VALVE의 종류 및 특성

1.밸브의 종류와 형상 및 구조

Valve의 주요 사용목적은 대변에서 열림, 닫음, 역지 조정의 네가지 목적을 달성하는데 필요할것이라고 요약할 수 있을 것이다. 다만, 유체의 온도, 압력, 밀도, 유속, 유량, 부식성등이 고려되어 그 내부 구조에 따라 Gate, Globe, Pulg, Ball밸브 등으로 분리되었으며 근래에는 작동의 편의성 때문에 One touch방식의 Butterfly밸브와 Ball밸브 등이 많이 사용되고 있다.

따라서 그종류를 모두 열거하기는 매우 어려우므로 <표1>에서 그대표적인 예를 설명하기로 한다.

2.Gate Valve

소화설비에서는 제어밸브로서 개폐표시형의 밸브를 사용하도록 규정하고 있는데 이는 평소에 열려있는 상태로 있어야 하고 그것을 외관에서 식별하기 용이하도록하기 위함이며 개폐표시형 Valve로는 OS & Y(Outside Screw & Yoke) Valve와 Butterfly Valve가 있으며 최근에는 Stop Check Valve로서 게이트밸브와 첵크밸브를 겸하는 것으로서 외관에 개폐표시 Indicate가 부착된 Valve도 나오고 있다.

특히 유럽쪽에서는 이렇게 열린 밸브에 다시 Chain 또는 가죽끈으로 자물쇠 고리를 만들어 잠궈놓는 엄격한 설비관리를 제도화하고 있다.

3.Check Valve

첵크밸브로는 Swing식이 대표적인 것이나 Seat와 Disc의 맞닿는 부분은 선반 가공만으로는 완전한 역지가 되지 않아 랩핑(Lapping)가공을 하여야 하는등 공정상의 어려움이 뒤따르며 Hinge Pin-Hole가공시 수평이 맞지 않아 일일이 재가공을 해야 하는 번거로움과 하자발생으로 인한 분규사례가 많아 Valve Maker들이 KS규격은 있으나 표시허가획득을 기피하는 실정이다.

그래서 어떤 시공업체는 이 밸브를 구매하여 Disc면에 엄격한 재질선정이 되지 않은 고무판을 가공부착하여 사용하는 사례를 보는데 고무의 재질도 나중에는 문제가 되겠으나 부착가공방법이 잘못되어 수압에 견디지 못하고 찢어져 누설이 됨으로써 설비에 하자가 밸생하는 사례를 종종 보게 되는 것이다.

다음으로 리프트형 첵크밸브는 마찰손실이 심하여 가급적기피하는 것이며 횡(Horizon-tal)으로 설치될 경우 스윙첵크밸브를 사용하는 사례가 많다. 다음으로 우리나라에서 스모렌스키(Smolensky) Check Valve로 소개된 Lift Type의 Valve가 있다.

이 Valve는 Disc면에 고무처리(Rubber Facing)를 하여 역지기능은 우수하나 류과면에 겨린 부분이 지나치게 많아 (Guide, Disc, 방충우산 등 3∼4개)저항을 많이 받아 마찰손실이 심하여 미국의 ITT, Grinnel 등 많은 Maker들이 방충우산을 제거하고도 Slam을 없애고 마찰

손실도 줄일수 있는 Slam을 없애고 마찰손실도 줄일수 있는 Silent Check Valve, 기타 여러 가지 명칭으로 제품을 생산해오고 있으며 Smo-lensky사도 이미 오래전에 우리나라에서 현재유통되는 Model의 생산을 폐지하였다.

※ 주 1. 현행소방시설의 기술기준령(84.8.16) 제정이전 구 소방검사규칙에서 공칭구경 40mm 이상 압력 6kg/□ 이상의 것에는 웨이퍼(Wafer)첵크 또는 스모렌스키 첵크밸브를 사용하여야 한다는 규정이 있었으나 현행규정에서는 폐지되었으며, 현재에도 이의 권장사례가 간혹 있는데 이는 잘못된 적용이라 생각된다.

※ 주 2. 소방용 기계·기구등의 규격 및 검정에 관한 규칙 제 7관 유수검지 장치 제 302조(압력손실 시험)에 의하면 각 호칭별 유수량에 의한 방수를 하였을 경우 0.5kg/□ 이내이어야 한다고 규정하고 있다. 따라서 동일 System에 사용되는 여타 Valve도 이와 동일한 성능의 Valve로 선정하는 것이 타당하다고 생각된다.

