バルブはパイプライン システムの重要な部分であり、金属バルブは化学プラントで最も広く使用されています。バルブの機能は主に、パイプラインや機器の開閉、絞り、安全な動作の確保に使用されます。したがって、金属バルブの正確かつ合理的な選択は、プラントの安全性と流体制御システムにおいて重要な役割を果たします。
1. バルブの種類と用途
工学分野ではさまざまな種類のバルブがあります。流体の圧力、温度、物理化学的特性の違いにより、ゲートバルブ、ストップバルブ（スロットルバルブ、ニードルバルブ）、チェックバルブ、プラグなどの流体システムの制御要件も異なります。バルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ダイヤフラムバルブは化学プラントで最も広く使用されています。
1.1仕切り弁
流体の開閉を制御するために一般に使用され、流体抵抗が小さく、シール性が良く、媒体の流れ方向に制限がなく、開閉に必要な外力が小さく、構造長が短い。
バルブステムはブライトステムと隠蔽ステムに分かれます。露出ステムゲートバルブは腐食性媒体に適しており、露出ステムゲートバルブは基本的に化学工学で使用されます。隠蔽ステムゲートバルブは主に水路で使用され、一部の鋳鉄や銅のバルブなど、主に低圧、非腐食性媒体の用途で使用されます。ゲートの構造にはウェッジゲートとパラレルゲートがあります。
ウェッジゲートはシングルゲートとダブルゲートに分けられます。パラレル ラムは主に石油およびガスの輸送システムで使用され、化学プラントでは一般的に使用されません。
1.2ストップバルブ
主に切断に使用されます。ストップバルブは流体抵抗が大きく、開閉トルクが大きく、流れ方向の要件があります。ゲートバルブと比較して、グローブバルブには次の利点があります。
(1) 開閉時のシール面の摩擦力がゲートバルブに比べて小さく、耐摩耗性に優れています。
(2) 開口高さはゲートバルブより小さい。
(3) グローブバルブのシール面は通常 1 つだけであり、製造プロセスが良好であるため、メンテナンスに便利です。
ゲート バルブと同様に、グローブ バルブにも明るいロッドと暗いロッドがあるため、ここでは繰り返しません。バルブ本体の構造の違いにより、ストップバルブにはストレートタイプ、アングルタイプ、Yタイプがあります。ストレートスルータイプが最も多く使用されており、アングルタイプは流体の流れ方向が90°変化するタイプに使用されます。
また、スロットルバルブやニードルバルブもストップバルブの一種で、通常のストップバルブよりも強い調整機能を持っています。
1.3チェフクバルブ
逆止弁はワンウェイバルブとも呼ばれ、流体の逆流を防ぐために使用されます。したがって、逆止弁を取り付ける際には、媒体の流れ方向と逆止弁の矢印の方向が一致するように注意してください。逆止弁には多くの種類があり、各メーカーからさまざまな製品が発売されていますが、その構造から主にスイング式とリフト式に分けられます。スイングチェックバルブには主にシングルバルブタイプとダブルバルブタイプがあります。
1.4バタフライバルブ
バタフライバルブは、懸濁物質を含む液体媒体の開閉および絞りに使用できます。流体抵抗が小さく、軽量、構造サイズが小さく、素早い開閉が可能です。大口径パイプラインに最適です。バタフライバルブは一定の調整機能を有しており、スラリーを輸送することができます。過去の後進処理技術により、バタフライ バルブは水システムで使用されてきましたが、プロセス システムではほとんど使用されませんでした。材料、設計、加工の改善により、バタフライバルブはプロセスシステムで使用されることが増えています。
バタフライバルブにはソフトシールとハードシールの2種類があります。ソフトシールとハードシールの選択は、主に流体媒体の温度によって決まります。相対的に言えば、ソフトシールのシール性能はハードシールのシール性能よりも優れています。
ソフトシールにはゴム製バルブシートとPTFE（四フッ化エチレン）製バルブシートの2種類があります。ゴムシートバタフライバルブ（ゴムライニング弁体）は主に水系で使用され、中心線構造を持っています。この種のバタフライバルブは、ゴムライニングのフランジがガスケットの役割を果たすため、ガスケットなしで取り付けることができます。PTFEシートバタフライバルブは主にプロセスシステムで使用され、一般的には一重偏心または二重偏心構造です。
