유

설치된 제어 밸브 크기는 다음을 고려해야 할 수 있습니다.

• 액체 압력 회복 및 초크 흐름
• 캐비테이션 또는 플래싱
• 가스 팽창 및 압축성
• 임계압력비
• 밸브별 압력 회복 계수
• 리듀서, 익스팬더 및 기타 부착 피팅
• 비난류 또는 낮은 레이놀즈 수 흐름
• 고점도
• 다단계 트림
• 출구 속도 및 공기 역학적 소음

따라서 제조업체는 관련 없는 제품에서 가져온 일반 계수가 아닌 선택한 밸브 본체와 트림의 실제 계수를 사용해야 합니다.

최소, 일반 및 최대 흐름의 크기를 별도로 조정해야 하는 이유

필요한 Cv 또는 Kv는 유량이나 압력 강하가 변할 때마다 변합니다. 최대 유량 사례는 필요한 최대 계수를 자동으로 생성하지 않습니다.

예를 들어, 밸브 전반에 걸쳐 사용 가능한 압력 강하가 상대적으로 낮을 때 프로세스에 최대 유량이 필요할 수 있습니다. 이를 통해 필요한 가장 높은 Cv를 생성할 수 있습니다.

최소 유량에서는 하류 수요가 감소하는 동안 상류 압력은 높게 유지될 수 있습니다. 그러면 밸브는 더 큰 압력 강하를 갖지만 시트에 너무 가깝게 작동하지 않고 훨씬 더 작은 유량을 조절해야 합니다.

최소 유량 사례

최소 사례는 밸브가 안정적이고 반복 가능한 움직임으로 필요한 최저 유량을 조절할 수 있는지 여부를 확인합니다.

중요한 질문은 다음과 같습니다.

• 밸브가 시트에 매우 가깝게 작동합니까?
• 필요한 유량이 선택한 트림의 제어 가능 범위보다 낮습니까?
• 시트 마찰과 패킹 마찰이 작은 위치 변화를 지배합니까?
• 축소된 트림, 특성화된 트림 또는 분할 범위 배열이 필요합니까?

일반 흐름의 경우

일반적인 경우는 밸브가 작동 수명의 대부분을 소비하는 위치를 나타내기 때문에 가장 큰 주의를 기울일 가치가 있습니다.

밸브는 닫힌 위치 또는 완전히 열린 위치 근처에서 지속적으로 작동하는 대신 이 조건에서 유용한 이동 및 예측 가능한 설치 이득을 제공해야 합니다.

최대 유량 사례

최대 사례는 프로세스 변동 및 크기 불확실성에 대한 합리적인 허용치를 유지하면서 밸브의 용량이 충분한지 확인합니다.

단지 매우 큰 예비 용량을 만들기 위해 밸브를 자동으로 확장해서는 안 됩니다. 과도한 예비 용량은 정상 부하 제어성을 저하시킬 수 있습니다.

파이프라인 크기는 제어 밸브 크기를 결정하지 않습니다.

파이프라인 직경은 시스템 속도, 압력 손실, 유량 요구량, 기계 설계 및 경제적 고려사항 중에서 선택됩니다.

제어 밸브 크기는 다음 중에서 선택됩니다.

• 필수 Cv 또는 Kv
• 사용 가능한 압력 강하
• 예상 운행 이동 거리
• 밸브 본체 및 트림 용량
• 입구 및 출구 속도
• 캐비테이션, 플래싱 및 소음 위험
• 기계적 연결 및 배관 레이아웃

따라서 제어 밸브는 연결된 파이프라인보다 작을 수 있습니다. 결과적인 속도, 소음, 압력 회복 및 배관 부하가 허용 가능한 수준으로 유지되면 적절한 감속기와 팽창기를 사용할 수 있습니다.

해당되는 경우 부착된 감속기 및 확장기의 효과가 설치된 크기에 포함되어야 합니다.

라인 크기 제어 밸브가 너무 클 수 있는 경우

다음과 같은 경우 라인 크기 밸브의 크기가 너무 커질 수 있습니다.

• 제어 밸브는 전체 시스템 압력 강하의 작은 부분만 받습니다.
• 밸브 본체는 공정 수요에 비해 높은 정격 Cv를 가집니다.
• 선택한 로터리 밸브는 동일한 공칭 크기의 글로브 밸브보다 훨씬 더 큰 용량을 갖습니다.
• 프로세스는 일반적으로 설계 흐름보다 훨씬 아래에서 작동합니다.
• 다양한 프로젝트 분야에서 향후 용량 허용량이 반복적으로 추가되었습니다.

