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1. 서론

1.1 밸브의 역사

배관계통에 있어서 파이프, 밸브, 그리고 피팅류등은 기본적인 배관계의 구성부품으로써 거의 같은 시대에 발명되었을 것이라는 추측은 자명하다.
문명의 초기시대에는 파이프 재료로서 흙이나 돌, 혹은 나무, 가죽등이 주된 재료이었을 것이고 이후 청동기 시대부터는 보다 다루기 쉬운 납이나 구리등이 파이프의 주된 재로가 되었다.
특히 납으로 만든 파이프인 연관은 기록상으로 보아 아시아의 고대도시는 물론 이집트 및 그리스의 도시에서도 널리 사용되었다.

특히 납으로 만든 파이프인 연관은 기록상으로 보아 아시아의 고대도시는 물론 이집트 및 그리스의 도시에서도 널리 사용되었다. 그러나 16세기경 영국의 위대한 철공쟁이 Wilkinson이 연관을 대량으로 생산할 수 있는 조관기를 발명함으로써 파이프와 밸브의 대량 사용시대를 맞이하게 되었다. 이러한 증거의 하나로써 그림1과 같이 플러그밸브의 일종인 콕(Cock)을 가공하는 기계로 볼 수 있는 장치가 1629년경 로마출신의 장인에 의해 발명된 것을 보아도 잘 알수 있다.
사실 밸브로 보면 기원전 약 600년에서 400년즈음 그리스나 로마시대의 도시 관개시설등의 유물을 통해 상당히 성능 좋은 스톱밸브들이 사용된 것을 짐작할 수 있으며 그림2와 같은 청동제 콕밸브(이러한 유형의 밸브는 이태리의 나폴리나 런던의 대영박물관에 볼 수 있음)는 기원후 25년에 세워진 Tiberius 궁전의 유물중의 하나이다. 아무튼 17세기에 들어서면서 밸브기술이 괄목할만한 발전을 보이는데 1681년 Dennis Papin은 기록상 최초로 압력용기의 과압(Over Pressure)으로부터 용기를 보호하는 장치인 레버타입의 안전밸브(Safety Valve)를 발명했으며, 1781년 Jean Disaqulier는 이를 본격적으로 증기보일러에 적용하였다.
이후 증기기관의 발명자인 James Watt는 1769년 그의 증기기관에 현대적 형태의 밸브를 적용하였다. 그림3은 와트가 만든 장치로써 플러그 콕 밸브, 수동조작 리프트 밸브, 리프트 체크밸브, 일종의 Flap밸브인 스윙체크밸브가 조합되어 있으며 아울러 증기량을 조절할 수 있는 오늘날의 버터플라이밸브에 상당하는 밸브가 여기에 있다. 이때까지 즉 18세기 까지는 플러그 콕 밸브가 스톱밸브로써 주종이었으나 이후 Mandsley가 나사깍는 기계를 발명함으로써 밸브에서도 큰 변혁을 갖게된다.

