체크밸브(Check Valve)에 대하여

안녕하세요? 오늘은 체크 밸브(Check Valve)에 대해서 말씀드리겠습니다. 체크 밸브는 배관에서 쉽게 볼 수 있으면서 중요한 밸브입니다. 체크 밸브가 역류를 방지하는 기능이 있다는 것은 익히 아실 것입니다. 그래서 체크 밸브의 또 다른 영어 명칭은 Non Return Valves(NRV) 또는 One Way Valves(OWV) 입니다. 

1. 스윙 체크 밸브(Swing Check Valve)

위 그림은 가장 흔하게 쓰이는 스윙 체크 밸브를 나타낸 것입니다. 스윙 체크 밸브는 유체의 흐름이 거의 직선상이고, 유체가 밸브를 지나가면서 난류가 작게 생기기 때문에 압력 손실이 적습니다. 따라서 가장 많이 사용하는 체크 밸브입니다. 

위 그림에서 원판 장치는 그네처럼 위아래로 흔들거릴 수 있게 되어 있습니다. 왼쪽 그림처럼 흐름이 있을 때는 원판 장치가 위로 올라가서 유체가 흐를 수 있게 되고, 흐름이 없거나 유체가 흐름 방향의 반대 방향으로 흐르려고 할 때는 오른쪽 그림처럼 원판 장치가 내려와서 유체의 흐름을 막게 됩니다. 

스윙 체크 밸브의 단점은 밸브 시트가 닫히는 것이 중력과 역류에 의존하기 때문에 동작 속도가 느리게 됩니다. 이것은 워터 해머링(Water Hammering)을 발생시키는 원인이 됩니다. 따라서 스윙 체크 밸브는 유체의 흐름이 자주 바뀌지 않는 곳에 사용하는 것이 바람직합니다.

2. 더블 디스크 스윙 체크 밸브(Double Disc Swing Check Valve)

출처: https://www.pdblowers.com

배관의 지름이 커질수록 스윙 체크 밸브 원판의 크기가 매우 커지고 무거워지게 됩니다. 이는 밸브를 작동하는 데 있어서 매우 부담스러운 것이 됩니다. 그래서 위와 같이 원판을 두 개로 나누어서 원판의 크기와 무게를 줄인 체크 밸브를 더블 디스크 스윙 체크 밸브(Double Disc Swing Check Valve)라고 합니다. 

3. 리프트 체크 밸브(Lift Check Valve)

출처: 중화학공업기술교재

리프트형 체크 밸브는 원판이 위아래로 올라갔다 내려오면서 열고 닫히는 Type입니다. 이것은 수평형과 수직형이 있습니다. 만약 수평형을 수직 구간에 설치하였거나, 수직형을 수평 구간에 설치하게 되면 작동을 하지 않습니다. 

리프트형 체크 밸브의 장점은 조금만 원판이 올라가도 전체 개방이 되는 점입니다. 이것의 단점은 이물질이 원판과 시트 사이에 끼게 되거나, 점도가 높은 유체에서는 작동하지 않을 수 있다는 것입니다. 그래서 리프트 밸브는 고형분이 없는 곳이나 저점도 유체에 주로 사용됩니다. 

4. 볼 체크 밸브(Ball Check Valve)

출처: 중화학공업육성교재

상기 리프트형 체크 밸브의 단점을 보완한 것이 볼형 체크밸브입니다. 볼형 체크 밸브는 고형분이 있는 곳이나 고점도 유체에서 사용됩니다. 이것 역시 수평형(A)과 수직형(B)이 있습니다. 

5. 스모렌스키 체크 밸브

출처: http://www.inst-sim.com

상기 스모렌스키 체크 밸브는 소방배관이나 배수펌프 상부에서 흔하게 볼 수 있는 밸브입니다. 상기 사진을 보시면 스모렌스키 체크 밸브의 원리를 쉽게 아실 수 있습니다. 스모렌스키 체크밸브는 리프트형 체크 밸브에 스프링을 달아놓은 것 같은 모양이며, 역류 발생 시 빠르게 반응합니다. 리프트형은 중력으로 중력과 역류의 힘으로 원판이 떨어지겠지만 스모렌스키 체크 밸브는 중력+역류의 힘+스프링의 힘으로 떨어지기 때문에 훨씬 반응이 빠릅니다. 따라서 워터 해머링을 크게 줄일 수 있습니다. 

또한 스모렌스키 체크 밸브는 중요한 기능이 있습니다. 바로 역류 방지 기능을 해제해 주는 밸브입니다. 왼쪽은 푸르스름한 밸브를 열면 이곳을 통해서 유체가 흐를 수 있기 때문에 역류방지 기능이 사라지게 됩니다. 이것을 소방에서는 Bypass기능이라고 부릅니다. 마치 Bypass배관을 체크밸브에 집어 넣어 놓은 모습입니다. 그렇다면 이런 Bypass기능을 왜 만들었을까요? 바로 배관을 비우기 쉽게 하기 위해서 만든 것입니다.

스모렌스키 체크밸브

예를 들어 집수정 배수 배관은 겨울철이면 동파의 위험이 있기 때문에 배관을 비워 놓아야 합니다. 이 경우 배관에 일반 체크 밸브를 사용하였을 경우 체크 밸브 상부의 물을 비울 방법이 없습니다. Drain 밸브를 별도로 달아 놓지 않았다면 플랜지를 열어서 물을 빼줘야 합니다. 그래서 이런 곳에 스모렌스키 체크 밸브를 달아두면 별도로 Drain 밸브를 달 필요도 없이 상기 사진의 밸브만 열면 체크 밸브 상부의 물을 모두 비울 수 있는 것입니다. 

6. 워터 해머링 현상(Water Hammering)

참고로 워터 해머링 현상에 대해 말씀드리겠습니다. 동의어로 수격작용이라고 합니다. 워터 해머링 현상은 어떤 경우에 발생하냐면, 밸브를 급격하게 개폐했을 경우, 응축수가 있는 배관에 스팀을 보내는 경우 발생하게 됩니다. 즉 관내에 유체가 급격하게 움직이거나, 급격하게 정지하는 경우에 충격파가 발생하여 소음과 진동이 발생하게 됩니다. 그 여파로 배관의 플랜지 이음등의 나사가 풀려서 누수가 되거나, 심한 경우 배관이 파열될 수도 있습니다. 

필자는 응축수 배관에 스팀이 들어갔을 때의 워터 해머링 현상을 경험하였는데, 소리가 무척 커서 배관이 터질 것 같아 그 근처에 가기가 무서울 정도였습니다. 그래서, 밸브를 자주 만지시는 공장 Operator 분들이나 시설관리 분들은 밸브를 조작하실 때 항상 천천히 조작을 하셔야 합니다. 특히 고압 배관일 수록 충격파가 크기 때문에 주의하시기 바랍니다.  

오늘은 체크 밸브에 대해서 알아보았습니다. 위의 체크 밸브 말고도 많은 종류의 체크 밸브가 있지만 이 정도만 알아도 우리 주위의 체크 밸브는 거의 다 나왔다고 볼 수 있습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.