컨트롤 밸브는 자동 제어 시스템에서 유체의 흐름량(유량) 또는 압력을 조절하여 공정 변수(액체의 레벨, 유량, 압력, 온도 등)를 원하는 설정값으로 유지하는 데 사용되는 최종 제어 요소(Final Control Element) 입니다

컨트롤 밸브(Control Valve)

컨트롤 밸브는 자동 제어 시스템에서 유체의 흐름량 (유량) 또는 압력을 조절하여 공정 변수 (액체의 레벨, 유량, 압력, 온도 등)를 원하는 설정값으로 유지하는 데 사용되는 최종 제어 요소 (Final Control Element) 입니다. 단순히 유체의 흐름을 열고 닫는 온-오프 밸브와는 달리, 밸브의 개도를 비례적으로 조절하여 원하는 유량 또는 압력을 얻을 수 있도록 설계되었습니다.

작동 원리

컨트롤 밸브는 일반적으로 다음과 같은 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

1. 밸브 본체 (Valve Body): 유체가 흐르는 통로 역할을 하며, 다양한 형태와 재질로 제작됩니다.
2. 액추에이터 (Actuator): 제어 신호 (공압, 유압, 전기 등)를 받아 밸브의 개도를 조절하는 동력 장치입니다.
3. 밸브 포지셔너 (Valve Positioner) (선택 사항): 제어 신호와 실제 밸브 개도를 비교하여 액추에이터를 정밀하게 제어하는 보조 장치입니다. 특히 정밀한 제어가 요구되는 경우에 사용됩니다.

작동 원리는 다음과 같습니다.

1. 제어 신호 수신: 상위 제어 시스템 (예: PID 컨트롤러)으로부터 목표값에 따른 제어 신호 (전압, 전류, 공압 신호 등)를 액추에이터 또는 밸브 포지셔너가 받습니다.
2. 액추에이터 작동: 제어 신호에 따라 액추에이터가 움직여 밸브 스템 (Valve Stem)을 회전시키거나 직선 운동시킵니다.
3. 밸브 개도 조절: 밸브 스템의 움직임은 밸브 내부의 유량 조절 부품 (예: 플러그, 볼, 버터플라이 디스크 등)의 위치를 변화시켜 유로의 면적, 즉 밸브의 개도를 조절합니다.
4. 유량 또는 압력 제어: 밸브의 개도 변화에 따라 유체의 흐름 저항이 바뀌면서 유량 또는 압력이 조절됩니다.
5. 피드백 (포지셔너 사용 시): 밸브 포지셔너는 실제 밸브의 개도를 감지하여 제어 시스템으로 피드백하고, 목표 개도와 실제 개도가 일치하도록 액추에이터를 정밀하게 조정합니다.

종류

컨트롤 밸브는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다.

1. 밸브 본체 형태에 따른 분류:

• 글로브 밸브 (Globe Valve): 유체가 S자 형태로 흐르며, 정밀한 유량 조절에 적합합니다. 압력 손실이 비교적 큰 편입니다.
• 앵글 밸브 (Angle Valve): 유체가 직각으로 흐르도록 설계되어 배관 방향 전환 및 서징 방지에 유리합니다.
• 볼 밸브 (Ball Valve): 구멍이 뚫린 볼을 회전시켜 유로를 개폐 및 조절합니다. 빠른 개폐가 가능하며, 압력 손실이 적습니다.
• 버터플라이 밸브 (Butterfly Valve): 디스크를 회전시켜 유로를 개폐 및 조절합니다. 비교적 크기가 작고 가벼우며, 대구경 배관에 적합합니다.
• 다이어프램 밸브 (Diaphragm Valve): 탄성체의 다이어프램을 이용하여 유로를 차단하거나 조절합니다. 부식성 유체나 위생적인 환경에 적합합니다.
• 플러그 밸브 (Plug Valve): 원통 또는 원뿔 형태의 플러그에 구멍을 가공하여 회전시켜 유로를 개폐 및 조절합니다.
• 게이트 밸브 (Gate Valve): 웨지 또는 디스크 형태의 게이트를 직선 운동시켜 유로를 완전히 개폐하는 데 주로 사용됩니다. 유량 조절에는 적합하지 않습니다. (일반적으로 컨트롤 밸브로 분류되지는 않지만, 특정 용도로 사용될 수 있습니다.)

2. 액추에이터 종류에 따른 분류:

• 공압 액추에이터 (Pneumatic Actuator): 압축 공기를 동력원으로 사용하며, 구조가 간단하고 신뢰성이 높습니다. 가장 일반적인 형태입니다.
• 전동 액추에이터 (Electric Actuator): 전기 모터를 동력원으로 사용하며, 정밀한 제어가 가능하고 자동화 시스템 연동에 용이합니다.
• 유압 액추에이터 (Hydraulic Actuator): 유압을 동력원으로 사용하며, 큰 힘을 낼 수 있어 대형 밸브 작동에 적합합니다.

3. 작동 방식에 따른 분류:

• 단동식 (Single Acting): 한 방향으로만 힘을 가하고, 스프링 힘으로 원래 위치로 복귀합니다.
• 복동식 (Double Acting): 양방향으로 힘을 가하여 정밀한 위치 제어가 가능합니다.

특징

• 정밀한 유량 및 압력 제어: 공정 변수를 원하는 설정값으로 정확하게 유지할 수 있습니다.
• 자동화 시스템 필수 요소: 자동 제어 루프에서 중요한 역할을 수행합니다.
• 다양한 유체 및 공정 조건 적용: 다양한 형태와 재질로 제작되어 광범위한 유체 및 공정 조건에 적용 가능합니다.
• 안전성 향상: 비정상적인 공정 조건 발생 시 자동으로 작동하여 시스템 안전을 확보할 수 있습니다.
• 효율성 증대: 최적의 유량 및 압력 제어를 통해 에너지 소비를 줄이고 생산 효율성을 높일 수 있습니다.

적용 분야

컨트롤 밸브는 거의 모든 산업 분야의 자동 제어 시스템에서 핵심적인 역할을 수행합니다.

• 석유 및 화학 산업: 원유 정제, 화학 제품 생산 공정의 유량, 압력, 레벨, 온도 제어
• 발전 산업: 보일러 급수, 증기 유량, 냉각수 유량 제어
• 식품 및 음료 산업: 원료 배합, 살균, 충진 공정의 유량 및 압력 제어
• 제지 산업: 펄프 이송, 약품 주입 공정 제어
• 수처리 산업: 정수 및 하수 처리 공정의 유량 및 레벨 제어
• HVAC (냉난방 공조) 시스템: 냉수, 온수, 증기 유량 제어
• 의약품 산업: 원료 배합, 반응기 제어

컨트롤 밸브를 선택할 때는 제어하려는 공정 변수, 유체의 종류 및 특성 (점도, 부식성, 온도, 압력 등), 유량 범위, 요구되는 제어 정확도, 액추에이터의 종류 및 성능, 안전 요구 사항 등을 종합적으로 고려해야 합니다.

 

컨트롤밸브