[논문]고차압에서 운전되는 모터구동게이트밸브의 부하율 향상 방안

김대웅; 박성근; 홍승열; 유성연

문제 정의

,e Factor), 부하율(ROL : Rate of Loading), 스템팩터 (SF : Stem Factor)등이 알려져 있으며, 국내외에서 이들 인자들의 특성 분석과 개선을 위한 연구들이 수행되어지고 있다. 본 연구에서는 고차압 밸브의 동작시 부하율과 스템팩터가 밸브의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 운전 여유도가 부족한 밸브에 대해 부하율을 개선함으로써 운전 여유도를 개선할 수 있는 방안을 제시하고 시험을 수행하여 제시한 방안의 타당성을 알아보았다.

제안 방법

동적시험은 고압다단펌프를 이용하여 유체의 차압을 형성시킨 상태에서 각각 2회 수행되었다. 동적 시험에서도 정적시험때 사용한 동일한 진단장비 및 센서를 사용하였으며, 밸브 디스크 전후단에 압력계를 설치하여 차압을 측정하였다. 차압은 밸브의 완전 열림 상태에서 51 psid(l차) 및 48 psid(2차)로 나타났으며, 밸브의 닫힘 동작이 시작되어 닫힘이 진행되는 동안 차압이 점점 증가하여 밸브의 완전 닫힘시 최대 2595 psid(l차) 및 2590 psid(2차)까지 상승하였다.
정적시험을 수행하고 취득된 진단신호를 분석한 결과 밸브와 구동기에 별다른 이상상태가 발견되지 않았으며, 정상적인 동작을 수행하고 있음을 확인할 수 있었다. 동적시험은 고압다단펌프를 이용하여 유체의 차압을 형성시킨 상태에서 각각 2회 수행되었다. 동적 시험에서도 정적시험때 사용한 동일한 진단장비 및 센서를 사용하였으며, 밸브 디스크 전후단에 압력계를 설치하여 차압을 측정하였다.
본 연구에서는 정적시험 수행만으로도 동적시험시발생할 M0V-1의 부하율을 예측하는 방법으로 공식 (13)을 이용하였으며, 예측한 결과를 동적시험을 수행하여 확인하였다. 즉 공식 (13)에서 는 최초 수행한 동적시험[Table 3.
0089로 맞추기 위한 조치로서 스템너트와 스템의 나사산을 보다 거친 것으로 교체하여 thread friction coefficient를 크게 하기 위함이다. 정적시험 수행후 동적시험을 수행하여 정적시험 시 예측한 부하율과 실제 시험시 발생한 부하율을 비교 분석하였다.
0089를 사용하고 SFtgd°se, s는 정적시험을 수행하여 구하였다. 정적시험은 두 가지 방법으로 수행되었는데, 첫 번째 시험[1 차~4차]은 기존의 스템너트와 스템을 그대로 사용하고 구동기의 토크만 높여서 시험을 수행하였고, 두 번째 방법[5차, 6차] 은 토크를 높인 상태에서 스템너트와 스템을 교체해 가면서 시험을 수행하였다. 스템너트와 스템을 교체하는 이유는 스템팩터를 동적시험때 나타난 스템팩터인 0.
확인하였다. 즉 공식 (13)에서 는 최초 수행한 동적시험[Table 3. 참조]에서 취득한 값인 0.0089를 사용하고 SFtgd°se, s는 정적시험을 수행하여 구하였다. 정적시험은 두 가지 방법으로 수행되었는데, 첫 번째 시험[1 차~4차]은 기존의 스템너트와 스템을 그대로 사용하고 구동기의 토크만 높여서 시험을 수행하였고, 두 번째 방법[5차, 6차] 은 토크를 높인 상태에서 스템너트와 스템을 교체해 가면서 시험을 수행하였다.
현재 운전되고 있는 밸브의 성능을 평가하기 위해 정적 (static test) 및 동적시험(dynamic test)을 수행하였다. 정적시험은 밸브가 설치되어 있는 배관내 모든 유체를 배수하여 밸브 운전시 유체의 차압이 전혀 존재하지 않는 상태에서 수행하는 시험이며, 동적 시험은 펌프나 가압된 탱크를 이용하여 밸브의 운전시 요구되는 유체의 차압을 형성시켜서 수행하는 시험을 말한다.

