KR101390884B1 - 체크밸브 역류시험장치 및 방법 - Google Patents

체크밸브 역류시험장치 및 방법 Download PDF

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김종석
이선기
박준현
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한국수력원자력 주식회사
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Abstract

본 발명은 시험용 체크밸브 하류 측 압력을 신속하게 방출하여 정확한 체크밸브 전후단 차압조건을 제공하여, 정밀한 역류시험이 이루어지도록 한 체크밸브 역류시험장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치는 시험용 체크밸브의 하류측에 체크밸브 하류측 배관이 연결되고, 상기 체크밸브 하류측 배관에 제1파열판이 연결되며, 상기 제1파열판에 2차압력드럼이 연결되며, 상기 2차압력드럼에 배기밸브, 제2파열판, 방출밸브, 고압질소가스공급관, 급수밸브가 연결됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험 방법은 청구항 제1항 기재의 체크밸브 역류시험장치를 이용한 체크밸브 역류시험방법으로서, 시험용 체크밸브, 제1, 2파열판, 2차압력드럼을 설치하는 단계(S 100); 체크밸브 상, 하류측 배관과 2차압력드럼에 급수 차단밸브를 개방하여 물을 충수하는 단계(S 200); 체크밸브 상, 하류측 배관에 고압질소가스공급밸브를 조절하여 질소를 가압하는 단계(S 300); 2차압력드럼에 연결된 방출밸브를 개방하는 단계(S 400); 제1, 2파열판이 파열됨과 동시에 외부로 유체가 방출되는 단계(S 500); 시험용 체크밸브의 전후단 압력, 밸브 개도, 닫김 시간 측정단계(S 600); 시험용 체크밸브의 누설량 측정단계(S 700)으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

