새로운 제어 밸브 테스트 프로세스

11-06-2018 | 교정

자동화된 밸브 테스트로 장비를 현장에서 분리하지 않고 빠르게 문제를 찾을 수 있습니다.

스마트 제어 밸브는 프로세스 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다. 하지만 밸브 성능을 정확하게 평가하는 작업은 밸브를 라인에서 분리하는 한편 장시간 가동 중지를 해야 하는 경우가 많아 번거로운 반복 작업일 수 있습니다.

Fluke 710mA 루프 밸브 테스터를 이용한 프로세스 제조 시설의 HART 제어 밸브에 대한 문제 해결

밸브는 비례적으로 열리고 닫히며 입력에 적용된 4~20mA의 가변적인 신호에 따라 이동 거리가 달라집니다. 열림/닫힘의 백분율로 실제 위치를 표시하는 피드백 신호가 있는 밸브가 많이 있습니다. 이 출력은 제어 밸브 작동 범위의 0~100%를 나타내는 디지털 HART 변수 또는 4~20mA 신호일 수 있습니다.

밸브 성능의 또 다른 주요 지표는 원하는 위치로 이동시키는 데 밸브에 가해야 하는 압력입니다. 예를 들어 12mA를 적용하면 50%가 열려야 한다는 것을 알도록 밸브에 프로그래밍을 할 수도 있습니다. 스마트 전자 장치에서 근본적으로 스마트 압력 조절기를 제어하여 제어 요소를 원하는 위치로 이동시키기 위해 필요에 따라 압력을 증가시키거나 감소시킬 것입니다.

이동 신호의 출력 밀리암페어 또는 백분율을 모니터링하면서 다양한 mA 신호를 적용하면 제어 밸브가 자신의 범위 내내 올바르게 작동하고 있는지를 알 수 있을 것입니다. 이와 비슷하게 밸브에 대한 입력 신호를 4~20mA로 변화시키면서 최종 제어 요소에 적용된 압력을 모니터링하고 기록하는 것은 밸브의 고착 여부를 확인하기 위한 주요 테스트입니다. 밸브가 올바르게 작동하고 있으면 밸브의 위치 또는 mA와 압력 사이의 관계는 선형입니다. 추가 압력이 필요한 경우는 밸브 고착이 원인인 경우가 많으며 측정값을 기록하고 그래프로 표시하면 나타날 것입니다. 이러한 신호를 기록하면 밸브 성능을 문서화할 수 있습니다. 이 문서화된 테스트 및 결과를 종종 밸브의 "시그니처"라고 합니다.

일반적으로 밸브에는 작동 중일 때 어떤 설정에 대한 이동 백분율을 대략적으로 알려주는 간단한 수동 표시기가 포함됩니다. 하지만 이 표시기는 동적으로 변하는 조건에서 밸브가 어떻게 작동할지는 나타내지 않으며 정확도는 보장되지 않습니다.

다음은 밀리암페어 신호를 적용할 때 밸브의 일반적인 예상 동작입니다.

  • 3.8mA - 밸브가 극한의 잠김 상태여야 합니다.
  • 4.0mA - 밸브가 닫힌 상태를 유지해야 합니다.
  • 4.2mA - 밸브가 시트에서 약간 떨어진 상태여야 합니다.
  • 12mA - 밸브가 50% 상태여야 합니다.
  • 19.8mA - 밸브가 거의 완전히 열림 상태여야 합니다.
  • 20.0mA - 밸브가 완전히 열림 상태여야 합니다.
  • 20.2mA - 밸브가 극한의 열림 상태여야 합니다(정지됨).

밸브의 표시기로 대략적인 측정이 가능합니다.

Fluke Process Tools의 제품 관리자인 Jim Shields는 "밸브 측면의 표시기에 50%라고 나타날 수도 있지만 51% 또는 49%가 아니라고 확실하게 말할 수 있습니까? 알 수 없습니다."라고 말합니다. "그리고 많은 프로세스에서 이 때문에 차이가 생길 수 있습니다."

가장 정교한 밸브 성능 테스트를 수행하기 위해서는 밸브를 현장에서 분리하여 "밸브 시험기"에서 성능을 테스트해야 합니다. 이러한 정교한 테스트 장비는 비용이 비싸기 때문에 많은 공장에서 이를 감당하지 못합니다. 특수 HART 테스트 기기를 사용하여 다른 테스트를 할 수 있지만, 설치와 사용이 어려울 수 있습니다.

실제로 한 프로세스 기기 강사에 따르면 기술자 한 명이 조수 한 명과 함께 하루 종일 작업해서 약 8개의 밸브를 정확히 테스트할 수 있다고 합니다. 대략 한 시간에 하나를 테스트하는 것입니다. 이 과정에는 조수를 시켜 밸브를 빼서 작업대에 있는 기술자에게 가져온 다음에 조수가 모든 기계적인 작업을 하는 동안에 테스트를 실행하는 것이 포함됩니다. 이는 밸브 1개를 테스트하는 데 약 2인시(man-hour)가 필요한 것입니다.

