チタンおよびチタン合金バルブ

チタン合金バルブは広い概念で、本体と内部部品がチタン合金で作られたバルブ、または本体の材質が炭素鋼またはステンレス鋼で、内部部品がチタン合金バルブで作られたバルブを指します。ご存知のとおり、チタンは反応性の高い構造金属で、酸素と反応しやすく、表面に緻密で安定した酸化膜を形成します。酸化膜が損傷しても、酸素と反応して再生することができます。さまざまな腐食性媒体の浸食に耐えることができ、ステンレス鋼、銅、アルミニウム製のバルブよりも優れた耐腐食性と強度ソリューションを提供します。

チタン合金バルブの特徴

  • 耐腐食性に優れ、軽量で機械的強度も高い。
  • 大気、淡水、海水、高温水蒸気に対してもほとんど腐食しません。
  • 王水、塩素水、次亜塩素酸、湿った塩素ガスなどの媒体に対して優れた耐腐食性を持っています。
  • アルカリ媒体における腐食に対しても非常に耐性があります。
  • 塩素イオン(CI)に対する耐性が高く、塩化物イオンに対する耐腐食性に優れています。
  • 有機酸の耐腐食性は、酸の還元または酸化の程度によって決まります。
  • 還元酸における耐腐食性は、媒体中の腐食防止剤の存在に依存します。

 

チタンバルブの用途

  • 航空宇宙

チタンおよびチタン合金バルブは、強度比が高く、耐腐食性に優れているため、航空宇宙分野で広く使用されています。純チタンおよびチタン合金Ti-6Al-4Vコントロールバルブ、ストップバルブ、チェックバルブ、ニードルバルブ、プラグバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブなどは、航空機のパイプラインで広く使用されています。

  • 化学工業

塩素アルカリ、塩、合成アンモニア、エチレン、硝酸、酢酸などの腐食が激しい環境では、耐腐食性が優れているチタン合金バルブが、特にパイプラインの制御と調整において、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどの一般的な金属の代わりに使用できます。

  • 軍艦

ロシアは、軍艦にチタン合金を使用した世界初の国の一つです。1960年代から1980年代にかけて、ロシアは一連の攻撃型潜水艦を製造し、その海水システムに多数のチタン合金のパイプとバルブを使用しました。

  • 発電所

原子力発電所の多くは海岸沿いに建設されており、海水に対する耐腐食性に優れたチタンバルブが原子力発電所で使用されています。その種類には、安全弁、減圧弁、グローブバルブ、ダイヤフラムバルブ、ボールバルブなどがあります。

また、特殊媒体・環境流体制御装置として、チタンバルブは製紙業界、食品・医薬品製造などの分野でも使用されています。

 

 

 

アンモニア用途のグローブバルブ

アンモニアは、硝酸、アンモニウム塩、アミンの製造のための重要な原料です。アンモニアは常温では気体であり、圧力をかけると液化します。ステンレス鋼、アルミニウム、鉛、マグネシウム、チタンなど、ほとんどの金属は、アンモニアガス、液体アンモニア、アンモニア水に対して優れた耐食性を持っています。鋳鉄と炭素鋼もアンモニアガスや液体アンモニアに対して優れた耐食性を持ち、腐食速度は一般に0.1mm /年未満であるため、アンモニア生産および貯蔵設備はコストの観点から一般的に鋼で作られています。

チェックバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、その他のバルブは、アンモニアや液体アンモニアの配管システムで使用できます。これらのバルブは、ガス圧力を安全なレベルまで下げ、他のバルブを介してサービスシステムに送ります。その中で最も一般的に使用されているのはグローブバルブです。アンモニアグローブバルブは、一種の強制シールバルブです。つまり、バルブが閉じているときは、シール面に漏れがないようにディスクに圧力をかける必要があります。