체크밸브 역류시험장치 및 방법{Check valve backflow testing apparatus and method}
본 발명은 체크밸브 역류시험장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 체크밸브가 사용압력에서 급격히 닫힐 때 체크밸브의 닫힘 시간과 배관 내의 압력 변화를 정확히 측정하기 위한 체크밸브 역류시험장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 체크밸브는 배관계통에서 유체가 반대방향으로 흐르는 것을 방지할 목적으로 사용된다.
따라서 체크밸브에서 가장 기본적인 기능은 역류에 대한 누설 차단이다.
체크밸브 역류 누설 차단시험에서는 체크밸브에 역방향으로 압력을 가하여 디스크가 시트 밀착부위에서 유체가 누설되는 정도를 측정한다.
체크밸브가 고압 배관계통에서 사용되는 경우에는 체크밸브 디스크가 빠르게 닫힐 때 발생하는 충격과 압력변화로 인해 수격현상(water hammering)이 발생되기도 한다.
이러한 수격현상에는 소음과 충격이 동반되게 마련이며, 충격이 심한 경우에는 밸브, 배관 등이 손상되기도 한다.
따라서, 원자력발전소에 사용되는 안전등급 체크밸브는 운전조건에서 역류시험을 하여 체크밸브의 닫힘 시간, 닫힐 때 압력변화 등과 같은 변수를 측정하여 이상 유무를 확인할 것을 요구하고 있다.
이러한 시험에 대한 기준으로는 대한민국 전력산업기술기준(KEPIC) 능동밸브 조립품의 성능검증(MFC) 등이 있다.
체크밸브 역류시험에서는 체크밸브 상류 측에 압력을 가하는 장치가 필요하며, 하류 측에는 상류 측에서 가한 압력을 신속하게 방출시키는 장치(밸브, 파열판 등)가 필요하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 체크밸브 디스크를 약간 들어올린 상태에서 상류 측에 압력을 가한 후에 하류 측에서 재빠르게 압력을 방출하면 유체가 역방향으로 흐르며, 체크밸브 디스크가 낙하한다.
이때 체크밸브가 닫히는 시간과 배관 내의 압력변화를 측정한다.
체크밸브가 재빨리 닫히게 하기 위해서는 체크밸브 하류 측 배관 및 압력방출장치의 직경이 충분히 커서 하류측의 압력 방출이 신속히 이루어져야 한다.
그러나 체크밸브의 직경이 커지고 시험압력이 높아질수록 하류 측에서 신속히 압력을 방출하는 것이 어렵게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 체크밸브 하류 측 압력방출장치로 방출밸브(108)를 사용하는 경우에, 체크밸브 크기가 커지거나 체크밸브 시험압력이 증가하면 방출밸브 개방에 필요한 시간이 증가되고, 방출밸브 작동에 필요한 힘이 증가되어 신속한 밸브 개방이 어렵게 된다.
밸브 직경을 작게 하는 경우에는 방출유량이 적어져서 체크밸브 닫힘 시간이 증가되어 정확한 실증시험이 어렵게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 체크밸브 하류 측 압력방출장치로 파열판(rupter disc, 105)을 사용하는 경우에는 파열판의 크기와 압력이 증가할수록 파열판의 파열압력 오차가 증가되어 정확한 체크밸브 역류시험 압력을 달성하기가 어려운 문제점이 있다.
또한, 체크밸브 역류시험에 필요한 압력별로 파열판을 구비해야 하는 번거로움도 있다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 시험용 체크밸브 하류 측 압력을 신속하게 방출하여 정확한 체크밸브 전후단 차압조건을 제공하여, 정밀한 역류시험이 이루어지도록 한 체크밸브 역류시험장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치는 시험용 체크밸브의 하류측에 체크밸브 하류측 배관이 연결되고, 상기 체크밸브 하류측 배관에 제1파열판이 연결되며, 상기 제1파열판에 2차압력드럼이 연결되며, 상기 2차압력드럼에 배기밸브, 제2파열판, 방출밸브, 고압질소가스공급관, 급수밸브가 연결됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험 방법은 청구항 제1항 기재의 체크밸브 역류시험장치를 이용한 체크밸브 역류시험방법으로서, 시험용 체크밸브, 제1, 2파열판, 2차압력드럼을 설치하는 단계(S 100); 체크밸브 상, 하류측 배관과 2차압력드럼에 급수 차단밸브를 개방하여 물을 충수하는 단계(S 200); 체크밸브 상, 하류측 배관에 고압질소가스공급밸브를 조절하여 질소를 가압하는 단계(S 300); 2차압력드럼에 연결된 방출밸브를 개방하는 단계(S 400); 제1, 2파열판이 파열됨과 동시에 외부로 유체가 방출되는 단계(S 500); 시험용 체크밸브의 전후단 압력, 밸브 개도, 닫김 시간 측정단계(S 600); 시험용 체크밸브의 누설량 측정단계(S 700)로 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 2차압력드럼의 방출밸브를 개방하면 이와 동시에 파열판이 파열되어 역류되는 유체가 원활히 배출되도록 설계되어, 체크밸브 역류시험을 수행할 때, 시험조건(압력, 유량)을 정확히 구현함으로써 정밀한 체크밸브 역류시험이 이루어지는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 체크밸브 시험압력보다 낮은 파열압력의 파열판을 사용함으로써 파열판 구입비(파열압력이 증가될 수록 파열판 단가가 높아짐)를 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 시험용 체크밸브를 도시한 예시도,
도 2는 종래의 압력방출장치로 방출밸브가 사용되는 체크밸브 역류시험장치를 도시한 계통도,
도 3은 종래의 압력방출장치로 파열판 1개 사용되는 체크밸브 역류시험장치를 도시한 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치를 도시한 계통도,
도 5는 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치의 역류시험에서 취득한 체크밸브 디스크 닫힘 시간과 이동거리를 도시한 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치의 역류시험에서 취득한 체크밸브 디스크 닫힘 시간과 압력변동을 도시한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치를 이용한 시험과정을 도시한 공정도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 파열판이 장착된 체크밸브 역류시험장치를 도시한 계통도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치(A)는 시험용 체크밸브(103)의 하류측에 체크밸브 하류측 배관(104)이 연결되고, 상기 체크밸브 하류측 배관(104)에 제1파열판(105)이 연결되며, 상기 제1파열판(105)에 2차압력드럼(106)이 연결되며, 상기 2차압력드럼(106)에 배기밸브(106-1), 제2파열판(107), 방출밸브(108), 고압질소가스공급관(203), 급수밸브(302)가 연결된다.
