Trunnion과 Floating Ball Valve의 구조적 차이와 선정 기준

Floating과 Trunnion Ball Valve는 무엇이 다른가

Floating Ball Valve와 Trunnion Mounted Ball Valve는 모두 Ball을 90도 회전시켜 유로를 개폐하는 Quarter-Turn Valve입니다.

외형만 보면 두 밸브가 비슷해 보이지만 내부에서 Ball을 지지하는 방식은 상당히 다릅니다.

Floating Ball Valve에서는 Ball이 상·하부의 별도 Trunnion에 고정되지 않고 Seat 사이에서 약간 이동할 수 있습니다. 차압이 발생하면 유체 압력이 Ball을 하류 방향으로 밀어 Downstream Seat에 접촉시키면서 밀봉력이 형성됩니다.

반면 Trunnion Mounted Ball Valve에서는 Ball이 상부 Stem과 하부 Trunnion 등에 의해 위치가 고정됩니다. 대신 Seat Assembly가 Ball 방향으로 움직이면서 밀봉을 형성하는 구조입니다. VKS Valvecraft Solutions Pvt Ltd

따라서 두 구조의 가장 중요한 차이는 단순히 Ball 아래에 축이 하나 더 있느냐가 아니라 압력하중이 어떤 경로로 전달되고 Seat이 어떻게 밀봉력을 형성하는가에 있습니다.

Floating Ball Valve의 구조와 밀봉 원리

Floating Ball Valve의 Ball은 Seat에 의해 위치가 유지되지만 Trunnion Mounted 구조처럼 상·하부 축으로 고정되어 있지는 않습니다.

밸브가 닫힌 상태에서 상류와 하류 사이에 차압이 발생하면 유체 압력이 Ball에 작용합니다.

이 힘에 의해 Ball이 하류 방향으로 미세하게 이동하면서 Downstream Seat에 밀착됩니다.

즉 Floating 구조에서는 Line Pressure가 Ball을 Seat 방향으로 밀어주는 힘을 이용해 밀봉력을 형성하는 것이 중요한 특징입니다.

이 구조는 비교적 단순하기 때문에 부품 수와 구조적 복잡성을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.

반면 차압과 Ball 크기가 증가하면 Ball에 작용하는 압력하중도 증가하고, 이 하중이 Seat 접촉력과 마찰에 영향을 줄 수 있습니다.

따라서 Floating Ball Valve의 선정에서는 단순히 압력등급만 확인하는 것이 아니라 차압, Seat 재질, Ball 크기, 작동 토크 및 Actuator 요구조건을 함께 검토해야 합니다.

Trunnion Mounted Ball Valve의 구조와 밀봉 원리

Trunnion Mounted Ball Valve에서는 Ball이 상부 Stem과 하부 Trunnion에 의해 지지되어 위치가 고정됩니다.

따라서 Floating Ball Valve처럼 Ball 전체가 차압에 의해 하류 방향으로 이동하는 방식이 아닙니다.

대신 Seat가 Ball 쪽으로 이동하여 밀봉을 형성합니다.

Seat에는 Spring이 적용될 수 있으며, 일부 설계에서는 압력이 Seat의 유효 면적에 작용하여 밀봉력을 추가로 증가시키는 Pressure Energization 구조가 사용됩니다.

이러한 구조에서는 Ball에 작용하는 압력하중이 Trunnion과 Bearing을 통해 Body 쪽으로 전달됩니다.

따라서 Seat가 Ball을 밀봉하는 기능과 Ball에 작용하는 구조적 압력하중을 어느 정도 분리하여 설계할 수 있다는 것이 중요한 특징입니다.

두 구조에서 압력하중이 전달되는 방식

Ball Valve를 선정할 때 구조적 차이를 이해하기 위해서는 압력하중의 Load Path를 확인하는 것이 중요합니다.

Floating 구조에서는 차압에 의해 Ball이 이동하면서 Downstream Seat에 힘을 전달합니다.

따라서 압력하중과 Seat 접촉력의 관계가 작동 토크 및 Seat 마찰에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다.

Trunnion 구조에서는 Ball이 Trunnion으로 지지되기 때문에 압력하중의 주요 경로가 Trunnion과 Bearing을 거쳐 Body로 전달됩니다.