硬質シールには硬質固定シールリングや多層シール（ラミネートシール）など多くの種類があり、メーカーの設計が異なる場合が多いため、漏れ量も異なります。ハードシールバタフライバルブの構造は、熱膨張補償および摩耗補償の問題を解決する三重偏心であることが好ましい。二重偏心または三重偏心構造のハードシールバタフライバルブは双方向シール機能も備えており、逆方向（低圧側から高圧側）のシール圧力が正方向（高圧側から高圧側）の80％以上である必要があります。低圧側）。設計と選択はメーカーと交渉する必要があります。
1.5 コックバルブ
プラグバルブは流体抵抗が小さく、シール性が良く、寿命が長く、両方向シールが可能なため、高度危険物や超危険物によく使用されますが、開閉トルクが比較的大きく、価格が高価です。比較的高い。プラグバルブのキャビティには液体が溜まらず、特に断続装置の材質が汚染を引き起こすことがないため、場合によってはプラグバルブを使用する必要があります。
プラグバルブの流路は直流、三方、四方に分かれており、気体・液体流体の多方向分配に適しています。
コックバルブには無給油式と給油式の2種類があります。強制給油タイプの油封プラグバルブは、強制給油によりプラグとプラグシール面の間に油膜を形成します。このようにすることでシール性が向上し、開閉が省力化され、シール面の損傷が防止されますが、潤滑による材料汚染の有無を考慮する必要があり、潤滑剤の使用には無潤滑タイプの方が適しています。通常のメンテナンス。
プラグバルブのスリーブシールは連続してプラグ全体を囲んでいるため、流体がシャフトに接触することはありません。さらに、プラグバルブは第二のシールとして金属複合ダイヤフラムの層を備えているため、プラグバルブは外部漏れを厳密に制御できます。プラグバルブにはパッキンが無いのが一般的です。特殊な要求（外部漏れが許されない等）がある場合は、第三シールとしてパッキンが必要となります。
プラグバルブの設計構造により、プラグバルブはシールバルブシートをオンラインで調整できます。長期間の使用により、シール面が摩耗します。プラグがテーパー状になっているため、バルブカバーのボルトでプラグを押し込み、バルブシートにしっかりと密着し、シール効果が得られます。
1.6ボールバルブ
ボール バルブの機能はプラグ バルブと似ています (ボール バルブはプラグ バルブから派生したものです)。ボールバルブはシール効果が高く、広く使用されています。ボールバルブは開閉が早く、プラグバルブに比べ開閉トルクが小さく、抵抗が非常に小さく、メンテナンスが便利です。高いシール要件が要求されるスラリー、粘性流体、中程度のパイプラインに適しています。また、ボールバルブは低価格であるため、プラグバルブよりも広く使用されています。ボールバルブは一般的にボールの構造、弁体の構造、流路、シートの材質から分類できます。
球状の構造により、フローティングボールバルブと固定ボールバルブがあります。前者は主に小径に使用され、後者は大径に使用され、一般的に DN200 (CLASS 150)、DN150 (CLASS 300、CLASS 600) を境に使用されます。
バルブボディの構造により、ワンピースタイプ、ツーピースタイプ、スリーピースタイプの3種類があります。一体型は上置きタイプと横置きタイプの2種類があります。
ランナー形状により全径と縮径があります。小径ボールバルブは、全径ボールバルブよりも使用する材料が少なく、安価です。プロセス条件が許せば、優先的に検討することができます。ボールバルブの流路は直線、三方、四方に分けられ、気体・液体流体の多方向分配に適しています。シートの材質によりソフトシールとハードシールがあります。可燃性媒体で使用する場合、または外部環境が燃える可能性がある場合、ソフトシール ボール バルブは帯電防止および耐火設計になっている必要があり、メーカーの製品は次のような帯電防止および耐火テストに合格する必要があります。 API607に準拠しています。同じことは、ソフトシールされたバタフライ バルブとプラグ バルブにも当てはまります (プラグ バルブは、火災試験における外部防火要件のみを満たすことができます)。