※ 주 3. Smlensky는 밸브의 명칭이 아니고 밸브제조회사의 명칭이며 이 Valve는 lift형 Check로 분류됨.

한걸음 나아가 지금은 웨이퍼(Wafer)타입으로서 두 쪽 Disc(Two Piece) Swing Pattern의 Duo(듀) Check라는 밸브도 구미지역에서는 이미 오래전에 생산판매되고 있으며 API, UL, FM등도 Standard 또는 Code를 정하고 있다. Duo, Dual, Twin Check등 각사마다 명칭을 정하여 판매되고 있으며 국내에서도 이미 몇 개 사가 시판을 하고 있다.

이밸브의 특징은 Seat면을합성고무 (N,B,R)로 처리하고 토션(Torsion) Spring을 Disc 상단에 장착하여 정밀한 역지기능을 하며 Slam현상이 생기지 않는 장점 이외에도 Swing Check 와 다름없이 마찰손실이 적은 외에 Wafer Type이므로 설치시간과 부속자제가 절감되고 가격도 스모렌스키에 비하여 현저하게 싸므로, 상온수가 사용되는 소방용 또는 중온수를 류체로 사용하는 시설에는 좋은 자재로 생각된다. 다만 포화증기(120℃이상)에는 Seat에 사용되는 고무의 재질이 신중히 검토되어야 하므로 충분한 연구와 시험을 거쳐 생산되어야 할것으로 생각한다.

4.Ball Valve

소방시설에 있어서는 주로 소형으로서 Preaction System의 EmerGency Release용, Gage 또는 Switch용 으로 널리 사용되고 있다.

그러나 갑작스런 개폐작용으로 인하여 Gage 또는 Switch에 동시에 급격한 충격을 주어 지시침을 넘거나 접점에 손상을 주어 기기를 손상시키는 경우가 허다하게 많으므로 Gage 또는 Swich에는 전용의 Gage Valve 또는 Needle Valve를 사용하는 것이 원칙이다. 이들 Valve는 개폐가 쉽고 TeFlon으로 Seat가 되어 Sealing이 잘되어 있는 장점이 있으나 소방시설에 있어서는 신중히 고려하여 적정한 곳에서만 사용하는 것이 바람직하다.

5.Foot Valve

소방시설뿐 아니라 여타 설비에 있어서도 이 밸브만큼 하자발생이 높은 밸브는 없을 것이다. 특히 어려운점은 하자가 발생해도 쉽게 접근하여 보수에 임할수 없다는 것이다. Valve 그자체에서도 설계 및 가공면에서 문재가 많고 개선 및 연구가 계속되어야 하나 시공완료후 수로내의불순물 제거 등의 조치를 하므로서 의바를 초소화하는 것이 최상책이 될 것이다. Foot Valve를 선정할 때 Cage (Strainer) 부분이 엉성하게 생긴 것은 가급적 피하고 촘촘히 제작된 것을 선정하되 Valve의 류과경에 비하여 Cage의 류과단면적이 2배이상이 되는지를 계산해보는 것이 바람직하다.

이 흡입단면적이 좁으면 Pump의 Impel-ler부분에 Cavitation 현상을 일으켜 펌프를 손상시킬 우려가 있기 때문이다. 다음으로 150mm이상 대구경의 Valve는 Flange 부위에서 Valve Body쪽의 Neck 부분에 Rib로서 잘보강되어 있는지의 여부를 확인하여야 한다. 소화용은 거의 사용압력 10kgf/□ 용으로서 재질이 GC 20(Cast Iron)으로 되어 있기 때문에 Pump가 멈출 때 Clapper가 심한 압력으로 Valve 본체에 충격을 주게 되므로 Neck 부분에 Crack이 가는 경우가 상당히 많으므로 이점을 각별히 유의하여야 한다.

Dual Check Valve에 Cage를 조립하는 Two Piece형 Foot Valve를 사용하여 균열에 의한 누설등의 하자를 막는것도 한방법이 되겠다.

