Pressure Regulator (레귤레이터, 조절 장치, 조정 기기)

  Regulator(레귤레이터)는 조절 장치, 조정기기를 의미합니다. 화학공장 뿐만 아니라 주변에서 다양하게 사용되는 Regulator에 대해 관련 기술 핸드북에 있는 내용 및 제조사 자료 등을 활용하여 정리하였습니다.

  Regulator는 다양한 형태가 있으며, 화학공장에서는 일반적으로 위(오른쪽)와 같은 기호로 표현됩니다.

  Regulator는 보통 Control Valve와 많이 비교가 되는데요.
  ● 가격적인 면에서 작은 사이즈의 경우, Regulator가 유리하나 사이즈가 4~6인치 이상이 되면 Control Valve가 더 저렴해질 수도 있으니 설계시 금액적인 부분도 고려되어야 할 것 입니다.

  ● 그리고 Regulator는 외부에서 공급되는 전기나 Air가 필요가 없으나, Control Valve는 외부에서 Air 또는 전기 등과 같은 동력원이 공급되어야 합니다.

  ● 그리고 Control Valve는 다양한 운전(PID Control(비례-적분-미분 제어) 등)이 가능 합니다만, Regulator는 비례(Proportional) 제어만 가능한 차이가 있습니다. 이로 인해, Regulator를 이용한 압력 조절시 공급 압력 변화 또는 유량 변화에 따른 설정 압력 차이가 발생하게 됩니다. 유량 변화에 따른 설정 압력차이는 보통 Offset, Droop으로 부르며, 공급 압력 변화에 따른 압력차이는 Supply Pressure Effect, Delivery Pressure Effect 등으로 표현됩니다.

Case 1. Droop(또는 Offset)

  사실 Pressure regulator에서 Set point(Set pressure, 설정압)이라 부르는 것은 위 그래프에서 보는 것과 같이 특정 유량에서의 값이며, 유량 변화에 따라 설정압도 변화하게 됩니다.

  위 그림과 같이 구성된 시스템에서 Load Flow가 계속 일정하다면 Regulator를 지난 P2의 압력은 일정하게 유지되겠지만, Load Flow가 낮아지면(Load Valve Close) P2는 증가하고, Load Flow가 커지면(Load Valve Open) P2는 감소하게 됩니다.

 

Case 2. Supply Pressure Effect(또는 Delivery Pressure Effect)

  위는 전형 적인 Regulator의 형태를 도식화한 그림인데요. 현재는 공급 압력(P1), 설정 압력(P2), 스프링 및 Diaphragm의 힘(Fw = 100 lb)이 균형을 이루고 있는 상태 입니다. 즉, P1 + P2 = Fw 이렇게 균형을 이루고 있습니다. (설명의 편의를 위해 단위, 단면적에 대한 개념 무시) 여기서, Fw는 일정하므로 P1이 낮아지게되면, P2가 증가하게 됩니다. 반대로 P1이 커지게되면 P2는 작아지게 되구요.

  그래서 Regulator 선정시 다음과 같은 명세(제조사 명세 예시)가 있을 때는, 공급 압력 감소에 따른 설정 압력 증가의 영향(후단 배관 설계 압력 등)이 반드시 검토가 되어야 하겠습니다.

(예시)

다음은 설정압 변경에 대한 계산 예시 입니다.

  ● 그리고 주요한 차이는 Regulator는 대부분 Fail Open이며, Control Valve는 공정에 따른 Fail Safe design(Fail Open 또는 Fail Close)이 가능합니다.
  안전 측면에서 Regulator의 Diaphragm rupture 등과 같은 Failure 발생시, Valve가 Full Open 될 경우, Unsafe Condition이 대부분이므로, 후단에 Relief valve 추가가 권장되며, 아니면 Regulator를 Series로 설치(이 경우, 두번째 Regulator의 Set point는 첫번째보다 10% 높게 설정)될 수도 있습니다.

  ● Regulator는 일반적으로 가스 서비스에 대해 권장되며, 액체 서비스에 대해서는 좋은 선택이 아닙니다. (소음 문제 및 Tight Shut-off 불가 등의 문제가 있음)