이 차이는 밸브 크기가 커지고 차압이 높아질수록 중요해집니다.

Floating 구조에서는 Ball과 Seat 사이의 접촉력과 마찰이 커지면서 작동 토크가 증가할 수 있기 때문입니다.

Trunnion 구조 역시 Seat, Bearing, Stem Packing 등의 마찰에 의해 토크가 발생하지만 Ball을 지지하는 구조가 별도로 있기 때문에 압력하중이 Seat에 직접 전달되는 방식과는 차이가 있습니다.

다만 Trunnion Ball Valve라고 해서 항상 낮은 토크를 갖는다고 단정해서는 안 됩니다.

실제 토크는 Seat 설계, 압력, 온도, 재질, Packing, Bearing 및 제조사별 설계에 따라 달라지므로 최종 선정에서는 제조사가 제공하는 실제 Torque Data를 확인해야 합니다.

작동 토크와 Actuator 선정의 차이

Ball Valve를 자동화 설비에 적용할 때 구조적 차이는 Actuator 선정에도 영향을 미칩니다.

Floating Ball Valve에서는 차압이 증가할수록 Ball과 Seat 사이의 접촉력과 마찰이 커질 수 있습니다.

따라서 동일한 호칭경이라도 운전 차압에 따라 필요한 Breakaway Torque와 Running Torque가 달라질 수 있습니다.

Trunnion Mounted Ball Valve에서는 Ball이 Trunnion으로 지지되고 Seat가 별도로 밀봉력을 형성하기 때문에 압력에 따른 Seat 접촉력과 토크 특성을 설계 단계에서 관리할 수 있습니다.

그러나 실제 Actuator 선정에서는 반드시 다음 데이터를 확인해야 합니다.

• Breakaway Torque
• Running Torque
• Seating Torque
• Unseating Torque
• 최대 운전 차압
• 최소·정상·최대 온도
• Packing 마찰
• 안전계수
• Actuator 출력
• Gearbox 적용 여부

따라서 “Trunnion이므로 작은 Actuator를 사용해도 된다”는 방식으로 판단해서는 안 됩니다.

밸브 제조사가 제시한 실제 토크값과 설계조건을 기준으로 Actuator를 선정해야 합니다.

Seat 구조의 차이가 중요한 이유

두 구조를 비교할 때 Ball의 지지 방식만 보는 것은 충분하지 않습니다.

실제 차단 성능을 결정하는 중요한 요소 중 하나는 Seat 구조입니다.

Floating Ball Valve에서는 Ball이 차압에 의해 이동하면서 하류 Seat에 밀착하는 방식이 일반적입니다.

반면 Trunnion Mounted Ball Valve에서는 Spring이나 압력에 의해 Seat가 Ball 방향으로 이동할 수 있습니다.

따라서 Trunnion 구조에서는 각각의 Seat가 어떤 방향으로 압력을 받아 밀봉력을 형성하는지까지 확인해야 합니다.

특히 DBB 또는 DIB 기능이 필요한 경우에는 단순히 “Trunnion Ball Valve인가?”만 확인해서는 안 됩니다.

Seat의 Pressure Direction과 Self-Relieving 여부, Cavity Pressure Relief 방식 등을 별도로 확인해야 합니다.

이 부분은 기존 글인 「Trunnion Mounted Ball Valve의 DBB 기능 구현 원리」와 직접 연결됩니다.

또한 「Ball Valve의 Double Piston Effect와 DBB 기능의 관계」에서 다룬 것처럼 Seat의 압력 작용 방향과 Piston Effect 역시 Isolation 기능을 판단할 때 중요한 요소입니다.

Floating과 Trunnion을 선택하는 기준

Floating과 Trunnion 중 어떤 구조가 적합한지는 단순히 밸브의 크기만으로 결정할 수 없습니다.

일반적으로 소형 또는 중간 크기의 일반적인 차단 서비스에서는 구조가 단순하고 경제적인 Floating Ball Valve가 적합할 수 있습니다.

반면 대구경, 높은 차압, 자동화, 낮은 작동 토크가 중요한 서비스 또는 특정 Isolation 기능이 요구되는 경우에는 Trunnion 구조가 검토 대상이 될 수 있습니다.

하지만 이것을 “작은 밸브는 Floating, 큰 밸브는 Trunnion”이라는 절대적인 규칙으로 사용해서는 안 됩니다.