6.Butterfly Valve

이밸브는 Ball Valve와 같이 90°회전각에서 개폐가 이루어지는 조작이 편리한 Valve로서 구미제국에서는 이미 오래전에 규격이 제정되어 널리 사용되어 왔으나 우리나라에서는 지난 1984년 KS B2333으로 규격 200mm부터 1,500mm까지의 규격만이 제정되어 있으며 그 이하의 규격은 제정이 되어 있지 않다. 따라서 국내 각 Maker가 외국 Maker의 모델을 모방하여 생산 공급하는 실정이다.

따라서 구미쪽 규격에 따라 재질과 가공공법을 엄격히 관리하여 품질이 우수한 제품을 생산하는 업체가 있기는 하나, 국내규격이 제대로 정해져 있지 않기 때문에 정상제품이 아닌 제품이 시장에 나도는 것도 사실이다.

다행히 소방용 개폐작동빈도가 극히 적고 "열림"(normal Rubber의 마모현상이나 Valve Stem의 Sealing 부위에서 누설현상이 드문 것은 지극히 다행이라 하겠다. 따라서 이밸브를 선정할때는 Maler의 시험성적서 내지 하자보증을 할수 있는 증서등을 받아 둘 필요가 있으며 특히 Maker의 신용도에 관심을 각는 것이 필요하다고 하겠다.

7.Alarm Valve

Alarm Check Valve 또는 자동경보밸브라고도 함.(법정명칭 : 유수검지장치)

역지기능을 갖는 경보밸브로서 1,2차측 수압이 균압을 이룬 상태에서 Sprikler Head가 터져 균압상태가 깨어지므로 압력챔버에 설치된 압력스위치가 작동하여 Pump가 기동하고 또 물의 흐름에 따른 압력변화로 경보스위치(Alarm Switch)가 작동되어 경보를 울리며 물이 송수되도록 하는 밸브이다.

종류로는 Butterfly 식도 있지만 거의가 Clapper형의 것으로서 Drain Valve와 Test Valve기능을 한몸체에 각고 있다.

Clapper형의 경우 중심부에 Ball Check를 설치하여 2차측 배관이 이음부의 미세한 누설로 인한 압력저하를 보충하여 균압 유지를 하여 주는 작용을 하게 되어 오보방지를 돕게 한다.

이밸브의 Body를 가공할 때 Seat Ring을 끼우기 위하여 안나사 가공을 하고 Seat Ring을 끼우면 자연히 밸브몸통과 Seat Ring 사이에 깊이 2∼3mm, 폭 8∼10mm정도의 흠이 형성된다.

밸브를 현장에서 설치하고 난후 실험을 하면 오동작이 나는 경우가 종종 있는데 이는 밸브 자체의 하자라고 하기보다는 전술한 그 흠에 모인 이물질 즉 용접티(속칭 용접똥), 모래, 벽돌조각등이 Seat와 Clapper사이에 끼어서 Alarm Switch Line에 다량의 물이 압력을 가하며 공급되므로서 오보가 되는 사례가 많다.

따라서 이밸브를 설치할 때에는 특히 이점을 주의하여 이물질을 철저히 제거한후에 물을 공급하여야 하며 순환운전을 충분히 한후에 Drain Valve를 열어 최대한으로 이물질을 제거한후에 시험을 하여야 하며 제조회사는 이러한 문제점이 많이 발생하므로 이점을 주의하여 흠의 깊이를 cholth한으로 줄임과 동시에 Seat Ring의 높이와 Drain Valve의 높이를 같게하거나 낮추거나 하여 시험운전시 Drain Valve를 열면 어느정도는 수압에 씻기어 내려오도록 하는 오보방지를 위한 연구가 계속되어야 할 것이다.

또한 어느건물에 설치된 알람밸브속에는 심지어 망치까지도 들어 있는 사례가 있었다는 것은 유지관리면에서 신중히 생각해야 할 문제가 아닌가 생각된다. 다음으로 유수검지장치로서 Paddle형의 것이 있다.

이는 엄격히 말하여 Valve라고는 할 수 없겠으나 전술한 Alarm Valve와 같은 역할은 한다. 다만 첵크기능이 없고 2차측으로의 물의 흐름에 따라 Paddle 이 물이 흐르는 방행으로 기울어 짐에 따라 Switch의 접점이 붙어 일정한 시간이 경과되면 경보를 발하는 장치다.