媒体がディスクの下からバルブに入るとき、ステムとパッキンの摩擦と媒体からの圧力を克服する必要があります。バルブを閉じる力はバルブを開く力よりも大きいため、ステムの直径を大きくするか、ステムを曲げる必要があります。セルフシールアンモニアガスグローブバルブの流れは通常上から下へ、つまり媒体がディスクの上部からバルブキャビティに入り、媒体の圧力下ではバルブを閉じる力が小さく、バルブを開く力が大きいため、ステムの直径をそれに応じて小さくすることができます。グローブバルブが開いているとき、ディスクの開口高さが公称直径の25%〜30%のとき、流量が最大に達し、バルブが完全に開いた位置に達したことを示します。したがって、グローブバルブが完全に開いた位置は、ディスクの移動によって決定されます。では、アンモニア用途のグローブバルブの特徴は何ですか?

  • 銅はアンモニアガスやアンモニア水と反応して可溶性錯体を形成し、危険な応力腐食割れを引き起こします。アンモニア環境では、微量のアンモニアでも大気中で応力腐食を引き起こす可能性があります。銅や銅合金製のバルブは、一般にアンモニア用途には適していません。
  • アンモニア グローブ バルブは、一般的なグローブ バルブと比較して、非上昇ステム コーン設計です。シール面は主にバビット合金で、バルブ本体はステンレス鋼 CF8 または高品質の炭素鋼 WCB で作られており、最大限の要件を満たすため、アンモニア腐食に耐え、-40℃ までの低温に耐えることができます。
  • フランジ接続の舌と溝の面設計により、パイプラインの圧力が変動しても信頼性の高いシール性能が保証されます。
  • 多層 PTFE (PTFE) またはバビット合金のシール材と、PTFE + ブタノール + スプリングで作られた複合ソフトパッキンにより、耐用年数中にバルブパッキンボックスの漏れがないことを保証します。
  • アンモニアバルブには、PTFE プレーンガスケット、ステンレス鋼 + グラファイト巻きガスケット、ステンレス鋼 + PTFE 巻きガスケットも推奨されます。

 

アンモニア グローブ バルブのハンドルは、他の用途のバルブと区別するために、通常黄色に塗装されています。また、垂直チェック バルブとリフト チェック バルブもアンモニア用途に使用できます。これらのディスクは、流体の差圧と自身の重量に応じて上下し、流れに逆らって媒体を自動的に停止し、上流の機器を保護します。水平パイプラインのほとんどのアンモニア タンクに適しています。

 

製油所向け緊急ブロックバルブ(EBV)

緊急ブロック バルブは、緊急遮断バルブ (ESDV) または緊急遮断バルブ (EIV) とも呼ばれます。API RP 553、制御および安全計装システム用の製油所バルブおよび付属品の仕様では、緊急ブロック バルブを次のように定義しています。「緊急ブロック バルブは、危険な事故を制御するように設計されています。これらは緊急遮断用のバルブであり、可燃性または有毒物質の制御されていない放出を阻止するように設計されています。可燃性液体を扱う火災ゾーンのバルブはすべて、耐火性である必要があります。」

一般的に、 金属シートボールバルブゲートバルブ、バタフライバルブは、遮断または隔離するためのEBVとして使用できます。通常、入口圧力源とレギュレータの間に設置されます。保護されたシステムの圧力が指定値に達すると、バルブはすぐに閉じられ、遮断または隔離され、火災、漏れ、その他の事故の発生を回避します。ガス、天然ガス、液化石油ガスなどの可燃性ガスの貯蔵、輸送などに適しています。

緊急ブロックバルブは、液化炭化水素球形タンクの入口および出口パイプラインに設置されます。API 2510「液化石油ガス(LPG)施設の設計と建設」では、液化炭化水素パイプラインのブロックバルブは、操作とメンテナンスを容易にするために、タンク本体にできるだけ近く、できればタンク壁のパイプ出口フランジの近くに設置しなければならないと規定されています。38 m³(10,000ガロン)の液化炭化水素タンクが15分間火災になった場合、タンクの最高液面より下のパイプラインにあるすべてのブロックバルブは、自動的に閉じるか、リモートで操作できる必要があります。ブロックバルブ制御システムは、耐火性で、手動で操作する必要があります。API RP2001「石油精製所の火災予防」では、「大量の可燃性液体を含む容器の液面より下のノズルに緊急ブロックバルブを設置する」ことが明示的に要求されています。

