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냉동 장비에서 나사식 전기동 안전 밸브의 응용, 선택 및 성능에 대한 종합 분석
소개
냉각기, 냉동 저장 장치 및 상업용 냉장 장비와 같은 냉동 시스템에서 안전 밸브는 비정상적인 압력 상승에 대비한 최종 기계적 보호장치 역할을 한다. 시스템 압력이 허용 한계를 초과할 경우 안전 밸브 과도한 압력을 신속하게 방출하여 압축기 손상, 배관 파열 또는 냉매 누출과 같은 치명적인 고장을 방지해야 한다.
다양한 안전 밸브 유형 중 나사식 전기동 안전 밸브는 일반 냉매와의 우수한 호환성, 안정적인 열 전도성, 신뢰할 수 있는 밀봉 성능 및 설치 용이성 덕분에 냉동 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이 밸브는 산업용 냉동 시스템, 상업용 냉동 장비 및 소형 가정용 냉장 장치 전반에 걸쳐 폭넓게 적용됩니다.
ASME BPVC 제8편에 따르면, 안전 밸브의 설정 압력과 시스템 최대 허용 작동 압력(MAWP) 사이의 편차는 ±3% 이내로 유지되어야 하며, 방출 용량은 시스템의 최대 압력 발생 능력의 최소 1.2배를 충족해야 합니다. ISO 4126-1은 또한 냉동 시스템에서 사용하는 안전 밸브의 누설율이 10⁻⁶ mbar·L/s를 초과해서는 안 된다고 명시하고 있습니다. 표준 운전 조건에서 나사식 전기동 안전 밸브는 이러한 요구사항을 신뢰성 있게 충족하거나 초과할 수 있습니다. 
제품 심층 분석: 구조적 및 재료적 장점
구조 구성 및 재료 특성
나사식 전동황 동안전 밸브는 일반적으로 일체형 황동 밸브 본체 설계를 채택하며, 적용 요구 사항에 따라 H59-1 황동 또는 H62 황동이 선택된다.
H59-1 황동은 우수한 가공성과 높은 나사 정밀도를 제공하여 자주 설치 및 유지보수가 필요한 상업용 냉각 시스템에 적합하다. 인장 강도와 경도가 높아 반복적인 압력 변동에도 견딜 수 있다.
H62 황동은 우수한 내식성과 기계적 안정성을 제공한다. 암모니아 및 주류 HFC 냉매와의 화학적 호환성이 뛰어나며, 높은 열전도율을 통해 급격한 온도 변화로 인한 응력 균열 위험을 줄여준다.
부품 이름 |
핵심 기능 |
일반적인 재료 |
성능 지표 |
밸브 본체 및 밸브 시트 |
중간 압력을 견디며 밀봉을 보장함 |
H59-1 및 H62 |
밀봉면 표면 거칠기 Ra ≤ 0.8μm, 압력 저항 등급 ≥ 4.0 MPa |
봄 |
밸브 개방 및 재개폐 압력 제어 |
SUS304 스테인리스강 (저온 상황의 경우 SUS316L) |
스프링 피로 수명 ≥ 10,000회, 탄성 계수 편차 ≤ 5% |
밀봉 요소 |
매체의 미세 누출 방지 |
PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 또는 황동 합금 |
PTFE 내열 범위 -200°C ~ 260°C, 황동 합금 밀봉 누출률 ≤ 10⁻⁷ mbar·L/s |
조정 너트 |
설정 압력 미세 조정 |
황동(니켈 도금 처리 표면) |
조정 정밀도 ± 0.05 MPa, 염수 분무 부식 저항성 ≥ 500시간 |
작동 원리 및 주요 성능 데이터
작동 메커니즘
나사식 전기동 안전 밸브는 스프링 부하 직접 작동 원리에 따라 작동합니다. 정상 상태에서는 스프링 힘이 밸브 디스크를 밸브 시트에 눌러 밀봉 상태를 유지합니다. 시스템 압력이 설정값에 도달하면 유체의 압력이 스프링 힘을 극복하여 디스크를 들어 올리고 과도한 압력을 배출할 수 있게 합니다. 압력이 재밀봉 수준으로 떨어지면 스프링이 디스크를 원래 위치로 되돌려 밀봉을 복원합니다.
성능 검증
API 526에 따라 수행된 압력 방출 용량 시험에서 배출 계수는 0.9에서 0.95 사이로 나타나 철재 안전 밸브보다 현저히 높습니다. 예를 들어, R404A 냉매로 작동하는 DN20 밸브는 약 180kg/h의 방출 용량을 달성할 수 있어 5톤 상업용 냉장 시스템에 충분합니다.
동작 온도 범위가 -40°C에서 120°C일 때 응답 시간은 0.1초에서 0.3초 사이입니다. 내구성 시험 결과, 10,000회 작동 후 밀봉 성능 저하가 3% 미만이며, 적절한 유지보수 하에서 서비스 수명은 일반적으로 8~12년에 이릅니다. 