그림4는 나사를 이용한 초기형태의 게이트 스톱밸브로써 1839년 James Nasmyth가 발명한 것이고 이를 계기로 1840년부터 1890년 사이에 이와 유사한 매우 다양한 형태의 밸브가 계속발명되었다. 즉 현재도 국제적인 명성의 Dowrance Valve사는 1875년 현대적인 플러그 밸브를 시초로 다양한 종류 및 규격의 밸브등을 생산하고 있으며, 1886년 영국의 Joseph Hopkinson씨는 Parallel Slide형식의 게이트 밸브를 발명하여 지금가지도 이 밸브를 홉킨슨사를 통해 100년이상을 계속 생산해오고 있다. 세계1차 대전을 전후해 괄목할만한 몇가지 일들이 있었는데 이때만 하더라도 대부분의 밸브는 플러그 타입의 밸브가 많아 대형의 경우 막 시판되고 있는 게이트 밸브에 비하여 과도한 내부 누설을 효과적으로 방지 못하고 아울러 구동토크가 매우 큰 이유로 대형 플러그밸브는 거의 생산이 되지 않았다.
마침 스웨덴의 기술자가 플러그밸브의 플러그면에 나선형의 홈을 파서 대형의 플러그밸브를 만들어 사용해보니 아주 부드럽고 내외부의 누설도 없는 좋은 밸브로 탄생되었고, 이 밸브를 윤활타입의 플러그 밸브라고 한다. 마찬가지로 다이아후램 밸브는 남아프리카의 금광채굴에 종사하던 한 기술자가 밸브의 그랜드 부위에 과도한 누설이 자주 발생하는 것에 착안하여 개발해낸 것으로 영국의 특허청에 정식 등록된 것은 1929년이었고 이 밸브는 현재 그랜드 부위의 과도한 누설을 방지하는 밸브 구조가 아닌 부식성 액체를 취급하는 유체라인에 플러그밸브와 함께 가장 널리 쓰이는 것중의 하나가 되었다.
또 이때에 볼 타입의 플러그밸브가 개발되었고 곧 이 밸브는 1930년부터 40년경 현재의 볼 밸브로 개량되었다. 이들이 주로 유럽을 중심으로 이뤄진 밸브기술의 성과라면 미국의 경우 다소 늦은 감이 있지만 세계2차대전 전후 미국을 중심으로 한 밸브공업은 극심한 공황의 끝에 살려낸 산업의 대량생산체계에 따라 제조공정의 자동화에 부응한 본격적인 의미의 자동제어밸브의 등장이라 할 수 있다.

1944년 미국 텍사스주 남부의 휴스턴 근교에 있는 Mansoneilan사는 밸브업계 최초로 밸브의 성능이라고 할 수 있는 밸브유량계수(Flow Capacity, Cv)를 도입하여 자사의 제어밸브에 적용하였고, 이는 특히 제어밸브의 차압과 유량과의 제반 물리적 특성을 가장 합리적으로 보여주는 파라미터로써 현재의 모든 밸브의 성능을 표시하는 잣대가 되고 있으며 미국 계장 협회에서도 이를 채택하고 있을 정도이다.
지금까지 밸브의 역사를 살펴보았는데 현재 가장널리 사용되는 7대밸브 즉, 게이트밸브 글로브밸브, 체크밸브, 버터후라이밸브, 플러그밸브, 볼밸브, 안전밸브 등은 까마득한 옛날부터 인류 역사상 가장 큰 기술적 관심사인 물의 관리에 있어서 밸브라 말할 수 있는 것들을 역사의 흔적에서 쉽게 발견 할 수 있다.단지 앞서 열거한 것은 그것들에 대한 구체적 사례들을 든 것 뿐이고 실제 우리나라에서도 유사한 종류들의 도구들을 적절히 활용해 왔을 것으로 믿고 싶다.
그러나 우리나라에 있어서 근대적 의미를 갖는 밸브의 등장은 아무래도 일본에 의해 지배를 받던 1910년경 이후로 볼 수 있다.