1.7ダイヤフラムバルブ
ダイヤフラム バルブは両方向にシールできるため、低圧、腐食性スラリー、または懸濁した粘性流体媒体に適しています。また、動作機構が媒体流路から分離されているため、流体は弾性ダイヤフラムによって遮断され、特に食品、医療、健康産業の媒体に適しています。ダイヤフラムバルブの作動温度はダイヤフラム材質の耐熱温度によって異なります。構造から直通式と堰式に分けられます。
2. 端末接続形式の選択
バルブ端部の接続形式としては、フランジ接続、ねじ接続、突合せ溶接接続、ソケット溶接接続などが一般的に使用されています。
2.1 フランジ接続
フランジ接続により、バルブの取り付けと分解が容易になります。バルブエンドフランジのシール面の形状には、主に全面（FF）、隆起面（RF）、凹面（FM）、さねはぎ面（TG）、リング接続面（RJ）が含まれます。APIバルブが採用しているフランジ規格はASMEB16.5などのシリーズです。フランジ付きバルブでクラス 125 およびクラス 250 グレードが見られることがあります。鋳鉄フランジの圧力グレードです。最初の 2 つのシール面が全面 (FF) であることを除き、クラス 150 およびクラス 300 の接続サイズと同じです。
ウェハーバルブとラグバルブにもフランジが付いています。
2.2 突合せ溶接接続
突合せ溶接継手の高強度と良好なシールにより、化学システム内の突合せ溶接によって接続されたバルブは、主に一部の高温、高圧、毒性の高い媒体、可燃性および爆発性の状況で使用されます。
2.3 ソケット溶接とねじ接続
通常、公称サイズが DN40 を超えない配管システムに使用されますが、隙間腐食のある流体媒体には使用できません。
ねじ接続は、毒性の高い可燃性媒体を使用するパイプラインでは使用しないでください。同時に、周期的な負荷条件での使用も避けなければなりません。現状では、プロジェクト内でそれほどプレッシャーのない場面で使用されています。パイプラインのねじ形状は主に管用テーパねじです。管用テーパーねじには2つの仕様があります。円錐の頂角はそれぞれ 55° と 60° です。この 2 つを交換することはできません。可燃性または危険性の高い媒体を使用するパイプラインでは、設置にねじ接続が必要な場合、現時点では公称サイズが DN20 を超えてはならず、ねじ接続後にシール溶接を実行する必要があります。
3. 材質
バルブの材料には、バルブ ハウジング、内部構造、ガスケット、パッキン、およびファスナーの材料が含まれます。バルブの材質は数多くあり、紙面の都合上、この記事では代表的なバルブ ハウジングの材質のみを簡単に紹介します。鉄系金属シェルの材質には、鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼が含まれます。
3.1 鋳鉄
ねずみ鋳鉄 (A1262B) は通常、低圧バルブに使用されますが、プロセス パイプラインでの使用は推奨されません。ダクタイル鋳鉄（A395）の性能（強度と靭性）はねずみ鋳鉄よりも優れています。
3.2 炭素鋼
バルブ製造で最も一般的な炭素鋼材料は、A2162WCB (鋳造) と A105 (鍛造) です。炭素鋼を400℃以上で長時間使用すると、バルブの寿命に影響しますので、特に注意してください。低温用バルブにはA3522LCB（鋳造）、A3502LF2（鍛造）がよく使われます。
3.3 オーステナイト系ステンレス鋼
オーステナイト系ステンレス鋼材は通常、腐食条件や極低温条件で使用されます。一般的に使用される鋳物は、A351-CF8、A351-CF8M、A351-CF3、および A351-CF3M です。一般的に使用される鍛造品は、A182-F304、A182-F316、A182-F304L、および A182-F316L です。
3.4合金鋼素材
低温用バルブにはA352-LC3（鋳物）、A350-LF3（鍛造）がよく使われます。
高温用バルブの場合、A217-WC6（鋳造）、A182-F11（鍛造）およびA217-WC9（鋳造）、A182-F22（鍛造）が一般的に使用されます。WC9、F22は2-1/4Cr-1Mo系に属するため、1-1/4Cr-1/2Mo系に属するWC6、F11よりもCr、Moが多く含まれており、耐高温クリープ性に優れています。