필수 Cv는 밸브 트래블과 동일하지 않습니다.

각 작동 사례에 필요한 Cv 또는 Kv를 계산한 후 다음 단계는 해당 값을 선택한 밸브의 용량 대 이동 곡선과 비교하는 것입니다.

정격 Cv가 100인 밸브가 50% 이동에서 반드시 Cv 50을 제공하는 것은 아닙니다.

관계는 다음에 따라 달라집니다.

• 고유한 흐름 특성
• 기하학 다듬기
• 밸브 바디 스타일
• 축소 또는 전체 크기 트림 선택
• 시스템 압력 손실
• 각 흐름에서 밸브 전반에 걸쳐 압력 강하 가능

선형 특성

선형 트림은 밸브 전반에 걸쳐 일정한 압력 강하 하에서 동일한 밸브 이동 증분에 대해 대략 동일한 유량 계수 증분을 생성합니다.

이는 설치된 프로세스 흐름이 이동에 선형적이라는 것을 보장하지 않습니다. 왜냐하면 시스템 흐름이 변경됨에 따라 밸브 전체의 압력 강하가 자주 변경되기 때문입니다.

동일 백분율 특성

동일 비율 트림은 정의된 테스트 조건에서 동일한 이동 증분에 대해 현재 유량 계수의 거의 동일한 비율 변화를 생성합니다.

공정에 넓은 유량 범위가 필요하거나 전체 시스템 압력 강하에서 밸브가 차지하는 비율이 크게 변하는 경우 자주 고려됩니다.

선택한 트림 특성은 예상 이동 거리와 설치된 프로세스 응답을 변경할 수 있습니다. 읽기 동일한 백분율 대 선형 제어 밸브 최종 트림 곡선을 확인하기 전에.

설치특성 및 설치이득

설치된 특성은 밸브가 배관 시스템에 연결된 후 밸브 이동과 프로세스 흐름 간의 실제 관계를 설명합니다.

설치된 게인은 주어진 밸브 트래블 변화에 대해 유량이 얼마나 변하는지를 나타냅니다. 설치된 게인이 지나치게 높거나 낮으면 제어 루프 튜닝과 안정성이 더 어려워질 수 있습니다.

대형, 올바른 크기 및 소형 밸브

설치된 밸브가 작동 지점 주위를 반복적으로 순환하는 경우 크기 조정은 가능한 원인 중 하나일 수 있습니다. 우리의 제어 밸브 헌팅 문제 해결 가이드 밸브를 교체하기 전에 컨트롤러 명령, 실제 이동, 정지, 공기 공급, 포지셔너 응답 및 프로세스 루프 동작을 비교합니다.

작업된 액체 사이징 예

다음의 간단한 예는 세 가지 작동 사례를 확인해야 하는 이유를 보여줍니다. 최종 IEC 또는 ISA 크기 조정을 대체할 수는 없습니다.

프로세스 데이터

• 유체: 물과 같은 공정 액체
• 비중: 0.98
• 유량 단위: m³/h
• 압력 강하 단위: bar
• 예비 방정식: Kv = Q × √(SG / ΔP)

예비 결과가 보여주는 것

최대 유량의 경우에는 해당 조건에서 사용 가능한 압력 강하가 가장 낮기 때문에 가장 높은 예비 Kv가 필요합니다.

후보 트림의 정격 Kv가 90이라고 가정합니다. 예비 필수 계수는 대략 다음과 같습니다.

• 최소 유량에서 정격 Kv의 10.7%
• 정상 흐름에서 정격 Kv의 39.1%
• 최대 유량에서 정격 Kv의 79.2%

이 비율은 밸브 이동 비율이 아님. 실제 이동거리는 선택한 트림의 용량 곡선과 설치된 크기 계산을 통해 얻어야 합니다.

이제 사이징 엔지니어는 다음을 결정해야 합니다.