목포나 군산항을 통해 엄청난 양의 쌀이 일본으로 수탈되어 갔는데 당시 김제평야나 나주들녘의 논에 관개를 하던 양수장을 중심으로 5K급의 대구경(직경 100mm이상)게이트 밸브가 펌프의 전단에 설치되었으며 이들 게이트 밸브는 해방후에도 상당기간 적절히 이용되었던 것을 기억하고 있는 사람들이 있을 것이다. 그러면 우리나라 밸브의 본격적 시작은 결국 일제 말기 부산을 중심으로 일반 선박용의 포금제 밸브 및 일반 가정용 청동 수도꼭지를 만들기 시작한 우리나라 밸브업계의 첫 효시이자 현재 국내제일의 밸브업체인 범한금속공업(주)의 전신인 부산포금을 들 수 있다. 이들 청동제 수도꼭지 및 주철제 밸브들은 약 15년이상을 기술적인 큰 진전없이 만들어져 오다가1963년 7월 공업표준화법에 의해 KS 표시규격의 청동밸브(KS B-2301), 수도꼭지(KS B-2331), 및 수도용 제수밸브(KS B-2332)가 제정되면서 기술적, 품질적인 면에서 큰 진전이 있게 되었다.
이때는 제2공화국의 등장과 함께 울산을 중심으로 새로운 공업화의 태동이 있던 시기로 부산을 중심으로 한 영남권의 소규모 밸브업체가 다수 설립되던 시기였다. 이들 중 몇 개 업체는 이제 밸브업계의 중진으로 자리를 잡고 있으며 시기를 몇 년 지난 1972년부터 73년경 주철밸브 및 주강밸브가 KS규격으로 제자리를 잡았다.
이후 1970년대 중반부터 중화학공업육성정책에 따라 창원에 대규모의 기계공업단지가 들어서고 아울러 구미쪽에는 몇 년 앞서 섬유 및 전자단지가 들어서게 된다. 부산의 고성산업사, 국제밸브, 창원의 범한금속등이 비교적 큰 규모의 밸브 제작공장을 가동기키게되고, 대구에도 소규모의 밸브업체가 생겨났다. 아울러 경인지방 특히 인천은 일제시대부터 기계공업이 발달한 곳으로써 이 시기에 소규모의 밸브공장 즉, 지금의 서흥금속 전신인 고려특수밸브와(주)삼신의 전신인 삼신철공등이 부평을 중심으로 중저가의 밸브류를 만들고 있었다.
이 당시만 하더라도 석유화학공장에 대량으로 들어가는 플랜트 프로세스용 밸브등 대부분이 수입되던 시기로써 선도적 역할을 수행한 극히 일부분의 밸브 회사만이 미국석유공업협회의 API 인증 석유화학용 저가밸브를 생산하고 있었을뿐 고부가의 고온고압밸브에는 엄두도 못냈던 시기였다.

이후 1970년대 하반기부터 고리원자력발전소 3.4호기 및 영광원자력발전소 1.2호기가 순차적으로 건설되면서 수만대의 원자력용 밸브가 엄청난 고가로 수입되던차에 (주)삼신이 일본 오까노 밸브사와 기술제휴하여 1983년경 국내 최초로 원자력용 비안전계통의 2인치 이하의 단조밸브를 영광원자력 1.2호기에 납품하게 되면서 고온고압의 고부가가치밸브 생산에 들어가게 되었다. 이어 범한금속이 원자력용 대형 주강밸브를 국산화하고, (주)서흥금속이 삼신의 뒤를 쫒아 원자력용 단조밸브를 생산하게 되었다.
이후 1987년 부터의 호경기와 더불어 특히 충남 서산의 대산지방을 중심으로 한 석유화학쪽의 대규모 신규시설 투자와 기존 석유화학플랜트의 신증설 및 일제히 보수기를 맞이하게 됨으로써 유래를 찾아볼수 없는 대호황을 누리게 된다. 이때에 플랜트용 주철, 주강제의 밸브를 생산하는 업체 또한 전국적으로 300여개나 될 정도로 우후죽훈격으로 생겨나기도 했던 시기였다.
이러한 호황의 격동기도 잠시뿐 현재 얼어붙은 불경기속에서 새봄을 기다리고 있는 심정이지만 냉정하게, 우리나라 밸브기술의 역사를 생각하면 언제 새봄이 올까 걱정이 앞선다.
실로 선진국들은 거의 100여년 이상의 기술적 역사를 가지고 있는 반면에 피부로 느끼는 우리의 밸브역사는 단지 30여년에 불과해 선진국과 최소한 10년 정도의 기술격차가 있다고 하겠다. 그리고 프로세스 플랜트 공정용의 제어밸브와 일부 특수공정에 쓰이는 고가의 밸브들은 경험이나 기술적 환경을 고려해 볼때 적어도 20년이상은 격차가 날것으로 생각된다.