또한, 상기 고압질소가스공급관(203)에 압력계(203-1)가 연결되고, 상기 압력계(203-1)에 차단밸브(202)가 연결되며, 상기 차단밸브(202)에 압력제어밸브(201)가 연결된다.
즉, 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치(A)는 도 1에 도시된 바와 같이, 시험용 체크밸브 하류측 배관(104)에 2개의 제1, 2파열판(105, 107)이 연결된 2차압력드럼(106)이 설치되며, 상기 2차압력드럼(106)에는 방출밸브(108), 급수밸브(302), 배기밸브(106-1), 고압질소가스공급관(203)이 연결된다.
여기서, 상기 제1, 2파열판(105, 107)은 순간적으로 파열되어, 시험용 체크밸브(103)에서 빠르게 역류가 발생되도록 하기 위함이다.
또한, 상기 방출밸브(108)는 2차압력드럼(106)의 압력을 방출하여 제1, 2파열판(105, 107)이 파열되도록 하기 위함이다.
그리고 상기 급수밸브(302), 배기밸브(106-1)는 2차압력드럼(106)에 시험용 물을 충수하고, 공기를 배기하기 위함이며, 고압질소가스공급관(203)은 2차압력드럼(106)에 압력을 가하기 위함이다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치(A)는 2차압력드럼(106)의 방출밸브(108)를 개방하면, 이와 동시에 제1, 2파열판(105, 107)이 파열되어 역류되는 유체가 원활히 배출되는 작용효과가 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치를 이용한 시험과정을 도시한 공정도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험방법은 시험용 체크밸브(103)의 하류측에 체크밸브 하류측 배관(104)이 연결되고, 상기 체크밸브 하류측 배관(104)에 제1파열판(105)이 연결되며, 상기 제1파열판(105)에 2차압력드럼(106)이 연결되며, 상기 2차압력드럼(106)에 배기밸브(106-1), 제2파열판(107), 방출밸브(108), 고압질소가스공급관(203), 급수밸브(302)가 연결된 체크밸브 역류시험장치(A)를 이용한 체크밸브 역류시험방법으로서, 시험용 체크밸브(103), 제1, 2파열판(105, 107), 2차압력드럼(106)을 설치하는 단계(S 100); 체크밸브 상, 하류측 배관(102, 104)과 2차압력드럼(106)에 급수 차단밸브(301, 302)를 개방하여 물을 충수하는 단계(S 200); 체크밸브 상, 하류측 배관(102, 104)에 고압질소가스공급밸브(200)를 조절하여 질소를 가압하는 단계(S 300); 2차압력드럼(106)에 연결된 방출밸브(108)를 개방하는 단계(S 400); 제1, 2파열판(105, 107)이 파열됨과 동시에 외부로 유체가 방출되는 단계(S 500); 시험용 체크밸브(103)의 전후단 압력, 밸브 개도, 닫김 시간 측정단계(S 600); 시험용 체크밸브(103)의 누설량 측정단계(S 700)로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험방법을 수행하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 시험용 체크밸브(103)의 디스크(103-1)를 연선(103-3)으로 연결하여 체크밸브 덮개(103-2)에 매달아 놓는다. 시험용 체크밸브(103)의 역류시험시 역방향으로 유체가 흐름과 동시에 디스크(103-1)가 낙하되어, 닫히도록 연선(103-3)은 충분히 약한 재질을 사용해야 한다.
시험용 체크밸브(103)와 제1, 2파열판(105, 107)을 체크밸브 역류시험장치(A)에 설치한다.
시험용 체크밸브(103)의 역류시험시 시험용 체크밸브(103)를 역류하는 유체가 원활하게 방출되도록 체크밸브 하류측 배관(104), 제1, 2파열판(105, 107) 및 방출밸브(108)는 충분히 큰 직경의 자재를 사용해야 한다.
여기서, 상기 제1, 2파열판(105, 107)의 파열압력은 시험용 체크밸브(103)의 시험압력보다 낮은 것을 사용한다.
차단밸브(301)와 급수밸브(302)를 개방하여 시험용 체크밸브(103)의 상류, 하류측 배관(102, 104)과 2차압력드럼(106)에 물을 충수한다.
이때, 배기밸브(104-2, 106-1)를 개방하여 시험용 체크밸브(103)의 상류, 하류측 배관(102, 104) 내의 공기를 완전히 배출시킨다.
또한, 상기 체크밸브 상류측 배관(102)에는 서서히 물을 채워 체크밸브 디스크(103-1)가 낙하되지 않도록 주의한다.
고압질소가스공급밸브(200)를 조절하여 체크밸브 상, 하류측 배관(102, 104)을 가압한다.
이때 제1, 2파열판(105, 107)의 전후단 압력차가 파열압력에 도달되지 않도록 주의한다.
예를 들어, 시험용 체크밸브(103) 역류시험 압력이 100㎏/㎠이면 파열압력이 60㎏/㎠인 파열판을 선택한다.
체크밸브 상, 하류측 배관(102, 104)에 가압이 완료되면 고압질소가스공급밸브(202)를 차단한다.
2차압력드럼(106)에 연결된 방출밸브(108)를 신속히 개방하면 2차압력드럼(106)의 압력이 급격히 떨어지며 제1파열판(105)의 전후 차압이 파열압력을 초과하여 제1파열판(105)이 파열된다.
상기 제1파열판(105)이 파열되면 시험용 체크밸브(103)에 역류가 발생하며 디스크(103-1)가 낙하하며, 닫히게 된다.
이때 상기 시험용 체크밸브(103)를 역류하는 유체의 관성력에 의해 제2파열판(107)이 파열되며 외부로 유체가 방출된다.
이러한 제2파열판(107) 파열, 시험용 체크밸브(103) 닫힘 동작은 방출밸브(108)를 개방함과 동시에 아주 빠른 시간 내에 이루어진다.
위에서 기술한 역류시험 순서대로 시험을 진행할 때 시험장치 구성 요소별 압력, 차압은 표 1과 같다.
시험압력이 100㎏/㎠인 체크밸브 역류시험시 시험방법