적용 가능 및 제한된 사용 사례
우수한 적용 분야
나사식 전동청동 안전 밸브는 R134a, R404A 및 R410A와 같은 HFC 냉매는 물론 암모니아 시스템과도 호환됩니다. 부식 속도는 탄소강 밸브에서 관찰되는 수치보다 훨씬 낮게 유지됩니다. 나사 연결 방식은 용접 없이 신속한 설치가 가능하므로 좁은 공간에 이상적입니다.
저온 환경에서 H62 황동은 높은 충격 인성을 유지하여 저온 냉장 환경에서도 신뢰성 있는 작동을 제공합니다.
제한된 적용 분야
황동 안전 밸브는 R22 또는 R123과 같은 염소를 포함하는 냉매에 대해 화학 반응으로 인한 부식 가능성이 있으므로 적합하지 않습니다. MAWP가 3.5MPa를 초과하는 시스템의 경우 대신 합금강 안전 밸브를 선택해야 합니다.
선택 가이드: 데이터 기반 접근 방식
압력 파라미터 결정
설정 압력은 밸브의 정격 압력을 넘지 않도록 하면서 MAWP의 1.05~1.10배로 설정해야 합니다. 재개방 압력은 일반적으로 설정 압력의 90%에서 95% 범위이며, 압력 변동에 민감한 시스템의 경우 높은 값을 권장합니다.
배출 용량 및 크기 선정
배출 용량은 냉매 특성과 시스템 냉각 용량을 고려하여 API 520 방법에 따라 계산되어야 합니다. 공칭 직경 선정은 단순히 배관 크기가 아니라 계산된 유동 면적을 기준으로 해야 합니다.
환경 적응성
나사 유형, 부식 보호 및 저온 환경용 재료 선택은 반드시 검증되어야 합니다. 부식성 또는 저온 환경의 경우 니켈 도금 밸브 본체와 SUS316L 스프링 사용을 권장합니다.
일반적인 선택 오류 및 회피 방법
대표적인 선택 오류로는 파이프 직경만을 기준으로 밸브를 선택하거나, 설정 압력을 MAWP와 동일하게 설정하며, 냉매 호환성을 무시하거나, 저온 조건에서 표준 스프링을 사용하는 것이 있습니다. 이러한 문제들은 적절한 계산, 재료 검증 및 관련 규격 준수를 통해 방지할 수 있습니다.
일반적인 실수 |
위험 결과 |
회피 방법 |
배관 직경만을 고려하고 배압 해소 용량을 무시하는 것 |
배압 해소 용량 부족으로 인해 시스템 과압 시 압력을 해소할 수 없음 |
배압 해소 용량 공식에 따라 엄격히 계산한 후 공칭 직경을 매칭 |
설정 압력이 MAWP와 동일함 |
밸브의 빈번한 개폐로 인해 밀봉 부품이 급속히 마모됨 |
MAWP의 1.05~1.10배에 따라 설정하고 여유 공간을 확보 |
다양한 냉매용 혼합 안전 밸브 |
밸브 본체의 부식 또는 밀봉 실패 |
밸브 명판에 표시된 냉매 적합성 마크 확인 (예: "R134a/R404A용 적합") |
저온 환경에서 일반 스프링 선택 |
스프링의 저온 취성 파열, 밸브 고장 |
-20°C 이하일 경우 SUS316L 스프링을 선택하고 저온 시험 성적서를 제공 |
설치 주의 사항
설치 위치 및 배관
안전 밸브는 냉동 시스템의 최고 압력 지점에 수직으로 설치해야 한다. 입구 배관은 유량을 제한해서는 안 되며, 배출 배관의 저항은 허용 역압 한도 내에 유지되어야 한다.
가동 및 정비
설치 후에는 불활성 가스 검사를 사용하여 기밀성과 설정 압력의 교정을 확인해야 합니다. 장기적인 신뢰성을 유지하기 위해 1년에서 2년마다 정기 점검 및 재교정이 필수적입니다.
적용 사례 및 실용 예시
산업용 암모니아 냉동 시스템
암모니아 냉장 저장 시설에서는 주철 제품 대비 적절히 선정된 황동 안전 밸브가 안정적인 작동 성능과 낮은 유지보수 비용을 보여줍니다.
상업용 냉장 장비
슈퍼마켓 냉동 시스템은 빈번한 가동 및 정지 조건에서도 일관된 밀봉 성능 덕분에 온도 안정성이 향상되고 운영 관련 문제 발생이 줄어듭니다.
가정용 냉장 장치
소형 황동 안전 밸브는 가정용 냉장 설비의 공간 제약과 소음 규제를 충족하면서도 신뢰할 수 있는 압력 보호 기능을 제공합니다.
결론
나사식 전체 황동 안전 밸브는 신뢰성 있는 압력 방출, 빠른 반응 속도 및 우수한 재질 호환성을 통해 냉각 시스템을 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 계산과 환경 조건에 기반한 적절한 선택과 설치는 장기적인 안전성, 유지보수 비용 감소 및 시스템 성능의 안정성을 보장합니다.