1.2 밸브공학의 의미

밸브는 아주 오래 전부터 유체의 흐름을 제어하는데 사용되어 왔다.
여기서 말하는 제어란 뜻은 유체에서 물리적으로 표현되는 압력, 온도 및 유체의 속도 즉, 유량을 조정한다는 것이다.
이러한 밸브는 배관계의 유체흐름을 각각의 프로세스계에서 요구하는 유체의 물리적 조건과 양에 맞도록 각 제어단위의 마지막 단계에서 유체흐름을 제어하는 가장 일반적이고 가장 중요한 제어요소(Control Component)이다.밸브공학은 유체계통의 제어요소인 밸브를 공학적으로 다루는 것으로써, 밸브가 어느 프로세스계통에서 하나의 구성인자로 보아 그 기능과 목적을 다루는 능동적인 제어부품으로의 공학적 의미와 밸브 그 자체의 역학적인 거동을 프로세스계통의 운전조건에 비교하여 보는 공학적 의미가 있다.

프로세스 단위로 보면 파이프가 수송해야 할 유체 에너지는 프로세스계의 제어요소인 밸브나 오리피스에서 주로 유체 속도 또는 유체압력의 형태로 조정된다. 이를 유체량의 제어기능과 유체압력의 제어기능으로 구분할 수 있으며, 이 두 기능은 항상 유체에너지를 수송하는 프로세스 배관계통의 형평과 안전을 위하여 상호보완적인 관계로 제어기능을 수행한다.
이러한 제어기능에 최대의 관점을 두어 설계된 밸브가 제어밸브인 것이다.모든 밸브는 수송하는 유체의 압력, 온도 및 유량에 합당한 크기와 구조를 가지고, 유체에너지가 손실되지 않도록 외부와 불필요한 에너지 교류는 피하여야 한다. 따라서 밸브를 공학적으로 다루기 위해서는 유체역학이 가장 중요한 분야가 되고, 밸브의 원활한 기능 유지를 위해서는 구조적 안정성이 중요 설계인자가 된다.

밸브를 구성하는 재료등은 유체의 화학적 성상(性狀)과 온도, 압력등 물리적 특성에 크게 죄우됨으로 재료공학에 대한 지식이 요구된다. 아울러 제어를 정밀하게(Sophisticate)하기 위해서는 전기전자공학이 필요하다.
밸브가 수천년 이전의 아주 오래전부터 유체에너지의 수송과 제어에 핵심적으로 사용되어 오고 있지만, 밸브의 근본적 형태에 변화가 있었던 것은 아니다. 그러나 산업이 점차 거대화되고 고도화 되어가고 있는 현재의 산업현장의 밸브 운전 환경은 사용유체의 다양성은 물론 고온 고압등 고에너지의 유체제어가 산업의 안전과 더불어 고도로 요구되기 때문에 밸브의 중요성이 날로 부각되고 있다.
여기서는 이러한 밸브의 중요성을 밸브와 밸브를 포함한 프로세스계로 확대시켜 밸브에 대하여 보다 체계적인 공학적 접근을 시도하기 위해 밸브공학이라고 썼지만, 밸브공학을 학문적으로 체계화시켜 도입하기에는 다루는 분야가 협소한 듯하고 아울러 세부적인 사항이 다른 분야에서 깊이있게 다뤄지고 있어 따로 밸브쪽으로 분리해서 말할만한 학문적 일체성(Identity)도 갖고 있지 않다.
그러나 미국의 몇몇 대학의 수리학(水理學)교실등에서는 밸브의 유체학적 또는 유체에너지를 다루는데 있어 밸브구조의 동력학적인 거동을 연구하는데 매우 활발하며, 일부 대규모 밸브전문업체를 중심으로 이뤄지는 밸브의 구조, 제어기능, 유체동역학 및 재료부분 등으로 활발한 공학적인 접근을 일단 밸브공학이라는 용어로 정리하기로 한 것이다.