이는 미국등 구미지역에서는 많이 사용하는것으로서 국내에서도 생산이 되면 자동소화설비의 시설비 절감 등 많은 이점이 있음은 물론 Sprinkler설비의 대중화에도 크게 기여하게 될것으로 생각된다.

8.Preaction Valve

Deluge Valve 또는 준비작동식밸브라고도 함.(법정명칭 : 압력검지창치).

전술한 Alarm Valve는 1,2.차즉 즉 head의 Orifice까지 물로서 채워져 압력이 가하여 있는 상태이나 이 Valve는 1차측에만 압력이 가하여 있고 2차측은 같은 폐쇄형 Head를 쓰지만 대기압 상태로 관이 비어 있다.

열감지기를 이 Valve에 부착된 Solenoid Valve가 Pilot하여 Valve Disc를 들어 올리므로서 2차측에서 Head까지 물을 공급하여, 준비된 상태에서 Head의 물을 공급하여, 준비된 상태에서 Head의 Fuse가 녹아 터져 소화활동을 하도록 하는데 필요한 Valve이다.

이 Valve는 Latch 타입도 있지만 국내에서 생산되는 대부분이 Diaphragm 타입으로 되어 있어 전기배선에서나 P.O.R.V(Pressure Operate Relief Valve),Line, Emergency Release Line의 배관만 정확히 해주면 별다른 하자가 없고 Solenoil Valve만 신뢰도가 있는 Maker의 것을 사용하면 정확한 작동이 보장되는 좋은 Valve라 생각되면 현행법상 외기에 노출되는 부분(차고·주차장)에는 이밸브를 쓰도록 하고 있으나 이외의 장소에 보온을 하지 않아도 되는 이점이 있으므로 경비면에서 큰부담이 되지 않는다고 생각된다.

9. Relief Valve와 Safety Valve

흔히 릴리프밸브와 안전밸브를 현장기사들 중에도 혼동하는 수가 많은데 실제로 Relief Valve를 사용하여야 하는 순환배관에 Safety Valve를 버젓이 설치하고 또 준공검사를 하는 Inspector 도 확인을 하지 못하고 넘어가는 경우가 상당히 많다고 생각한다.

Safety Valve는 압력용기, 보일러등에 사용되는 Valve로서 압력탱크등의 안전장치로서 설정된 압력보다 높은압력보다 높은 압력으로 Maker에서 Setting해 공급된다. 이밸브를 설치하여 정격압력이상의 고압이 되면 압력을 빼어주면 밸브로서 압력탱크식 습식소화전설비 또는 Sprinkler 설비의 압력탱크 상단에 부착하는 밸브이다.

예를 들어 스프링클러 설비의 압력을 5kg/□ 의 압력으로 Setting하여 둘 때 압력탱크의 사용압력은 10kg/□ 짜리로 설치한다. 따라서 Safety Valve(안전밸브)는 10kg/□ 짜리로 사용하게 되는데 이는 이미 Maker에서 초고 사용압력 즉 15kg/□ 에서 작동되도록 Setting하여 출고시키는 제품이며 Safety Valve에는 저양정식이라 함은 밸브의 개도가 비교적작은것으로서 내경에 대하여 1/40이상 1/15미만으로 열리는 것을 말하고 고양정식이라함은 1/15미만으로 열리는 것을 말한다.

Relief Valve는 Pump의 토출측에 부착하는 밸브로서 펌프의 제철압력, 즉 토출측의 Gate Valve를 잠그어서 물이 나가는 곳이 없도록 하고 그 Pump가 최대로 올릴수 있는 압력미만에서 작동되도록 압력을 설정하여 설치하는 밸브이다. 예를 들면 어떤 Sprinkler펌프가 위에 서 말한대로 토출측 Gate Valve를 잠그고 Pumping을 하여 보았더니 최대로 14kg/□ 까지 올라갔다.

이 Relief Valve는 13kg/□ ∼13.5kg/□ 에서 작동하도록 현장에서 Setting을 하여야 한다 따라서 Gate Valve를 열고 Pumping을 하였을때나 닫고 하였을때나 이펌프는 13kg/□ ∼13.5kg/□ 이상의 압력이 올라가지 않고 그압력에서 뜨거워진 물은 쏟아버리고 새물을 펌프의 Impeller 쪽으로 공급하게 되므로 수온상승을 방지하게 되어 펌프의 성능을 저하시키지 않는 역할을 하는 Valve로서 구조는 비슷하게 생겼으나 명확하게 용도와 기능이 구분되어 있다.

