다아라 매거진 _ 2018.09

기술뉴스

[Tech]업스트림 오일·가스 가열 장치 위한 솔레노이드 밸브 기술

효율성 향상 위한 업계 차원 노력, 솔레노이드 차단 밸브 기술로의 전환 촉발

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저온 스테인리스 스틸 연료 차단 밸브는 일반적으로 가열 시스템 버너 프로세스의 가스 트레인 내에서 연료 가스의 온/오프를 제어하는데 사용된다. 이러한 시스템은 석유 및 가스 회사뿐만 아니라 업스트림 오일 및 가스 파이프라인과 탱크의 제어장치를 비롯해 BMS(Burner Management System)나 가스 가열 장비를 생산하는 OEM(Original Equipment Manufacturer)에서 널리 사용되고 있다. 상대적으로 특화된 분야로, 밸브 제조업체에게는 다소 까다로운 애플리케이션이 될 수 있다. 사용 지점의 환경 조건 또한 어려움을 유발할 수 있다. 밸브는 전력 소모에서 서비스 가용성에 이르기까지 다양한 요소의 제약 조건에서도 안정적인 동작을 제공해야 한다. 하지만 구식 제어장치들은 성능 저하를 비롯해 현행 규제에 대한 불이행, 환경문제 유발 등의 문제를 야기할 수 있다.

최근 몇 년 동안 최신 세대의 솔레노이드 밸브 기술이 이러한 차단 밸브 시장의 판도를 변화시키고 있다. 이러한 최신 설계를 통해 견고하고 내구성 있는 성능과 안전, 규제준수 등을 모두 제공하면서도 효율성과 생산성을 높일 수 있는 파이프라인 및 탱크 가열 시스템이 공급되고 있다.

에머슨(EMERSON)에 따르면 안전 차단 밸브는 가열 시스템에서 중요한 역할을 수행한다. 히터의 고장으로 인해 매우 중대한 영향이 빠르게 확산될 수 있다. 최신 솔레노이드 차단 밸브 기술은 이러한 작업을 안전하고, 보다 효율적이며, 환경 친화적으로 만들어준다. 그러나 최신 솔레노이드 기술을 활용한다 하더라도 이러한 특수 애플리케이션을 위한 밸브 설계는 여전히 많은 어려움이 있다.

저온 동작
저온에서 견고한 차단이 이뤄지도록 하기 위해서는 특히 까다로운 설계 과제들을 해결해야 한다. 일부 솔레노이드 밸브조차도 저온 환경에서 안정적인 동작을 제공하는데 어려움을 겪고 있다. 동작 온도범위에 적합한 밸브를 선택해야 한다.

넓은 압력범위
가스 차단 밸브의 규격을 지정할 때는 동작 압력에 특히 주의해야 한다. 일부 솔레노이드 밸브는 개방된 상태를 유지하기 위해 압력 ‘보조장치’를 필요로 한다. 압력 보조장치를 필요로 하는 솔레노이드 기반 차단 밸브는 문제를 유발할 수 있으며, 불필요한 차단을 야기하거나 전혀 작동하지 못할 수도 있다.

압력 요구사항이 각기 다른 여러 유정의 경우, 가능한 가장 넓은 동작압력 범위에서 만족스러운 서비스를 제공할 수 있는 밸브를 선택해야 한다. 넓은 압력 범위를 처리할 수 있는 밸브는 일부 사용자들의 경우 컴포넌트 사이즈를 줄일 수 있는 추가적인 혜택을 얻을 수 있다.

저전력 소모
공압장치를 위해 웰헤드(Wellhead) 가스를 사용하지 않는 밸브는 컴프레서, 필터, 조절기, 윤활장치와 같은 추가 장비가 필요하다. 밸브 설계자들은 제품을 재설계해 원격 애플리케이션의 전력 소모를 줄이기 위해 노력해 왔다. 지금은 거의 모든 모델들이 훨씬 개선됐다.

안정적인 성능
프로세싱 이전에 대부분의 가스는 얼마간의 불순물이나 혼입된 미립자를 포함하고 있다. 이는 안정적인 차단 동작에 문제를 유발할 수 있다. 실제로 솔레노이드 밸브가 오염된 가스를 처리할 수 있는 경우는 거의 없다. 그러나 일부 솔레노이드 밸브 제조업체는 이를 보다 수용할 수 있는 설계를 만들고 있다.

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POC(Proof of Closure)
POC를 사용하면 밸브 씰이 완전히 폐쇄된 지점에 있을 때 전기 접점이 제공돼 전기 신호(접점 클로저)를 컨트롤러 안전 회로와 연동시킬 수 있다. 밸브의 폐쇄된 위치를 확인하는 것은 대형 파이프라인 및 탱크 가열 시스템의 시동 및 정지 시에 고려해야 할 매우 중요한 사항이다.

최대 500만 BTU/hr에 이르는 BMS의 일부 규정에는 직렬(리던던시용)로 사용되는 2개의 차단 밸브나 POC를 갖춘 하나의 차단 밸브가 필요하다. 5~12.5mmBTU/hr의 버너 시스템은 일반적으로 2개의 직렬 차단 밸브가 필요하며, 하나는 POC를 갖추고 있어야 한다.

규제 준수
북미를 비롯한 전 세계 정부는 규정을 강화하고, 버너 관리 장비에 대한 보다 까다로운 제 3자 검증을 요구하고 있다. 전문가들은 앞으로 수 년 내에 더 많은 시장에서 더 많은 규제가 이뤄지고, 직원 및 지역사회 안전은 물론, 법규준수 및 환경에 대한 우려가 확산되면서 이미 시행되고 있는 규정 또한 더욱 강화될 것으로 예상하고 있다.
따라서 반드시 제조업체 및 공급업체들과 협의해 가스 차단 밸브와 같은 중요 구성부품들이 해당 애플리케이션 및 지역에서 요구하는 모든 적합한 인증에 부합하는지 확인해야 한다.

또한 사용자는 밸브가 올바르게 테스트됐는지 확인해 규제 준수 및 안정적인 성능 여부를 확인할 수 있다. 해당 밸브에서 수행된 개발 및 테스트 방식에 대해 예비 공급업체에게 문의하면 된다. 범위가 어떠한지, 모든 생산 유닛을 테스트하는지 혹은 일부만 테스트하는지, 극단적인 조건에서도 유닛을 테스트하는지, 테스트된 조건이 현장의 조건과 일하는지 등이다.

엄격한 규제와 계속되는 안전에 대한 관심 및 효율성 향상을 위한 업계 차원의 광범위한 노력은 모두 가열 시스템 애플리케이션에서 솔레노이드 차단 밸브 기술로의 전환을 촉발시키고 있다. 다행히도 지속적인 개선작업을 통해 혁신적인 성능 이점을 제공하는 탁월한 제품들이 현재 다수 제공되고 있다.

기대하는 밸브가 저온 성능을 비롯해 넓은 압력 범위, 전력소모 절감, POC, 규제 승인 등의 측면에서 해당 현장이나 애플리케이션의 요건을 얼마나 잘 충족시킬 수 있는지 평가해야 한다. 신중한 선택을 통해 해당 가열 시스템을 위한 규제를 준수하고, 안정적인 성능과 비용 절감이 가능한 솔레노이드 안전 차단 밸브를 선택할 수 있다.

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