1.2-1 밸브의 설계조건

프로세스 계통에 있어서 계통의 원활한 운전과 기능 유지를 위해서는 제어요소인 각 밸브에서의 기능이 문제가 된다. 이들 밸브 기능의 문제는 프로세스 계통 설치시 충분하게 고려되어야 한다. 이 밸브의 기능 문제를 두고 기능을 설계 목표 이상으로 건전하게 유지시키는 것이 바로 밸브설계의 조건이다.
밸브가 프로세스 계통에서 과도한 하중이 계통 자체에서 뿐만 아니라 밖에서도 생기게 된다. 프로세스의 운전온도, 운전압력, 유체의 밀도, 유체의 수송속도등이 계통내의 하중이 되고, 프로세스에 가해지는 배관진동, 밸브 구동장체에서의 추력 및 자체하중, 지진등의 고려, 배관파단으로 생길 수 있느 배관떨림(Pipe Whhipping)등이 계통외의 하중이 될 것이다. 이러한 프로세스 계통내외에서의 과도한 하중으로 인하여 밸브의 일부가 손상되어 제어기능을 불안하게 할 경우라든가 운전에 지장을 초래한다면 전체 프로세스 계통의 기능 유지등 그 영향은 점차 매우 어려운 상태에 이를 수도 많다.

실제로 밸브 손상-주로 밸브의 가장 핵심적인 내부누설구조의 손상으로 인한 거대 프로세스 플랜트의 화재사고등은 어쩌면 사소한 장치로 볼 수 있는 밸브에서 기인된 경우가 많다. 따라서 밸브는 구조적으로 충분한 강도를 가지고 있어 내외부의 어떠한 하중이 가해지더라도 손상으로부터 안전하여야 하며 또한 구조적으로 각 밸브 구성부품의 형상이 기능 및 운전성 유지에 적합하여야 한다. 그리고 사용조건인 프로세스 계통의 운전환경,수송유체의 종류, 계통의 제어목적 및 공공의 안전에 관련된 설계 요구사항등에 밸브의 사용목적이 적합하여야 한다.
밸브에 관한 이러한 관점은 각국의 밸브에 관한 표준규격이나 고압가스협회등에서 밸브에 요구하는 법적인 규제 또는 설계요건사항들을 보면 이해가 잘 된다. 밸브는 계통의 한 부품으로서 그 역할은 계통설계자료의 치밀한 계통 밸런스에 대한 형평성추로써의 역할이다.
이 역할은 계통의 압력, 온도 및 유량에서 보면 이들 물리적 양을 제어하고자 하는 것이고, 프로세스 계통의 구조적 밸런스에 따르면 계통압력 및 온도에 충분한 구조강도를 갖는 밸브의 강도이다. 밸브를 프로세스 계통의 구조해석상(후자의)관점에서 그 역할을 구분하여 보면 다음의 세가지로 구분 설명할 수 있다.

(1)계통에 대한 능동적 부품(Active Component)으로써의 밸브

프로세스 계통의 일부 또는 전체 계통을 사고로부터 완화시키거나 정지시킬 때 필요한 계통의 한 부품으로서의 역할이다. 이는 프로세스 계통의 기능상 이 부품의 역할이 매우 중요함으로 밸브의 구조강도를 충분히 유지함은 물론 계통의 어떤 사고나 피로등에 의한 파괴로부터 더 이상의 연속적인 계통손상을 방지하기 위하여 계통의 한 구성부품인 밸브가 능동적으로 계통의 기능을 보호하는 역할을 수행하여야 한다.
통상 이러한 경우를 고려하여 실제의 밸브 운전조건이나 설계조건보다도 더욱 가혹한 비정상적인 프로세스를 고려하여 설계, 제작되는게 일반적이다.

(2)계통에 대한 밸브의 기능상의 능력(Functional Capability)

프로세스의 가혹한 운전조건하에서는 계통 및 밸브자체의 치수 안전성을 유지하며 계통운전이 원활히 되도록 정격 유량을 수송 또는 제어하는 능력을 갖고 있어야 한다.