4.ドライブモード
バルブ操作は通常手動モードを採用します。バルブの呼び圧力が高くなったり、呼び径が大きくなったりする場合には、手動での操作が困難となるため、歯車伝動などの操作方法を用いることもできます。バルブ駆動モードの選択は、バルブの種類、呼び圧力、呼び径に応じて決定してください。表 1 は、さまざまなバルブに対してギアドライブを検討する必要がある条件を示しています。メーカーが異なると、これらの条件が若干変更される場合がありますが、これは交渉によって決定できます。
5. バルブ選定の原則
5.1 バルブの選択で考慮すべき主なパラメータ
(1) 供給される流体の性質は、バルブのタイプとバルブ構造の材質の選択に影響します。
(2) 機能要件 (調整またはカットオフ)。これは主にバルブ タイプの選択に影響します。
(3) 作動条件（頻繁かどうか）。バルブの種類とバルブ材質の選択に影響します。
(4) 流動特性と摩擦損失。
(5) バルブの呼びサイズ (大きな呼びサイズのバルブは、限られた範囲のバルブ タイプでのみ見つかります)。
(6) 自動閉鎖、圧力バランスなどのその他の特別な要件。
5.2 材料の選択
(1) 小径(DN≦40)には鍛造品が、大径(DN>40)には鋳物が一般的に使用されます。鍛造バルブ本体のエンドフランジについては、一体の鍛造バルブ本体が好ましい。フランジがバルブ本体に溶接されている場合は、溶接部の全数 X 線検査を実行する必要があります。
(2) 突合せ溶接式およびソケット溶接式炭素鋼バルブ本体の炭素含有量は 0.25% 以下、炭素当量は 0.45% 以下であること。
注: オーステナイト系ステンレス鋼の加工温度が 425°C を超える場合、炭素含有量は 0.04% 以上である必要があり、熱処理状態は 1040°C 急冷 (CF8) および 1100°C 急冷 (CF8M) を超えます。 ）。
(4) 流体が腐食性で通常のオーステナイト系ステンレス鋼が使用できない場合は、904L、二相鋼（S31803など）、モネル、ハステロイなどの特殊材質をご検討ください。
5.3 ゲートバルブの選定
(1) DN ≤ 50 の場合、通常、リジッド シングル ゲートが使用されます。エラスティック シングル ゲートは通常、DN > 50 の場合に使用されます。
(2) 極低温システムのフレキシブルシングルゲートバルブの場合、高圧側のゲートにベントホールをあけてください。
(3) 低漏れが要求される使用条件では、低漏れゲートバルブを使用してください。低リークゲートバルブにはさまざまな構造がありますが、化学プラントではベローズ型ゲートバルブが一般的に使用されています。
(4) 石油化学製造装置ではゲートバルブが最も多く使用されていますが。ただし、以下の状況ではゲートバルブを使用しないでください。
① 開口高さが高く、操作に必要なスペースが大きいため、操作スペースが狭い場面には適しません。
②開閉時間が長いため、急な開閉には不向きです。
③固形物が沈降する流体には適しません。シール面が磨耗するため、ゲートが閉まらなくなります。
④流量調整には適しません。ゲートバルブが半開状態になると、媒体によりゲート裏面に渦電流が発生し、ゲートの侵食や振動が発生しやすくなり、バルブシートのシール面も損傷しやすくなります。
⑤ バルブを頻繁に操作するとバルブシートの表面に過度の摩耗が生じるため、通常は頻度の少ない操作にのみ適しています。
5.4 グローブバルブの選定
(1) 同一仕様のゲートバルブに比べ、遮断弁の構造長が長くなります。大口径の遮断弁は加工・製造が煩雑であり、小径の遮断弁に比べてシール性が劣るため、DN≦250のパイプラインで使用されるのが一般的です。
(2) 遮断弁の流体抵抗が大きいため、懸濁物質や粘度の高い流体媒体には適しません。
(3) ニードルバルブは細いテーパープラグを備えた遮断弁で、小流量の微調整やサンプリングバルブとして使用できます。通常、小径の場合に使用されます。口径が大きい場合には調整機能も必要となり、スロットルバルブを使用することも可能です。このときのバルブクラックは放物線のような形状となる。