API RP553 は、コンプレッサー、ポンプ、加熱炉、コンテナなどの緊急遮断弁の設定の基本原則を規定しています。これは、機器の容積、媒体、温度、およびポンプの電力と容量のサイズに密接に関連しています。要件と設計ケースに応じて、緊急遮断弁 EBV は、高火災危険機器に隣接する出口 (または入口) ラインに設置し、可燃性または有毒物質の放出を完全に遮断する必要があります。緊急遮断弁は、一般的に高火災機器と火災ゾーンに必要です。

 

高耐火設備には以下が含まれます:

7.571m(2,000ガロン)を超える容器。

15.5m(4,000ガロン)を超えるLPG貯蔵タンク。

可燃性液体の内部温度が315℃を超え、または自然発火温度を超えた容器または熱交換器。

炭化水素などの可燃性液体の輸送能力が45m/hを超えるもの。

可燃性ガス圧縮機の電力は150kW以上である。

可燃性液体を炉管を通して加熱する加熱炉。

内部圧力は3.45mpa以上で、モードは発熱炭化水素反応器です。

防火区域:

火災の危険性が高い設備から水平方向に9メートル以内、または垂直方向に12メートル以内のエリア。

可燃性媒体等を収容する球形タンクの周囲9m以内の区域

高圧セルフタイトフランジ(グレイロックフランジ)とは何ですか?

高圧セルフタイトフランジは、高圧(1500CL-4500CL)、高温、高腐食性プロセス用のクランプコネクタです。再利用可能な金属リングの弾性により密閉されます。ユニバーサルフランジよりも軽量ですが、密閉効果が高く、重量とスペースを節約し、メンテナンス時間とコストを削減します。石油化学、石油およびガス採掘、産業用ガス生産、石油精製、食品加工、化学工業、環境工学、鉱物および原子力、航空宇宙、造船、合成燃料処理、石炭酸化および液化などの分野で広く使用されています。GRAYLOCコネクタは、重要なサービス配管および容器接続の生産標準として認識されています。

高圧セルフタイトフランジは、セグメントクランプ、突合せ溶接ハブ、シールリング、ボルトで構成されています。従来のソフトシールフランジ、つまりガスケットの塑性変形によってシールを実現するのに対し、高圧セルフタイトフランジはシールリングハブ(Tアーム)の弾性変形によってシール、つまり金属対金属シールを実現します。ジョイント、クランプ、シールリングの組み合わせにより、ジョイントの強度がパイプベースの材料の強度よりもはるかに高くなります。一度押すと、シール要素は外部接続によって加えられる力だけでなく、媒体自体の圧力によってもシールされます。媒体の圧力が高いほど、シール要素にかかる圧縮力が大きくなります。

金属シールリング:シールリングは高圧セルフタイトフランジのコア部分であり、断面はほぼ「T」字型です。シールリングは2組のハブの端面で締め付けられ、ベースチューブと一体化して、接続部分の強度を大幅に向上させます。「T」字型断面の2つのアームはシールリップであり、ソケットとのシール領域の内部円錐面を生成し、外力の作用下で自由に伸びてシールを形成します(降伏限界内)。

ハブ:2つのハブジョイントが締め付けられた後、シールリングに力が加わり、シールリップがハブの内側シール面から外れます。このような外れた弾性により、ハブ内部のシール面の荷重がシールリングのリップに戻り、自己強化弾性シールが形成されます。