(3)밸브 자체의 운전성으로 설계 및 사용조건

밸브 자체의 운전성으로 설계 및 사용조건하에서 규정된 안전 기능을 충족하면서 요구되는 밸브 그 자체는 30~40여개의 부품으로 조립되는 비교적 간단한 기기이지만 높은 압력과 온도 그리고 급격하 에너지의 변화가 밸브의 트림(밸브의 유체 접촉부로써 교환될 수 있는 밸브 구성부품)의 조작부에서 이뤄지게 됨으로 각 구성 부품들이 이러한 환경에 충분히 견딜 수 있는 구조로 되어 있어야 한다. 이와같이 밸브는 프로세스 계통에 대한 능동적인 역할과 밸브 자체의 기능 및 운전성의 유지로 계통의 기능 및 운전을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 것이다.

1.2-2 밸브의 설계

밸브 설계의 기본적 입력데이타는 온도와 압력이다. 프로세스 유체의 화학적성상에 따라 밸브의 재질은 달라지지만 소위 밸브 크기를 정하는 기본 단위는 우선 압력과 온도이다.
밸브의 구조상 밸브의 내압부는 다른 어떤 압력용기 보다도 구조적으로 매우 취약한 구조적인 불연속부(Structural Discontinuity)를 갖고 있어 압력에 대한 복잡한 구조적인 거동으로 인한 국부 응력의 증가와 더불어 열에 의한 굽힘응력과 변형이 밸브의 내부에 복잡하게 생기므로 밸브 설계시 이들 효과를 고려하여야 한다. 특히 고온고압으로 갈수록 이의 영향은 매우 크게 되므로 고난도의 설계가 된다.

아울러 모타구동장치나 제어밸브의 액츄에이터를 장착한 밸브의 경우 이들 구동장치의 무게로 인한 밸브 구조의 불안정성이 고조된다. 다음의 그림6은 미국 기계학회에서 정한 원자력 발전소용 밸브의 설계요건을 항목별로 요약한 것으로 일반 프로세스용의 밸브 설계와 크게 다를 것이 없다. 단지 특별히 더욱 강조한 사항은 밸브구조의 구조적 강도유지를 설계의 핵심으로 한 것이고 여기에 열이나 기계적 교번하중으로 인한 피로상도를 강조하고 있다. 프로세스 계통의 유체역학적 천이(Transient)현상에 의해 밸브 구종의 불안정성은 더욱 고조되어 심한 경우 밸브 구조가 파손되는 사례도 적지 않게 발생한다.
다음의 그림 7과 그림8(차호에 소개)은 밸브의 구조적 불연속부에서의 열에의한 굽힘특성을 보여주는 좋은 예이다. 그림9(차호에 소개)는 밸브의 내압에 의한 밸브몸체의 응력구동을 설명하고 그림10은 밸브의 구동장치의 무게중심이 밸브몸체에서 멀리 떨어져 있는 경우 밸브의 본네트면에 작용하는 모멘트와 간단한 밸브의 고유진동수를 설명하는 그림이다.
이외에 배관계에서 전달되는 배관작용력(열팽창에 의한 축방향 힘과 굽힘모멘트 및 토오크)에 안전하게 밸브의 치수 보전과 강도를 유지하도록 설계한다.

밸브는 유체 수송의 직접 제어부인 디스크(프러그)와 시트(케이지)부를 구조적으로 안정하게 유지하기 위하여 어느정도의 불용(不用)공간이 생긴다. 이 공간들을 공동부(Cavity)라고 하는데 이 케비티에서 밸브 기능상 많은 문제점이 생긴다. 이곳에 유체가 차 있다가 온도 상승으로 밀폐된 유체가 팽창하여 디스크의 원활한 운동을 방해하기 때문이다.
밸브 설계시 이러한 불용공간을 최대로 줄이는 것이 밸브의 기능보장을 위해서도 매우 중요한 설계요소이다. 아울러 밸브에서 유체를 제어할 때 유체의 흐름속도 및 밸브면에서의 마찰, 그리고 유로면의 넓고 좁음에 따른 압력손실등으로 밸브의 유체수송(유체에너지수송)능력이 저하하게 된다.최근들어 프로세스 플랜트가 거대화되고 고도화함에 따라 밸브에서의 이러한 유체수송능력의 저하를 가급적으로 줄 이기 위한 밸브의 유로형상(Flowpath)을 설계해야 한다.
같은 크기의 밸브라 할지라도 밸브의 유량계수가 많고 적음은 이러한 유로형상의 설계기술의 차이에서 기인된다고 볼 수 있다. 유로형상의 설계는 이론적으로 설계하기란 거의 불가능하여, 각기 다른 유로형상을 가진 시험원형(Proto Type)의 밸브들을 일일이 시험하여 최적의 유로형상을 찾는다.

