[논문]가스 파이프라인용 30인치 볼 밸브의 누설량 평가

김철규; 이상문; 장춘만

doi:10.7316/khnes.2016.27.2.230

[국내논문] 가스 파이프라인용 30인치 볼 밸브의 누설량 평가
Assessment of Gas Leakage for a 30-inch Ball Valve used for a Gas Pipeline 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.27 no.2, 2016년, pp.230 - 235

김철규 (한국건설기술연구원) , 이상문 (한국건설기술연구원) , 장춘만 (한국건설기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to evaluate the gas leakage for a 30-inch ball valve. The ball valve was designed and manufactured for a natural gas transportation through a long-distance pipeline mainly installed in the permafrost region. The gas leakage assessment is based on the pressure testing criteria of international standards. Pressure conditions of the gas leakage test was employed 70 bar, 100 bar, and 110 bar. The amount of the gas leakage at each pressure condition was small and had a value under the pressure testing criteria, ISO 5208. Gas leakage with respect to the test pressure was predicted by the polynomial curve fitting using the experimental results. It is found that the gas leakage rate according to the pressure is proportion to a second order curve.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 극한지 자원이송망을 위한 볼 밸브는 기존의 볼 밸브 보다 더 낮은 저온의 환경에서 보다 향상된 밀폐성능을 요구한다. 본 연구에서는 극한지 자원이송을 위한 30인치 볼 밸브 시제품을 개발하여 산업용 표준 압력시험 방법을 근거로 하여 누설량 실험평가를 수행하였다. 이러한 실험을 통해 30인치 볼 밸브의 압력변동에 따른 누설량을 예측하였다.
본 연구에서는 42인치 볼 밸브 설계를 위한 선행연구로 30인치 볼 밸브를 설계하고, 시제품을 제작 하였다. 제작된 30인치 볼 밸브 시제품은 국제표준 ISO5208에 근거하여 밀폐시험을 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서의 밀폐시험은 110 bar를 기준으로 시험을 수행하였다. 시험압력에 따른 누설량을 측정하기 위해서 자원이송망의 사용압력인 70 bar (7 MPa), 최대 허용압력인 100bar (10 MPa), 밀폐시험 기준인 110 bar (11 MPa)을적용하여 각각 시험을 수행하였다. 본 연구에서 실시한 밀폐시험 조건은 Table 3에 나타낸다.
3 mm³/s×DN 이하로 하였다. 시험유체는 질소로, 볼 밸브를 완전밀폐 상태에서 가압하여 반대편 플랜지 측에서 누설 가스 측정장비를 이용하여 가스 누설량을 측정하였다.

대상 데이터

2는 극한지 지원이송망용 30인치 볼 밸브의 시제품을 나타낸다. 이러한 자원이송망용볼 밸브는 주로 트러니언 타입(trunnion type)을 사용하며, 이러한 트러니언 타입에는 탑 엔트리 타입(top-entry type)과 쓰리 피스 타입(three-piece type)으로 구분되며, 본 연구에서는 쓰리 피스 타입 볼 밸브를 선정하여 제작하였다. 볼 밸브의 주요 구성품은 볼, 몸통, 스템, 시트이며, Fig.
3은 각 구성품의 제작사진을 나타낸다. 볼 밸브의 재료는 저온특성을 고려하여, 볼 및 본체는 A182-F304 및 A352-LCC로 하였다.

이론/모형

본 연구에서 개발한 볼 밸브 시제품은 ASME/ANSI600 Class를 기준으로 설계되었으며, 이러한 기준에 설계 밸브의 최대 허용압력은 100 bar (10 MPa)이다. 따라서 내압시험은 최대 허용압력의 1.
5분간 초당 누설량을 측정하여, 평균을 취한다. 누설량 측정은 국제표준 ISO 5208에서 제시하는 Rate B¹⁵⁾를 기준으로 한다. 밀폐 시험의 장비 및 인원은 동아대학교 산학협력단 고기능성밸브 기술지원단의 기술지원을 받아 수행하였다.
본 연구에서는 42인치 볼 밸브 설계를 위한 선행연구로 30인치 볼 밸브를 설계하고, 시제품을 제작 하였다. 제작된 30인치 볼 밸브 시제품은 국제표준 ISO5208에 근거하여 밀폐시험을 수행하였다. 이 때 허용 누설량은 Rate B의 기준인 0.

성능/효과

1) 극한지 자원이송망의 실제 적용압력인 70 bar에서는 누설이 발생하지 않았으며, 최대 허용 압력인 100 bar에서는 누설량 0.048 mm³/s×DN를, 밀폐시험 조건인 최대허용압력의 1.1배인 110 bar에서는 누설량 0.082 mm³/s×DN이 발생함을 알 수 있었다.
2) 압력조건에 따른 누설량 결과를 이용하여, 30인치 볼 밸브의 누설량 예측곡선을 도출하였으며, 예측 곡선은 이차함수의 형태로 나타냄을 알 수 있었다.
3) 누설량 예측곡선을 이용한 기준 누설량 발생 압력은 150 bar임을 확인할 수 있었다.