クランプ:クランプは360°方向に自由に調整でき、簡単に取り付けられます。

球面ナット/ボルト:一般的に、高圧セルフタイトフランジの各セットには、全体の強度を達成するために 4 セットの高圧球面ボルトのみが必要です。

 

高圧セルフタイトフランジの特徴

  • 優れた引張強度: ほとんどの場合、接続部の高圧セルフタイトフランジは、パイプ自体よりも引張荷重に耐えることができます。破壊テストでは、引張荷重下でパイプが破損した後もフランジが漏れなく無傷であることが証明されます。
  • 優れた耐腐食性: さまざまなフランジ材質により、さまざまな環境の特殊な腐食保護要件を満たすことができます。
  • 優れた曲げ耐性: 多数のテストにより、このフランジは大きな曲げ荷重がかかっても漏れたり緩んだりしないことが示されています。実際のテストでは、DN15 高圧セルフタイトフランジがパイプライン内で多数の冷間曲げにさらされても、ジョイントに漏れや緩みがないことが示されています。
  • 優れた圧縮耐性: 高圧セルフタイトフランジは、通常のパイプラインでの過負荷圧縮に耐えません。より高い圧縮負荷でのフランジの最大負荷は、パイプの極限強度によって決まります。
  • 優れた耐衝撃性: 小型でコンパクトな構造で、従来の高圧フランジが耐えられない衝撃にも耐えられます。金属同士のシールにより、耐衝撃性が大幅に向上します。

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バルブを通過する共通媒体の流量

バルブの流量と流量は、主にバルブのサイズ、構造、圧力、温度、媒体の濃度、抵抗などの要因によって決まります。流量と流量は相互に依存しており、一定の流量値の条件下で流量が増加すると、バルブポート面積が小さく、媒体の抵抗が大きくなり、バルブが損傷しやすくなります。流量が大きいと、可燃性および爆発性の媒体に静電気が発生します。ただし、流量が低いと生産効率が低くなります。油などの大きくて爆発性のある媒体の場合は、濃度に応じて低い流量(0.1〜2 m / s)を選択することをお勧めします。

バルブ r における流量制御の目的は、主に静電気の発生を防ぐことです。静電気は、臨界温度と圧力、密度、媒体の物理的特性に依存します。一般に、バルブの流量と流量がわかれば、バルブの公称サイズを計算できます。バルブのサイズは同じ構造ですが、流体抵抗は同じではありません。同じ条件下では、バルブの抵抗係数が大きいほど、バルブを通過する流量は多くなり、流量は少なくなります。抵抗係数が小さいほど、バルブを通過する流量は少なくなります。ここでは、バルブを通過する一般的な媒体の流量を参考までに示します。

中くらい タイプ 条件 流速、m/s
蒸気 飽和蒸気 DN > 200 30~40
DN=200~100 25~35
DN < 100 15~30
過熱蒸気 DN > 200 40~60
DN=200~100 30~50
DN < 100 20~40
低圧蒸気 P<1.0(絶対圧) 15~20
中圧蒸気 P=1.0~4.0 20~40
高圧蒸気 P=4.0~12.0 40~60
ガス 圧縮ガス(ゲージ圧) 真空 5~10
P≤0.3 8~12
Ρ=0.3~0.6 10~20
Ρ=0.6~1.0 10~15
Ρ=1.0~2.0 8~12
Ρ=2.0~3.0 3~6
Ρ=3.0~30.0 0.5~3
酸素(ゲージ圧) Ρ=0~0.05 5~10
Ρ=0.05~0.6 7~8
Ρ=0.6~1.0 4~6
Ρ=1.0~2.0 4~5
Ρ=2.0~3.0 3~4
石炭ガス   2.5~15
モンドガス(ゲージ圧) Ρ=0.1~0.15 10~15
天然ガス   30
窒素ガス(絶対圧) 真空/Ρ=5~10 15~25
アンモニアガス(ゲージ圧) Ρ<0.3 8~15
Ρ<0.6 10~20
Ρ≤2 3~8
その他の媒体 アセチレンガス P<0.01 3~4
P<0.15 4~8
P<2.5 5
塩化 ガス 10~25
液体 1.6
 塩素水素化物 ガス 20
液体 1.5
液体アンモニア(ゲージ圧) 真空 0.05~0.3
Ρ≤0.6 0.3~0.8
Ρ≤2.0 0.8~1.5
水酸化ナトリウム(濃度) 0~30% 2
30%~50% 1.5
50%~73% 1.2
硫酸 88%~100% 1.2
塩酸 / 1.5
 