(4) 低漏れが要求される使用条件では、低漏れストップバルブを使用する必要があります。低漏洩遮断弁には多くの構造がありますが、化学プラントではベローズ型遮断弁が一般的に使用されています。
ベローズ形グローブバルブは、ベローズ形ゲートバルブに比べてベローズが短く、サイクル寿命が長いため、広く使用されています。ただし、ベローズバルブは高価であり、ベローズの品質（材質、サイクルタイムなど）や溶接がバルブの寿命や性能に直接影響するため、選定には特に注意が必要です。
5.5 逆止弁の選定
(1) 水平リフトチェックバルブは通常、DN ≤50 の場合に使用され、水平パイプラインにのみ設置できます。垂直リフトチェックバルブは通常、DN≤100の場合に使用され、垂直パイプラインに設置されます。
(2) リフト逆止弁はスプリング付きも選択可能であり、この場合スプリング無しに比べてシール性が向上します。
(3) スイングチェックバルブの最小直径は、一般的に DN > 50 です。水平配管でも垂直配管（流体は下から上）でも使用可能ですが、ウォーターハンマーが発生しやすいです。ダブルディスク逆止弁（ダブルディスク）はウエハタイプのものが多く、逆止弁の中で最も省スペースで配管レイアウトに便利で、特に大口径のものに多く使用されています。通常のスイングチェックバルブ（シングルディスクタイプ）のディスクは90°まで全開できないため、一定の流動抵抗が発生するため、プロセスが必要な場合は特殊な要件（ディスクの全開が必要）またはYタイプリフトを使用してください。逆止め弁。
(4) ウォーターハンマーが発生する可能性がある場合には、スロークローズ装置や減衰機構を備えた逆止弁の設置が考えられます。この種のバルブはパイプライン内の媒体をバッファリングに使用し、逆止弁が閉じた瞬間にウォーターハンマーを排除または軽減し、パイプラインを保護し、ポンプの逆流を防ぎます。
5.6 プラグバルブの選定
(1) 製造上の問題により、DN>250 の無潤滑プラグバルブは使用しないでください。
(2) バルブキャビティ内に液が溜まらないことが要求される場合にはプラグバルブを選定してください。
(3) ソフトシールボールバルブではシールが不十分で内部漏れが発生する場合、プラグバルブで代用できます。
(4) 温度変化が頻繁な使用条件では、通常のプラグバルブが使用できない場合があります。温度変化によりバルブのコンポーネントとシール要素の膨張と収縮が異なるため、長期にわたるパッキンの収縮により、熱サイクル中にバルブ ステムに沿って漏れが発生します。この際、XOMOXのシビアサービスシリーズのような中国では生産できない特殊なプラグバルブを検討する必要があります。
5.7 ボールバルブの選定
(1) トップマウントボールバルブはオンライン修理が可能です。スリーピースボールバルブは、通常、ねじ接続およびソケット溶接接続に使用されます。
(2) 配管がボールスルー方式の場合、フルボアボールバルブのみ使用可能です。
(3) ソフトシールのシール効果はハードシールより優れていますが、高温では使用できません（各種非金属シール材の耐熱性は同じではありません）。
(4) バルブキャビティ内に流体が滞留することが許されない場合には使用しないでください。
5.8 バタフライバルブの選定
(1) バタフライバルブの両端を分解する必要がある場合は、ねじ付きラグまたはフランジバタフライバルブを選択してください。
(2) 中心線バタフライバルブの最小直径は通常 DN50 です。偏心バタフライバルブの最小直径は通常DN80です。
(3) PTFE三偏心シートバタフライバルブをご使用の場合は、U形シートを推奨します。
5.9 ダイヤフラムバルブの選定
(1) 直通形は流体抵抗が小さく、ダイヤフラムの開閉ストロークが長く、ダイヤフラムの寿命は堰式に比べ劣ります。
(2) 堰式は流体抵抗が大きく、ダイヤフラムの開閉ストロークが短く、直通式に比べてダイヤフラムの寿命が長くなります。
5.10 バルブの選択に対する他の要因の影響
(1) システムの許容圧力損失が小さい場合には、ゲートバルブ、ストレートスルーボールバルブなど流体抵抗の少ないバルブ形式を選定してください。
(2) 急速遮断が必要な場合は、プラグバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブをご使用ください。直径が小さい場合は、ボールバルブを推奨します。