프로세스 제조 시설에서 HART 제어 밸브에 대한 시그니처 테스트를 수행하는 Fluke 710mA 루프 밸브 테스터

테스트 프로세스 자동화

최근에 Fluke에서는 빠르게 밸브를 검사하여 올바르게 작동하고 있는지를 확인하기 위한 루프 교정 도구를 도입하였습니다. 이 도구를 사용하면 시간이 절약되고 양호한 제어 밸브를 프로세스에서 불필요하게 빼내는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. Fluke 710 mA 루프 밸브 테스터는 사용자가 프로세스 루프 교정 도구에서 기대하는 일련의 기능을 모두 제공하면서 모든 기술자들이 전문가 수준의작업 흐름에 더 쉽게 접근할 수 있게 설계된 최신 제품입니다.

710에는 비례식 스마트 밸브의 성능을 쉽게 평가할 수 있는 시그니처 테스트를 포함하여 몇 가지 완전 자동화된 테스트가 포함되어 있습니다. 이 테스트는 5분만에 달성할 수 있는 경우가 많습니다. 시그니처 테스트로 밸브에 대한 상태 점검을 쉽게 이해할 수 있습니다(양호, 경계 또는 불량).

Shields는 "따라서 숙련도가 부족한 기기 담당자를 보내서 밸브를 테스트하고 필요한 경우 전문가를 불러야 하는지를 쉽게 결정할 수 있습니다."라고 말합니다. "밸브를 빼낼 필요가 없습니다. 밸브를 빼내는 것은 모터를 빼내는 것처럼 많은 작업이 필요합니다."

컨트롤 와이어를 제거하고 710 테스트 리드를 연결한 후에 시그니처 테스트에서는 밸브가 올바르게 움직이는지 결정하기 위해 자동으로 밀리암페어 신호를 4에서 20에서 4로 변경하고 밸브에서 나온 피드백을 기록합니다. 또한 대역에서 상승했다가 하강하는 매끄러운 선형 압력 변화를 찾기 위해 밸브 제어 요소에 4에서 20에서 4밀리암페어가 적용된 압력을 기록합니다.

밸브의 상태가 양호, 경계 또는 불량인지 검사합니다.

Shields는 "밸브를 움직이는 데 사용되고 있는 압력을 프로파일링하면 위치 자체가 원래 있어야 할 곳에 상당히 가까이 있는 경우에도 어떤 지점을 통과시키는 데 필요한 압력의 물리적 스파이크를 알 수 있습니다."라고 말합니다.

테스트가 완료되면 밸브 성능에 대한 평가를 볼 수 있습니다(양호, 경계 또는 불량). 또한 710에서는 데이터를 기록하기 때문에 이 데이터를 추가 분석을 수행할 수 있는 애플리케이션 소프트웨어로 업로드할 수 있습니다.

Shields는 "기술자가 도구에 익숙해지고 테스트를 실행할 수 있게 되면 필요한 경우 전문가를 불러야 할지 여부를 쉽게 결정할 수 있게 됩니다."라고 말합니다.

ValveTrack 소프트웨어를 보여주는 컴퓨터 데스크톱 화면 옆의 Fluke 710mA 루프 밸브 테스터

모범 사례: 기준 및 추세

밸브를 우수한 상태로 유지하기 위한 모범 사례는 이미 알려진 양호한 상태의 밸브 성능 측정값을 기준으로 하는 것입니다. 대부분의 밸브에서 4~20mA의 입력 신호를 사용하기 때문에 mA 출력 신호가 있는 테스트 도구는 자신의 작동 범위에서 제어 밸브를 구동시킬 수 있는 입력 mA 신호를 제공할 수 있습니다. 이 테스트에 710이 이상적입니다.

이 자료는 밸브를 시운전할 때 또는 점검 이후에 사용하는 것이 이상적입니다. 기술자는 이상적인 상태의 밸브의 "시그니처"를 기록하고 범위 신호 대 적용된 입력 신호의 백분율 또는 출력 mA를 그래프로 작성합니다. 이 정보는 시간, 밸브의 태그 번호, 그리고 테스트 수행 날짜와 함께 저장됩니다. 그 다음에는 교정 관리 소프트웨어를 사용하여 이 정보를 추가로 관리할 수 있습니다.

밸브의 기준 성능 시그니처가 기록되면 밸브 성능을 테스트하기 위한 유지 보수 간격을 정해야 합니다. 이 간격은 중요한 설비인지 아닌지에 따라 달라집니다. 예를 들어 안전 및 정지 시스템에 설치된 일부 장치는 3개월마다 점검해야 합니다.

밸브를 빼내야 하는 경우

데이터 그래프에서 밸브에 비선형적인 시그니처가 발생했거나 곡선에 편차가 생긴 것으로 나타나면 밸브에 성능 및 수명을 줄일 수도 있는 문제가 발생한 것일 수 있으며 이를 정비를 위해 밸브를 제거해야 할 수도 있습니다. 710에서 밸브가 "경계" 또는 "불량" 상태라고 나타나는 것은 밸브 컨트롤러에 대한 Trim 수행 또는 프로세스에 대한 더욱 방대한 테스트가 필요한지를 결정하기 위한 전문가 호출에 대한 신호이기도 합니다.

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