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'15
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IMI
공정 최적화를 위한 고속 액추에이션의 역할
세계적으로 모든 방면에서 일고 있는 에너지에 대한 수요는 사용량과 인구 증가와 함께 에너지 결집 및 처리에 사용되는 컴포넌트에 대한 성능 요구와 이전 보다 훨씬 큰 물리적 배치로 인해 지속적으로 늘어나고 있다.
다른 중요한 생산 메커니즘이나 시스템을 제어하고, 움직이는 액추에이터 보다 더 확실하게 안정성을 위해 필요한 것은 없을 것이다. 실제로 액추에이션 시스템은 약 2천년 가까이 존재해 왔으며, 로마인들이 송수관을 위한 밸브나 파이프, 부속품 등에 사용해 왔다.
최신 프로세싱 시스템에서 응축기나 터빈 바이패스(Turbine By-pass)를 위한 서지 방지 밸브와 같은 애플리케이션은 최적의 성능 필요성에 따라 특성화되기 때문에 극한의 온도나 부식성 유체유무 등과 같은 가장 까다로운 환경 조건에서도 탁월한 정밀도와 안정성을 제공할 수 있어야 한다. 액추에이터의 역할은 매우 크거나, 개폐할 때 상당한 힘을 필요로 하는 밸브의 성능을 제어하는 것이다.
이용 가능한 다양한 액추에이션 시스템이 있지만, 어떤 애플리케이션이든 사양 담당자는 온전히 가격에만 의존해 구매를 할 경우 초래될 결과에 매우 신중해야 한다. 액추에이터 자체의 결함은 고장만을 야기하는 것이 아니라 밸브나 댐퍼(Damper)에 손상을 입힐 수도 있기 때문에 단순히 대체하는 것을 넘어 관련 비용이 초래될 수 있다. 또한 원격지의 긴급 보수는 소유비용에도 영향을 미치게 된다.
최근에는 가동 시작이나 중단을 위한 요건에 보다 신속하게 반응해야 하는 핵심 컴포넌트에 대해 보다 까다로운 운용 조건과 스트레스가 가중되고 있으며, 결국 보다 신속하게 동작하는 액추에이션 시스템에 대한 요구가 늘고 있다. 가장 극단적인 애플리케이션의 경우, 무게가 최고 1톤에 달하는 밸브를 1초 미만에 1m 스트로크로 이동시켜야 하고, 밸브 내부의 유체 압력에 의해 생성된 동일한 규모의 반동을 견딜 수 있어야 한다. 이는 압축공기와 같은 탄성 유체 모터를 이용하고, 위치 조정없이 1mm의 정밀도를 유지함으로써 달성할 수 있다는 점을 생각할 때, 이 작업에 가장 적절한 액추에이터를 선택하는 것을 운에 맡길 수 없다는 점을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
속도는 주로 무부하 상태에서 고려되어야 하는데, 속도는 부하량이 증가함에 따라 예외없이 감소하기 때문이다. 속도는 힘의 규모나 초기 속도와 직접적으로 연관되어 감소하게 된다.
추가적으로 요구되는 속도를 제공하기 위해 최근에 수많은 새로운 기술들이 개발되고 있고, 특허를 획득했다. 여기에는 액추에이터 시스템의 일부인 전자식 디지털 포지셔너와 유량 증폭기 등이 있다. 유량 증폭기는 엄청난 유량 용량과 타이트한 셧-오프를 제공하고, 대형 트립 밸브(Trip Valve)를 사용하지 않아도 되기 때문에 소형의 파일럿 밸브(Pilot Valve)만이 필요하다.
또 다른 예는 고속 포지셔닝 시스템으로, 이는 고정밀 유량 제어가 가능하기 때문에 대부분의 애플리케이션에서 부스터(Booster)나 고속 배기 밸브(Exhaust Valve)가 필요하지 않다.
이러한 시스템의 핵심은 하나의 패키지에 속도와 정확성을 모두 겸비하고 있다는 것이다. 빠르지만 정확하지 않은 액추에이터는 쓸모가 없을 뿐만 아니라 잠재적으로 위험하기까지 하다.
또한 이와 유사하게, 필요한 속도를 갖추지 못한 정밀 액추에이터도 가장 까다로운 애플리케이션을 만족시킬 수 없다.
고속 액추에이션 시스템은 정교함의 수준이 각기 다른 여러 형태로 도입되고 있다. 한편으로 일부 애플리케이션은 간단한 온-오프 액추에이터를 요구하고 있다. 다른 분야에서는 2초 미만에 개방되는 절대적인 안정성을 요구할 수도 있다.(4.5bar에서 127.093N의 액추에이터 추진력) 가장 복잡한 애플리케이션은 일반적으로 LNG와 관련된 분야이다.
애플리케이션과 작동 조건 및 온도, 관련된 미디어의 부식성에 따라 고속 액추에이터 및 액세서리는 여러 다양한 소재로 만들어질 수 있다.
고속 액추에이션 분야에서 최근 개발되는 것 중에, 볼(Ball) 및 버터플라이(Butterfly) 밸브와 같은 로터리 밸브 제어를 위한 4분의 1 회전 액추에이터가 있다. 특히 대형 애플리케이션을 위해 개발된 이러한 제품은 마켓 요구에 따라 지속적으로 확대되고 있다.
또 다른 혁신은 특히 SIL(Safety Integrity Level) 요건에 부합하기 위한 안전요건을 통해 추동되고 있으며, 포지셔너를 위한 새롭고 또한 더욱 정밀한 제어 알고리즘은 물론, 진단 성능과 핵심 프로세스 정보를 제어룸과 직접 통신할 수 있는 기능 등이 포함되고 있다.
보다 자세한 정보는 www.imi-critical.com에서 확인할 수 있다.
마티아 타미(Mattia Tami), IMI 크리티컬 엔지니어링(IMI Critical Engineering)