실제 시장에는 높은 압력등급의 Floating Ball Valve와 비교적 작은 Trunnion Ball Valve도 존재합니다.

따라서 최종 선정은 제조사의 인증된 Size, Pressure Class, Temperature, Seat 및 Torque Data를 기준으로 판단해야 합니다.

밸브 선정 시 확인해야 할 주요 항목

Floating과 Trunnion 중 구조를 결정할 때는 다음 항목을 순서대로 검토하는 것이 좋습니다.

검토 항목	주요 확인 내용
Size	NPS 또는 DN, Bore 크기
Pressure Class	설계압력과 압력등급
Differential Pressure	최대 차압과 정상 운전 차압
Temperature	최소·정상·최대 운전온도
Fluid	유체 특성, 오염물, 부식성
Seat	재질, 압력방향, Spring Energization
Torque	Breakaway 및 Running Torque
Actuator	필요한 출력과 안전계수
Isolation	양방향 차단, DBB/DIB 요구
Cavity	Vent, Drain 및 Pressure Relief
Fire Safe	요구되는 Fire Type Test 여부
Maintenance	현장 정비성과 부품 교체성
Testing	적용 규격과 시험 범위

특히 API 6D 적용 밸브라고 해서 Floating 또는 Trunnion 중 하나만 사용해야 한다는 의미는 아닙니다.

API 6D는 해당 범위의 Pipeline Valve에 대한 설계, 제조, 시험 및 문서화 요구사항을 다루며, 특정 구조를 일률적으로 강제하는 방식으로 이해해서는 안 됩니다.

DBB와 Cavity Relief가 필요한 경우

공정에서 Double Block and Bleed가 요구된다면 Ball Valve의 구조뿐 아니라 Seat 설계를 별도로 확인해야 합니다.

Trunnion Ball Valve는 독립적인 Seat Assembly를 구성하기 쉬워 DBB 및 Cavity Relief와 관련된 다양한 설계가 적용될 수 있습니다.

그러나 Trunnion이라는 구조 자체가 DBB 성능을 자동으로 보장하는 것은 아닙니다.

실제 DBB 성능은 Seat 설계, Pressure Direction, Bleed Arrangement 및 시험조건에 의해 확인해야 합니다.

마찬가지로 Cavity Pressure Relief가 필요한 경우에도 Seat가 Self-Relieving인지, Double Piston Effect를 갖는지, Cavity Pressure가 어느 방향으로 작용하는지 등을 검토해야 합니다.

따라서 구매사양서에서는 단순히 “Trunnion Ball Valve”라고 지정하는 것보다 필요한 Isolation 기능과 Seat 특성을 구체적으로 명시하는 것이 중요합니다.

운전 환경에 따른 구조 선정

운전 빈도도 중요한 선정 요소입니다.

단순히 연간 몇 회 개폐하는 Isolation Valve라면 구조가 단순한 Floating Ball Valve가 경제적인 선택이 될 수 있습니다.

반면 자동화 시스템에서 반복적인 개폐가 이루어지고 Actuator의 토크 여유와 작동 신뢰성이 중요한 경우에는 Trunnion 구조를 포함한 다양한 설계를 비교해야 합니다.

또한 고온이나 저온 환경에서는 Seat 재질의 열팽창 특성과 압력·온도 변화에 따른 밀봉력 변화도 검토해야 합니다.

유체에 고형물이 포함되어 있거나 마모성이 높은 경우에는 Seat 및 Ball 표면의 손상 가능성도 함께 평가해야 합니다.

결국 구조 선정은 Ball Support 방식 하나만을 기준으로 결정하는 것이 아니라 공정 전체의 운전조건과 요구 성능을 기준으로 이루어져야 합니다.