물론 여기에 중점적으로 설계입력이 되는 것은 압력항, 온도항, 그리고 유체의 흐름속도 이다.밸브설계에서의 가장 핵심은 누설방지에 있다. 누설은 시트와 디스크간에서 발생되는 내부 누설과 그랜드 패킹 또는 본네트 가스켓에서 생기는 외부 누설로 구분된다. 이중 가장 문제가 되는 것은 그랜드 패킹에서의 누설이다. 밸브 설계에서 심도 있게 다뤄지는 부분이 그랜드 패킹의 재질, 편조 및 성형방법, 조합방법, 크기 및 체결방법이며 상당수의 밸브관련 연구논문중 30%이상이 이에 대한 것으로 앞으로도 깊이 다뤄야 할 기술적 당면과제이다.

1.2-3 밸브의 기능

밸브의 기능은 밸브공학적 의미에서 두가지 축면으로 고려된다. 하나는 밸브자체의 구조적 강도에 관련하는 기능이고 다른하나는 유체 수송 및 제어의 기능이다.
이 두가지 기능은 서로 불가분의 관계를 가지고 있다. 물론 전자의 경우는 밸브의 재료가 갖고 있는 금속학적 특성과 재료자체의 강도 특성, 그리고 이들을 밸브의 사용환경에 맞도록 상호 기구학적으로 결합하여, 원활하게 밸브로써 운전될 수 있도록 충분한 구조강도를 유지해야 하므로 밸브의 하드웨어(Hardware)적 기능이고, 후자는 밸브의 운용상 특히 프로세스의 운전목적의 달성을 위하여 밸브가 수행해야 할 제어기능 즉, 유로개폐(ON-OFF)나 유로 또는 유체에너지량의 조절(Throttling)을 원활하게 해야 하므로 밸브의 소프트웨어적 기능이다.
이러한 밸브의 기능을 전자의 경우 밸브의 구조기능이라고 하고 후자를 밸브의 제어기능이라고 정한다. 이러한 밸브의 기능에 문제가 생기는 원인도 아울러 구분이 된다.

제어기능에 문제가 생기는 경우 통상 프로세스 계통의 설계과정에서의 오류보다는 시운전이나 실제 운전시에 많이 발견된다. 시운전시에는 계통이 전반적으로 불안전하고 불규칙한 운전모드가 설계조건과는 다르게 발생된다. 전반적으로 프로세스 계통에서의 밸브문제는 80%이상이 시운전시에 발견된다.
프로세스의 운전시에는 거의 아무런 문제도 생기지 않다가 계통의 기동 또는 정지시에 밸브에 문제가 생겨있음을 발견하는 경우도 앞서의 경우와 같다. 이러한 예로써 복수기(Condenser), 복수배관(Feed Water Extraction Drains)의 제어 밸브와 같은 경우 밸브에서의 유체제어시 생길 수 있는 일반적 현상은 후라싱현상이 예측되지만 계통이 장기간 정지하여 있다가 다시 기동될 때는 배관내의 드레인에 의한 수격현상이 생겨 밸브의 제어기능에 악영향을 주는 사례가 있다.밸브의 구조기능은 앞서 계속 언급한 대로 밸브가 어떠한 하중 조건하에서도 제어기능을 유지할 수 있도록 밸브 그 자체는 튼튼해야 한다는 것이다.