명칭
체크밸브
상류측
배관
(102)
시험용
체크밸브
(103)
체크밸브
하류측
배관
(104)
제1파열판
(105)
압력조절관
(106)
제2파열판
(107)
대기

파열판
파열압력
(㎏/㎠)

60

60

가압상태의 압력
(㎏/㎠)

100

100

100

50(차압)



50(차압)

0

역류시험시 동작순서
2
(닫힘)
1
(파열)
3
(파열)

체크밸브 닫힘 후 압력
(㎏/㎠)

100

100

0

0

0
체크밸브 전후단 압력, 밸브개도, 닫김 시간을 측정한다.
체크밸브 누설량을 측정한다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치의 역류시험에서 취득한 체크밸브 디스크 닫힘 시간과 이동거리를 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험장치의 역류시험에서 취득한 체크밸브 디스크 닫힘 시간과 압력변동을 도시한 그래프이다.
상기한 바와 같은 단계로 이루어진 본 발명에 따른 체크밸브 역류시험방법은 체크밸브 역류시험을 수행할 때, 시험조건(압력, 유량)을 정확히 구현함으로써, 정밀한 체크밸브 역류시험이 이루어진다.
구체적으로 방출밸브(108)를 사용할 때 발생되는 문제점(밸브 개방에 많은 힘이 들어 밸브 개방 시간이 길어짐)을 해결할 수 있으며, 방출밸브(108)로 파열판 1개를 사용할 때 발생되는 문제점(파열판의 파열압력 오차로 인한 정확한 역류시험 압력을 달성하기 어려움)을 해소할 수 있다.
부수적으로 체크밸브 시험압력보다 낮은 파열압력의 파열판을 사용함으로써, 파열판 구입비(파열압력이 증가될 수록 파열판 단가가 높아짐)를 절감할 수 있으며, 체크밸브 역류시험에 필요한 압력별로 파열판을 구비해야 하는 문제를 상당부분 해소할 수 있는 작용효과가 있다.
100: 압력탱크 100-1: 압력계
101: 차단밸브 102: 체크밸브 상류측 배관
102-1: 압력계 103: 시험용 체크밸브
103-1: 체크밸브 디스크 103-2: 체크밸브 덮개
103-3: 디스크 매달림 줄 104: 체크밸브 하류측 배관
104-1: 압력계 104-2: 배기밸브
105: 제1파열판 106: 2차압력드럼
106-1: 배기밸브 107: 제2파열판
108: 방출밸브 200: 고압질소가스공급밸브
201: 압력제어밸브 202: 차단밸브
203: 고압질소가스공급관 203-1: 압력계
205: 압력제어밸브 300: 급수관
301: 차단밸브 302: 차단밸브
A: 체크밸브 역류시험장치

Claims (3)

  1. 시험용 체크밸브(103)의 하류측에 체크밸브 하류측 배관(104)이 연결되고, 상기 체크밸브 하류측 배관(104)에 제1파열판(105)이 연결되며, 상기 제1파열판(105)에 2차압력드럼(106)이 연결되며, 상기 2차압력드럼(106)에 배기밸브(106-1), 제2파열판(107), 방출밸브(108), 고압질소가스공급관(203), 급수밸브(302)가 연결됨을 특징으로 하는 체크밸브 역류시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압질소가스공급관(203)에 압력계(203-1)가 연결되고, 상기 압력계(203-1)에 차단밸브(202)가 연결되며, 상기 차단밸브(202)에 압력제어밸브(201)가 연결됨을 특징으로 하는 체크밸브 역류시험장치.
  3. 청구항 제1항 기재의 체크밸브 역류시험장치를 이용한 체크밸브 역류시험방법으로서,
    시험용 체크밸브(103), 제1, 2파열판(105, 107), 2차압력드럼(106)을 설치하는 단계(S 100);
    체크밸브 상, 하류측 배관(102, 104)과 2차압력드럼(106)에 급수 차단밸브(301, 302)를 개방하여 물을 충수하는 단계(S 200);
    체크밸브 상, 하류측 배관(102, 104)에 고압질소가스공급밸브(200)를 조절하여 질소를 가압하는 단계(S 300);
    2차압력드럼(106)에 연결된 방출밸브(108)를 개방하는 단계(S 400);
    제1, 2파열판(105, 107)이 파열됨과 동시에 외부로 유체가 방출되는 단계(S 500);
    시험용 체크밸브(103)의 전후단 압력, 밸브 개도, 닫김 시간 측정단계(S 600);
    시험용 체크밸브(103)의 누설량 측정단계(S 700)으로 이루어짐을 특징으로 하는 체크밸브 역류시험방법.
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