Floating과 Trunnion의 비교표

항목	Floating Ball Valve	Trunnion Mounted Ball Valve
Ball 지지	Seat 사이에서 이동 가능	Trunnion으로 위치 고정
주요 밀봉 방식	압력이 Ball을 Seat 방향으로 이동	Seat가 Ball 방향으로 이동
압력하중 경로	Ball → Seat → Body	Ball → Trunnion/Bearing → Body
Seat 역할	밀봉 및 압력하중의 영향이 큼	밀봉력 형성에 집중
차압 증가 영향	Seat 접촉력과 토크 증가 가능	설계된 Seat 하중에 따라 관리
구조	비교적 단순	상대적으로 복잡
초기 비용	일반적으로 낮은 편	일반적으로 높은 편
자동화	실제 Torque 검토 필요	실제 Torque Data 기반 선정
대구경 적용	설계 범위 내에서 가능	대구경 적용에 유리한 설계가 많음
DBB/DIB	설계에 따라 가능	다양한 Seat 구성 가능
최종 선정	제조사 Data 기준	제조사 Data 기준

위 비교에서 중요한 것은 어느 한쪽이 항상 우수하다는 의미가 아니라 공정조건에 따라 적합한 구조가 달라진다는 점입니다.

실제 선정 절차

Floating과 Trunnion을 선택할 때는 다음과 같은 순서로 접근하면 판단이 쉬워집니다.

공정조건 확인 → 압력 및 차압 확인 → 밸브 Size 결정 → Isolation 요구사항 확인 → Seat 구조 검토 → Torque 계산 → Actuator 선정 → 제조사 Data 검증

이 과정에서 가장 중요한 것은 특정 구조를 먼저 정해놓고 나머지 조건을 맞추는 것이 아니라 공정조건을 먼저 정의한 뒤 구조를 결정하는 것입니다.

예를 들어 대구경이라는 이유만으로 Trunnion을 선택하거나, 초기 비용이 낮다는 이유만으로 Floating을 선택하는 것은 충분한 기술적 검토가 아닙니다.

최대 차압에서 필요한 작동 토크, Seat의 밀봉 방식, 요구되는 Isolation 기능, 온도조건 및 Actuator의 안전계수를 함께 검토해야 합니다.

선정 시 피해야 할 단순한 판단

현장에서 자주 발생하는 오류는 Floating과 Trunnion의 구분을 단순한 Size 또는 Pressure Class의 경계로 이해하는 것입니다.

예를 들어 “6인치 이하는 Floating, 그 이상은 Trunnion” 또는 “Class 600 이상이면 무조건 Trunnion”과 같은 규칙은 제조사와 제품 설계에 따라 달라질 수 있으므로 절대적인 선정 기준으로 사용할 수 없습니다.

실제로 Floating과 Trunnion 모두 다양한 Size와 Pressure Class의 제품이 존재하며, 적용 가능한 범위는 제품별 설계에 따라 달라집니다.

따라서 실제 구매 단계에서는 다음 자료를 제조사로부터 확인하는 것이 좋습니다.

• Product Data Sheet
• Pressure-Temperature Rating
• Seat Design
• Torque Calculation
• Actuator Sizing Data
• Pressure Test Report
• Fire Safe Test 관련 자료
• DBB/DIB 요구 시 해당 시험 및 설계자료
• Material Certificate
• 적용 규격 및 검사 범위

결론

Floating Ball Valve와 Trunnion Mounted Ball Valve의 가장 근본적인 차이는 Ball을 지지하는 방식과 Seat이 밀봉력을 형성하는 방식에 있습니다.

Floating 구조에서는 차압에 의해 Ball이 하류 방향으로 이동하면서 Seat에 밀착하는 방식이 사용되며, 구조가 비교적 단순하다는 장점이 있습니다.

Trunnion 구조에서는 Ball이 상·하부 지지구조에 의해 위치가 고정되고 Seat가 Ball 방향으로 밀봉력을 형성합니다. 이 구조는 압력하중의 전달경로와 작동 토크를 관리하는 데 유리한 특성을 가질 수 있습니다.

그러나 Trunnion이 항상 Floating보다 우수하거나, 특정 Size 이상이면 무조건 Trunnion을 사용해야 한다고 판단해서는 안 됩니다.

실제 선정에서는 Size와 Pressure Class뿐 아니라 최대 차압, Temperature, Fluid, Seat 구조, 작동 토크, Actuator, DBB/DIB 요구사항, Cavity Relief 및 유지보수 조건을 함께 검토해야 합니다.

결국 적절한 Ball Valve 선정의 핵심은 Floating과 Trunnion 중 어느 구조가 더 좋은지를 판단하는 것이 아니라 해당 공정에서 필요한 Load Path, Sealing, Torque 및 Isolation 성능을 만족하는 구조를 선택하는 것입니다.