제어밸브에서 발생하는 소음은 유체가 기체인지 액체인지에 따라 발생원인이 달라진다.

고압의 기체를 배관으로 이동시키기 위해서는 제어밸브 전후에서 압력강하가 발생한다.

이 과정에서 발생하는 소음은 고주파 진동을 발생시키고, 배관의 피로파괴에 영향을 줄 수 있다.

      High Pressure Gas
              │
              ▼
        [ Control Valve ]
              │
              ▼
        급격한 압력강하
              │
              ▼
          고속 유동
              │
              ▼
         고주파 소음
              │
              ▼
          배관 진동
              │
              ▼
          피로 파괴
    

필기에서는 고압 기체의 압력강하에서 발생한 고주파 소음이 배관을 진동시키고, 장기간 지속될 경우 배관의 피로파괴로 연결될 수 있는 현상을 다룬다.

액체가 제어밸브를 통과하면서 급격한 압력강하가 발생하면 Cavitation 또는 Flashing이 발생할 수 있다.

밸브 내부에서 압력이 액체의 증기압보다 낮아지면 기포가 발생한다.

이후 압력이 다시 증기압 이상으로 회복되면 기포가 붕괴하면서 충격과 소음이 발생한다.

      Pressure
         ↑
      P1 │───────\
         │        \
      Pv │---------\---- Vapor Pressure
         │          \__
         │             \____
      P2 │                  ─────────
         └────────────────────────────→ Distance

                  ↓
             Bubble 생성

                         ↓
                    압력 회복

                         ↓
                   Bubble 붕괴
    

밸브 내부에서 압력이 증기압보다 낮아져 기포가 발생한 후, 밸브 후단에서도 압력이 충분히 회복되지 않으면 기포가 계속 유지된다.

      Pressure
         ↑
      P1 │───────\
         │        \
      Pv │---------\---------------- Vapor Pressure
         │          \
         │           \____________
      P2 │                        ───  < Pv
         └────────────────────────────→ Distance

              Bubble 발생
                   │
                   └────────► 계속 유지
    

첫 번째 대책은 배관 두께를 증가시키는 것이다.

필기에서는 Cavitation이나 AIV에 대한 경험적 계산과 최근의 수치해석 결과 등을 이용하여 필요한 배관 두께를 설계에 반영할 수 있다고 기록한다.

한 번에 큰 압력강하가 발생하지 않도록 압력을 여러 단계로 나누어 감소시킨다.

      P1
       │
       ▼
      [Stage 1]
       │
       ▼
      [Stage 2]
       │
       ▼
      [Stage 3]
       │
       ▼
      P2
    

압력강하를 여러 단계로 분산하여 급격한 유속 증가와 Cavitation 발생 가능성을 줄이는 방식이다.

필기에서는 유체 속도를 낮추는 것을 소음 저감 방법으로 제시한다.

속도와 압력의 관계를 고려하여 밸브 및 배관 내부의 유속이 과도하게 증가하지 않도록 설계한다.

배관 내부에 다공판을 설치하여 밸브 전후의 급격한 속도 변화를 줄인다.

                         다공판
                          │
                          ▼
      ────────[ Valve ]────║────────────║──────────
             V3           V2           V1

                      다수의 작은 Hole
                        · · · · ·
                        · · · · ·
    

하나의 큰 통로로 유체가 이동하는 대신 여러 개의 작은 Hole로 유체를 분산시킨다.

필기에서는 다공판 설치 후 밸브 전후의 속도차를 줄이는 효과가 있다고 기록한다.

      Valve
        │
        ▼
      High Velocity
        │
        ▼
      [ Perforated Plate ]
        │
        ├──► 작은 유로
        ├──► 작은 유로
        ├──► 작은 유로
        └──► 작은 유로
               │
               ▼
          Energy 분산
               │
               ▼
      Pressure / Velocity 변화 완화
    

유체의 속도를 줄이거나 배관의 두께를 증가시키는 방법을 배관 전체에 일률적으로 적용하면 투자비가 많이 발생할 수 있다.

따라서 배관 내부 형상을 변경하거나, 고주파 진동을 차단하는 방식 등 소음이 발생하는 부분을 중심으로 개선하는 방법도 고려할 수 있다고 기록한다.

마지막 필기에서는 수치해석 결과 등을 적극적으로 적용하여 배관 파손 가능성을 사전에 검토하는 방향을 제시한다.

이러한 방법을 예방보전 원칙과 연결하면 투자비와 비가동시간을 줄이는 효과를 기대할 수 있다고 기록한다.

      Numerical Analysis
              │
              ▼
       취약 위치 예측
              │
              ▼
       선택적 보강 / 개선
              │
              ▼
        예방보전 적용
              │
        ┌─────┴─────┐
        ▼           ▼
      투자비 ↓    비가동시간 ↓