• 선택한 특성이 안정적인 최소 흐름 이동을 제공하는지 여부
• 정상적인 흐름이 유용한 작동 영역에 속하는지 여부
• 허용할 수 없는 속도나 심각한 서비스 위험 없이 최대 유량을 달성할 수 있는지 여부
• 90의 정격 Kv가 적절한지 또는 트림을 줄인 것인지, 다른 특성이나 다른 차체 크기가 바람직한지 여부

추가 액체 점검

최종 선택 전 계산에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 증기압과 액체 임계압력
• 밸브 압력 회복 계수
• 초크 흐름 압력 강하
• 캐비테이션 또는 깜박임 평가
• 감속기 및 확장기 수정
• 입구 및 출구 속도
• 해당되는 경우 점도 및 레이놀즈 수 보정

캐비테이션, 플래싱 또는 심각한 압력 감소가 확인되면 검토 가능 캐비테이션 및 소음 감소를 위한 제어 밸브 트림 옵션.

증기 및 가스 크기 조정에는 압축성 흐름 계산이 필요합니다.

가스 또는 증기 크기 조정에는 단순한 액체 방정식을 사용해서는 안 됩니다.

압축성 흐름 계산에서는 유체가 밸브를 통해 팽창함에 따라 밀도 변화를 다루어야 합니다. 계산에는 압력비, 팽창, 막힌 흐름 및 부착된 피팅에 대한 밸브별 요소가 필요할 수도 있습니다.

예시 증기 규모 데이터 세트

이 데이터 세트를 통해 사이징 엔지니어는 각 사례에 대해 필요한 계수와 예상 이동 거리를 계산하는 동시에 다음을 검토할 수 있습니다.

• 압축성 흐름이 막히는지 여부
• 밸브 출구 속도
• 공기역학적 소음
• 트림 종료 속도
• 본체 및 트림 온도 제한
• 필요한 액츄에이터 추력
• 하류 파이프 크기 및 감속기 배열

정격 Cv가 충분한 밸브는 출구 속도, 소음 또는 트림 에너지가 과도한 경우 여전히 부적합할 수 있습니다.

적용 가능한 제품에 대해서는 다음을 검토하십시오. 증기 제어 밸브. 보일러 애플리케이션에는 전용이 필요할 수도 있습니다. 보일러 급수 제어 밸브 또는 분무수 제어 밸브.

크기 조정은 심각한 서비스 조건을 식별해야 합니다.

크기 계산은 하나의 필수 Cv를 반환하는 것 이상의 작업을 수행해야 합니다. 선택한 밸브가 유체 거동을 파괴하거나 제한하는 데 노출되는지 여부를 식별해야 합니다.

액체 질식 흐름

압력차를 증가시켜도 더 이상 예상되는 흐름 증가가 발생하지 않으면 액체 흐름이 막히게 됩니다. 이는 밸브 내부의 증기 형성과 관련될 수 있습니다.

제한 조건이 기계적인 것이 아니라 유체 역학적이기 때문에 더 큰 액츄에이터는 막힌 흐름을 수정할 수 없습니다.

캐비테이션

캐비테이션은 밸브 제한부에 증기 기포가 형성되고 압력 회복 후 붕괴될 때 발생합니다.

잠재적인 결과는 다음과 같습니다:

• 트림 및 바디 피트
• 소음과 진동
• 좌석 손상
• 유량 손실
• 하류 배관 손상

깜박임

플래싱은 액체가 밸브를 통해 기화되고 부분적으로 하류에서 기화된 상태로 유지될 때 발생합니다.

증기가 즉시 액체로 다시 붕괴되지 않기 때문에 설계에서는 플래싱을 일반 캐비테이션으로 처리하기보다는 2단계 속도, 출구 방향 및 침식을 관리해야 합니다.

가스 및 증기가 막힌 흐름

압력비가 선택한 밸브 및 트림에 대한 제한 조건에 도달하면 압축성 흐름이 막힐 수 있습니다.

이 지점 이후에는 하류 압력을 더 낮추어도 막히지 않은 방정식에서 예상되는 비례 용량 증가가 발생하지 않습니다.

소음과 속도

밸브는 허용되지 않는 결과를 생성하는 동안 Cv 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

• 공기역학적 소음
• 유체역학적 소음
• 출구 마하수
• 파이프 벽 진동
• 트림 진동
• 침식 속도

고압 적용 분야는 적절한 도구를 사용하여 검토해야 합니다. 고압 제어 밸브 표준 밸브의 압력 등급만 높이는 것이 아니라 본체 및 트림 구성을 개선했습니다.

축소된 트림, 전체 크기 트림 또는 다른 밸브 본체?