(3) 現場で操作されるほとんどのバルブにはハンドルが付いています。動作点からある程度の距離がある場合は、スプロケットや延長ロッドが使用できます。
(4) 粘性流体、スラリー、固体粒子を含む媒体の場合は、プラグバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブを使用してください。
(5) クリーンシステムの場合、プラグバルブ、ボールバルブ、ダイヤフラムバルブ、バタフライバルブが一般的に選択されます（研磨要件、シール要件などの追加要件が必要です）。
(6) 通常の状況では、クラス 900 を超える (含む) および DN ≥50 の圧力定格を持つバルブは、圧力シール ボンネット (圧力シール ボンネット) を使用します。クラス 600 より低い圧力定格のバルブ (含む) は、ボルト付きバルブを使用します。 カバー (ボルト付きボンネット)。厳密な漏れ防止が必要な一部の作業条件では、溶接ボンネットを検討できます。一部の低圧・常温公共事業ではユニオンボンネット（ユニオンボンネット）を使用する場合もありますが、一般的にはこの構造は一般的ではありません。
(7) バルブを保温または保冷する必要がある場合は、バルブの断熱層を避けるために、ボールバルブとプラグバルブのハンドルをバルブステムとの接続部分で長くする必要がありますが、通常は 150mm 以下です。
(8) 口径が小さい場合、溶接や熱処理時に弁座が変形する場合には、弁体が長いか、先端のパイプが短いバルブを使用してください。
(9) 極低温システム（-46℃以下）用のバルブ（チェックバルブを除く）は、延長されたボンネットネック構造を使用する必要があります。バルブステムとパッキンおよびパッキングランドが傷ついてシールに影響を与えるのを防ぐために、バルブステムを対応する表面処理で処理して表面硬度を高める必要があります。
モデルを選択する際には、上記の要素を考慮することに加えて、プロセス要件、安全性、経済性の要素も総合的に考慮して、バルブ形式の最終的な選択を行う必要があります。また、バルブのデータシートを作成する必要があります。一般的なバルブのデータシートには次の内容が含まれている必要があります。
(1) バルブの名称、呼び圧力、呼び径。
(2) 設計及び検査基準。
(3) バルブコード。
(4) バルブ構造、ボンネット構造およびバルブエンド接続部。
(5) バルブハウジングの材質、バルブシートおよびバルブプレートのシール面の材質、バルブステムなどの内部部品の材質、パッキン、バルブカバーのガスケットおよびファスナーの材質など。
(6) ドライブモード。
(7) 梱包および輸送の要件。
(8) 内部および外部の防食要件。
(9) 品質要件およびスペアパーツ要件。
(10) 所有者の要件およびその他の特別な要件（マーキングなど）。
6. 結論
バルブは化学システムにおいて重要な位置を占めています。パイプライン バルブの選択は、パイプライン内を輸送される流体の相状態 (液体、蒸気)、固形分、圧力、温度、腐食特性などの多くの側面に基づいて行う必要があります。さらに、動作は信頼性が高くトラブルが少なく、コストも手頃で、製造サイクルも重要な考慮事項です。
従来、工学設計においてバルブの材料を選択する場合、シェルの材料のみが考慮され、内部部品などの材料の選択は無視されるのが一般的でした。内部材質の選択が不適切な場合、バルブ内部のシール不良やバルブステムパッキン、バルブカバーガスケットの破損を招き、寿命に影響を与え、本来期待される使用効果が得られず、事故を引き起こしやすくなります。
現状から判断すると、API バルブには統一された識別コードがなく、国家標準バルブにも一連の識別方法はあるものの、内部部品やその他の材質、その他の特別な要件を明確に表示することができません。したがって、エンジニアリングプロジェクトでは、バルブのデータシートを作成して、必要なバルブを詳細に記述する必要があります。これにより、バルブの選択、調達、設置、試運転、スペアパーツが便利になり、作業効率が向上し、エラーの可能性が減ります。
投稿時間: 2021 年 11 月 13 日