대상 데이터

고차압밸브의 부하율 향상 방안을 연구하기 위하여 발전소에 설치된 고차압 밸브(이하 "M0V-1”으로 지칭)를 1대 선정하여 시험을 수행하였다. M0V-1은 운전 시 차압이 2575 psid까지 형성되는 밸브로서 주요사양은 아래 표와 같다.
정적시험은 밸브가 설치되어 있는 배관내 모든 유체를 배수하여 밸브 운전시 유체의 차압이 전혀 존재하지 않는 상태에서 수행하는 시험이며, 동적 시험은 펌프나 가압된 탱크를 이용하여 밸브의 운전시 요구되는 유체의 차압을 형성시켜서 수행하는 시험을 말한다. 밸브의 성능평가를 위해서는 밸브 동작시 주요 행정 위치에서 밸브에 발생되는 토크, 쓰러스트, 전류, 전압 등의 신호를 취득하고 분석해야 하는데, 본 연구에서는 모터 구동 밸브 전용 진단 장비인 UDS(Universal Diagnostic System)를 사용하여 주요 시험 데이터들을 취득하였다. 진단은 구동기 또는 밸브 부품에 센서를 부착하여 센서에서 발생되는 신호를 진단장비로 취득하는 방법으로 수행된다.
진단은 구동기 또는 밸브 부품에 센서를 부착하여 센서에서 발생되는 신호를 진단장비로 취득하는 방법으로 수행된다. 주요 취득 데이터는 모터 전류 및 전압, 밸브스템 쓰러스트, 구동기출력 토크, 스프링 팩 움직임, 리밋스위치 작동시간, 스템위치, 유체 압력 등을 측정할 수 있으며, 이러한 데이터들은 각종 센서들을 사용하여 취득된다. 취득된 데이터는 진단 신호 분석을 통하여 모터, 구동기 및 밸브의 운전 상태와 부품의 이상상태를 점검하고 밸브의 운전 성능 평가에 활용된다.

성능/효과

의 시험결과를 분석해 보면 먼저 밸브의 운전 여유도를 향상시키기 위해 토크만을 향상 시킨 경우 [1 차~4차]는 SF의 변화가 별로 없고 부하율이 크게 개선되지 않는 것을 알 수 있다. 5차 및 6차 시험에서는 SF가 동적시험시 예상되는 SF만큼 크게 변하였으며, 부하율 또한 크게 개선되는 것으로 예측되어 지는 것을 알 수 있다. 동적시험 결과[7차, 8차]와 정적시험 5 차 및 6차 시험결과가 매우 유사하게 나타나 정적시험 시 부하율을 예측하는 본 연구 방안이 매우 타당성이 있음을 알 수 있다.
5차 및 6차 시험에서는 SF가 동적시험시 예상되는 SF만큼 크게 변하였으며, 부하율 또한 크게 개선되는 것으로 예측되어 지는 것을 알 수 있다. 동적시험 결과[7차, 8차]와 정적시험 5 차 및 6차 시험결과가 매우 유사하게 나타나 정적시험 시 부하율을 예측하는 본 연구 방안이 매우 타당성이 있음을 알 수 있다.
는 신호분석을 통한 주요 결과값들을 나타내고 있다. 정적시험을 수행하고 취득된 진단신호를 분석한 결과 밸브와 구동기에 별다른 이상상태가 발견되지 않았으며, 정상적인 동작을 수행하고 있음을 확인할 수 있었다. 동적시험은 고압다단펌프를 이용하여 유체의 차압을 형성시킨 상태에서 각각 2회 수행되었다.
첫째, 부하율과 스템팩터는 밸브 동작 메커니즘 상 매우 밀접한 연관성을 가지고 있어, 부하율을 개선시키기 위해서는 스템팩터를 개선시키는 것이 효과적이며, 정적시험 스템팩터가 동적시험 스템팩터에 근접할수록 부하율 개선 효과가 크다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구를 통하여 고차압 밸브의 부하율 향상 방안과 그 방안의 타당성을 검증할 수 있었으며, 동일한 조건에 설치된 다른 밸브들에도 위의 방법론을 적용할 경우 동적시험전에 부하율을 향상시킬 수 있어 동적 시험 회수를 줄이고, 비용과 시간을 절감하는 효과가 있을 것으로 기대된다.

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