低粘度水(ゲージ圧) Ρ=0.1~0.3 0.5~2
Ρ≤1.0 0.5~3
Ρ≤8.0 2~3
Ρ≤20~30 2~3.5
暖房ネットワーク循環水 0.3~1
凝縮水 セルフフロー 0.2~0.5
海水、弱アルカリ性水 Ρ<0.6 1.5~2.5

 

バルブの流動抵抗係数と圧力損失

バルブ抵抗と圧力損失は異なりますが、非常に密接に関連しているため、その関係を理解するには、まず抵抗係数と圧力損失係数を理解する必要があります。 流動抵抗係数は、異なる流動構造、バルブ開度、媒体の流量に依存し、可変値です。 一般的に言えば、バルブの構造が固定されている場合、一定の開度での流動係数は固定されており、流動係数に基づいてバルブの入口圧力と出口圧力を計算できます。これが圧力損失です。

流量係数(流出係数)は、バルブの流量を測る重要な指標です。これは、バルブを通過する単位圧力あたりの流体の損失流量を表します。値が高いほど、流体がバルブを通過する際の圧力損失は小さくなります。ほとんどのバルブメーカーは、設計と使用のために、さまざまな圧力クラス、タイプ、公称サイズのバルブの流量係数値を製品仕様に含めています。流量係数の値は、バルブのサイズ、形状、構造によって異なります。また、バルブの流量係数は、バルブの開度によっても影響を受けます。異なる単位に応じて、流量係数にはいくつかの異なるコードと定量値があり、その中で最も一般的なものは次のとおりです。

 

  • 流量係数 Cv: 15.6 ° c (60 ° f) で水がバルブを通過するときの 1psi 圧力降下における流量。
  • 流量係数 Kv: 5℃~40℃の水の流れがバルブを通過して1barの圧力降下を生じるときの体積流量。

Cv値=1.167Kv

各バルブの Cv 値は、固体の流れの断面積によって決まります。

バルブ抵抗係数とは、バルブを通過する流体の抵抗損失を指し、バルブ前後の圧力降下(差圧△P)で示されます。バルブ抵抗係数は、バルブのサイズ、構造、キャビティの形状によって異なり、ディスク、シートの構造によっても異なります。バルブ本体チャンバー内の各要素は、抵抗を生成するコンポーネント(流体の回転、膨張、収縮、戻りなど)のシステムと考えることができます。そのため、バルブ内の圧力損失は、バルブコンポーネントの圧力損失の合計にほぼ等しくなります。一般的に、次の状況ではバルブ抵抗係数が増加する可能性があります。

  • バルブポートが急激に拡大します。ポートが急激に拡大すると、流体部分の速度が渦流の形成、流体の撹拌、加熱などに消費されます。
  • バルブポートの漸次拡大:拡大角度が40°未満の場合は、漸次拡大円管の抵抗係数は急拡大よりも小さくなりますが、拡大角度が50°を超える場合は、急拡大に比べて抵抗係数が15%~20%増加します。
  • バルブポートが突然狭くなります。
  • バルブポートはスムーズで均一なターンやコーナーターンを実現します。
  • バルブポートの対称テーパー接続。

 

一般的に、フルボアボールバルブやゲートバルブは、配管システムとほぼ同じように、回転や縮小がないため流体抵抗が最も少なく、最も優れた流量を提供するバルブタイプです。