파이프라인 연결 크기가 고정되어 있지만 필요한 Cv가 상대적으로 낮은 경우 트림을 줄이면 밸브 본체 연결 크기를 변경하지 않고도 제어성이 향상될 수 있습니다.

트림을 줄이면 다음과 같은 경우에 유용할 수 있습니다.

• 기계적 또는 향후 시스템상의 이유로 파이프라인 크기가 필요합니다.
• 정상적인 흐름에는 풀사이즈 트림이 제공하는 것보다 훨씬 낮은 Cv가 필요합니다.
• 밸브 본체가 작을수록 과도한 감속기 또는 출구 속도 문제가 발생합니다.
• 향후 용량은 본체를 교체하는 대신 트림을 변경하여 처리할 수 있습니다.

더 작은 밸브 본체가 다음과 같은 경우에 더 좋을 수 있습니다.

• 라인 사이즈 밸브는 트림을 줄여도 지나치게 큰 크기로 유지됩니다.
• 더 작은 본체는 더 나은 트림 형상과 액추에이터 매칭을 제공합니다.
• 감속기와 설치된 속도는 허용 가능한 수준으로 유지됩니다.
• 심각한 서비스 위험을 증가시키지 않으면서 무게, 공간 및 비용을 줄일 수 있습니다.

다음과 같은 경우에는 다른 밸브 스타일이 필요할 수 있습니다.

• 글로브 밸브는 막힘 없이는 고체를 통과시킬 수 없습니다
• 로터리 밸브로 보다 적절한 용량과 유로 제공
• 앵글 밸브는 플래싱 또는 침식성 출구 흐름을 더 잘 유도합니다.
• 심각한 압력 감소를 위해서는 다단계 트림이 필요합니다.
• 라인 사이즈가 커서 컴팩트한 로터리 밸브가 더욱 실용적입니다.

주요 내용을 검토하세요. 제어 밸브 선택 가이드 크기 조정 결과가 차체 스타일, 트림 또는 액추에이터 개념을 재고해야 함을 나타내는 경우.

액추에이터 크기 조정은 Cv 크기 조정과 별개입니다.

Cv는 유량을 결정합니다. 액추에이터는 선택한 밸브를 이동하고 프로세스 조건에서 지정된 차단을 달성하는 데 필요한 힘 또는 토크를 제공해야 합니다.

액추에이터 크기 조정 시 다음을 고려해야 합니다.

• 플러그, 디스크 또는 회전식 폐쇄 요소에 작용하는 프로세스 힘
• 밸브 압력 불균형
• 지정된 누설 등급에 필요한 시트 하중
• 패킹 및 가이드 마찰
• 밸브 스트로크 또는 회전식 이동
• 최소한의 사용 가능한 공기, 유압 또는 전기 공급
• 페일오픈, 페일클로즈 또는 페일인플레이스 요구 사항
• 필요한 스트로크 시간

추력이 더 큰 액추에이터는 선택한 밸브 트림의 최대 Cv를 증가시키지 않습니다.

전체 액추에이터 검토를 위해서는 다음을 사용하십시오. 밸브 액츄에이터 선택 가이드.

구매 전 필요한 제어 밸브 크기 출력

전문적인 사이징 결과는 선택한 공칭 밸브 크기보다 더 많은 것을 제공해야 합니다.

카탈로그에 표시된 정격 Cv만으로 밸브를 승인하지 마십시오. 크기 보고서가 제공되는 정확한 차체, 트림, 특성 및 액추에이터와 일치하는지 확인하십시오.

RFQ용 제어 밸브 크기 데이터 시트

문의 시 다음 정보를 제공하세요.

일부 유체 특성을 사용할 수 없는 경우 누락된 데이터를 견적 전에 식별할 수 있도록 매체 이름, 구성, 압력 및 온도를 제공하십시오.

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• 캐비테이션 및 소음 감소를 위한 제어 밸브 트림 옵션
• 밸브 액츄에이터 선택 가이드
• 밸브 압력-온도 등급 가이드

기술적 기반

• IEC 60534-2-1 — 설치된 제어 밸브에 대한 유량 크기 조정 방정식
• ANSI/ISA-75.01.01 — 제어 밸브 유량 용량 크기 방정식
• 에머슨 — 제어 밸브 크기 조정 절차
• ISA - 제어 밸브 설치된 게인 계산 사용