전술한 내용과 같은 조건의 Pump토츨측에 Safety Valve를 사용하였는데 5kg/□ 짜리를 썼다면 8kg/□ ∼8.5kg/□ 에서 계속터져 물이 터져 물이 쏟아질것이고 10kg/□ 짜리를 썼다면 터질 때 터져 주지 않을것이 자명하다. 이러한 경우를 생각하며 설계에서나 시공에서 밸브에 대한 전문적 지식이 필요하며 선정에도 각별한 유의가 요망된다.

이상에서 열거한 여섯 종류 밸브의 개요만을 설명하였으나 유량계수, 압력손실계산 등 세부적이고 전문적인 분야를 너무도 광범위하므로 다음의 지면을 할애박거나 별도의 자료짐을 발행하여 시공전문가 여러분에게 제공코져 한다.

10.Relief Valve와 Safety Valve

흔히 릴리프밸브와 안전밸브를 현장기사들 중에도 혼동하는 수가 많은데 실제로 Relief Valve를 사용하여야 하는 순환배관에 Safety Valve를 버젓이 설치하고 또 준공검사를 하는 Inspector 도 확인을 하지 못하고 넘어가는 경우가 상당히 많다고 생각한다.

Safety Valve는 압력용기, 보일러등에 사용되는 Valve로서 압력탱크등의 안전장치로서 설정된 압력보다 높은압력보다 높은 압력으로 Maker에서 Setting해 공급된다. 이밸브를 설치하여 정격압력이상의 고압이 되면 압력을 빼어주면 밸브로서 압력탱크식 습식소화전설비 또는 Sprinkler 설비의 압력탱크 상단에 부착하는 밸브이다.

예를 들어 스프링클러 설비의 압력을 5kg/□ 의 압력으로 Setting하여 둘 때 압력탱크의 사용압력은 10kg/□ 짜리로 설치한다. 따라서 Safety Valve(안전밸브)는 10kg/□ 짜리로 사용하게 되는데 이는 이미 Maker에서 초고 사용압력 즉 15kg/□ 에서 작동되도록 Setting하여 출고시키는 제품이며 Safety Valve에는 저양정식이라 함은 밸브의 개도가 비교적작은것으로서 내경에 대하여 1/40이상 1/15미만으로 열리는 것을 말하고 고양정식이라함은 1/15미만으로 열리는 것을 말한다.

Relief Valve는 Pump의 토출측에 부착하는 밸브로서 펌프의 제철압력, 즉 토출측의 Gate Valve를 잠그어서 물이 나가는 곳이 없도록 하고 그 Pump가 최대로 올릴수 있는 압력미만에서 작동되도록 압력을 설정하여 설치하는 밸브이다. 예를 들면 어떤 Sprinkler펌프가 위에 서 말한대로 토출측 Gate Valve를 잠그고 Pumping을 하여 보았더니 최대로 14kg/□ 까지 올라갔다.

이 Relief Valve는 13kg/□ ∼13.5kg/□ 에서 작동하도록 현장에서 Setting을 하여야 한다 따라서 Gate Valve를 열고 Pumping을 하였을때나 닫고 하였을때나 이펌프는 13kg/□ ∼13.5kg/□ 이상의 압력이 올라가지 않고 그압력에서 뜨거워진 물은 쏟아버리고 새물을 펌프의 Impeller 쪽으로 공급하게 되므로 수온상승을 방지하게 되어 펌프의 성능을 저하시키지 않는 역할을 하는 Valve로서 구조는 비슷하게 생겼으나 명확하게 용도와 기능이 구분되어 있다.

전술한 내용과 같은 조건의 Pump토츨측에 Safety Valve를 사용하였는데 5kg/□ 짜리를 썼다면 8kg/□ ∼8.5kg/□ 에서 계속터져 물이 터져 물이 쏟아질것이고 10kg/□ 짜리를 썼다면 터질 때 터져 주지 않을것이 자명하다. 이러한 경우를 생각하며 설계에서나 시공에서 밸브에 대한 전문적 지식이 필요하며 선정에도 각별한 유의가 요망된다.