후속연구

3 mm³/s×DN의 누설량을 갖음을 알 수 있다. 정확한 누설량 예측을 위해 보다 많은 볼 밸브밀폐시험을 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	볼 밸브는 어떻게 구성되는가?	볼 밸브는 크게 볼(ball), 몸통(body), 스템(stem), 시트(seat) 그리고 제어장치(control unit)로 구성되며, 파이프라인을 통해 수송되는 유체를 차단하거나 제어하기 위한 용도로 사용되는 제어기기로 거의 모든 산업분야에서 이용되고 있는 핵심 요소부품이다. 볼밸브는 타 형식 밸브에 비해 기밀유지 성능이 우수하고, 완전 개방 시에는 유로 저항이 없는 특성을 갖는다.
	볼밸브의 특성은?	볼 밸브는 크게 볼(ball), 몸통(body), 스템(stem), 시트(seat) 그리고 제어장치(control unit)로 구성되며, 파이프라인을 통해 수송되는 유체를 차단하거나 제어하기 위한 용도로 사용되는 제어기기로 거의 모든 산업분야에서 이용되고 있는 핵심 요소부품이다. 볼밸브는 타 형식 밸브에 비해 기밀유지 성능이 우수하고, 완전 개방 시에는 유로 저항이 없는 특성을 갖는다. 또한, 간단한 구조와 보수의 용이성 때문에 오일(oil), LNG(liquid natural gas), 천연가스(natural gas) 수송과 같은 고압의 대규모 유체를 개폐 또는 제어하는데 유리하다.
	볼 밸브의 압력시험 방법은 어떻게 나누어지며, 시험방법은 어떠한가?	볼 밸브의 압력시험(pressure testing) 방법은 크게두 가지로 내압 시험(shell test)과 밀폐 시험(closure test)으로 나눌 수 있다.10,13) 내압 시험은 밸브 몸통의 안전성을 평가하기 위한 시험이고, 최대 허용압력의 1.5배의 압력을 5분 동안 유지되어야 한다. 그리고 밀폐 시험은 밸브가 완전 밀폐된 상태에서 최대 허용압력의 1.1배 압력을 가압하여 5분 동안의 누설량을 측정하는 시험이다. 이러한 밸브의 압력시험 방법에 대해서는 국제규격 API 6D14)와 ISO 520815)에 규정되어 있다.

참고문헌 (15)

A. Ozdamar, K. T. Grusel, Y. Pekbey and B. Celikag, "An Experimental and Numerical Study on Pressure Drop Coefficient of Ball Valves", International Energy Journal, Vol. 8, Issue 4, 2007, pp. 1-7.
M. J. Chern, C. C. Wang, and C. H. Ma, "Performance test and flow visualization of ball valve", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 31, 2007, pp. 502-512.
M. J. Chern and C. C. Wang, "Control of Volumetric Flow-Rate of Ball Valve Using V-Port", Journal of Fluid Engineering, Vol. 126, 2004, pp. 471-481.

상세보기
A. S. Tabrizi, M. Asadi, G. Xie, G. Lorenzini, and C. Boserni, "Computational Fluid Dynamics Based Analysis of a Ball Valve Performance in the Presence of Cavitation", Journal of Engineering Thermophysics, Vol. 23, No. 1, 2014, pp. 27-38.

상세보기
S. M. Lee and C. M. Jang, "Development of Numerical Model and Experimental Apparatus for Analyzing the Performance of a Ball Valve used for Gas Pipeline in Permafrost Area", Trans. of the Korean hydrogen and New Energy Society, Vol. 25, No. 5, 2014, pp. 550-559.

원문보기 상세보기
S. M. Lee and C. M. Jang, "Internal Flow Anaysis for a 10 inche Ball Valve using Flow Similarity", Trans. of the Korean hydrogen and New Energy Society, Vol. 26, No. 4, 2015, pp. 386-392.

원문보기 상세보기
D. S. Kim, S. K. Bea, W. H. Lee, and H. S. Kim, "Thermal Stress and Flow Analysis of a Cryogenic Ball Valve", Journal of Drive and Control, Vol. 3, No. 4, 2006, pp. 8-13.
X. G. Song, S. G. Kim, S. H. Baek, and Y. C. Park, "Structural optimization for ball valve made of CF8M stainless steel", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 19, 2009, pp. s528-s561.

상세보기
J. Regula, "The Influence of Seat Fatigue Test on the Leakage in Ball Valve", Procedia Engineering, Vol. 39, 2012, pp. 91-97.

상세보기
C. K. Kim and J. Y. Yoon, "A Study on Structural Analysis of High-Pressure Pipeline Retainer-Type Ball Valve by Pressure Testing of the Industrial Standard", Journal of Fluid Machinery, Vol. 18, No. 5, 2015, pp. 13-18.
https://www.wunderground.com/climate/permafrost.asp
KICT 2015-088, "Design and Evaluation Technology of Infrastructure with Pipeline in Permafrost Area (Second-year Report)", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Korea, 2015, pp. 1-3.
M. S. Shin, J. Y. Yoon, I. W. Park, S. H. Lee, H. Y. Park, and S. H. Jung, "A Study on Structural Analysis of Butterfly Valve Components by Pressure Testing of the Industrial Standard", Journal of Fluid Machinery, Vol. 14, No. 3, 2010, pp. 5-9.
API 6D, "Specification for Pipeline Valves", American Petroleum Institute, USA, 2008.
ISO 5208, "Industrial valves-Pressure testing of metallic valves", International Organization for Standardization, Switzerland, 2008.

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증