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酸素は典型的には活性な化学的性質を持っています。それは強い酸化力と可燃性物質であり、金、銀、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンなどの不活性ガスを除いて、ほとんどの元素と結合して酸化物を形成できます。酸素が可燃性ガス（アセチレン、水素、メタンなど）と一定の割合で混合された場合、またはパイプバルブが突然の火災に遭遇した場合、爆発が発生します。酸素ガス輸送の過程でパイプラインシステム内の酸素の流れが変化するため、欧州産業ガス協会（EIGA）は標準IGC Doc 13 / 12E「酸素パイプラインおよび配管システム」を開発し、酸素の動作条件を「衝撃」と「非衝撃」に分けました。「衝撃」はエネルギーを刺激しやすく、燃焼や爆発を引き起こすため危険な場合です。酸素バルブは典型的な「衝撃機会」です。

酸素バルブは、酸素パイプライン用に設計された特殊なバルブの一種で、冶金、石油、化学、その他の酸素に関わる業界で広く使用されています。酸素バルブの材質は、パイプライン内の粒子や不純物の衝突を防ぐために、作動圧力と流量に制限されています。したがって、エンジニアは、酸素バルブを選択する際に、摩擦、静電気、非金属発火、起こり得る汚染物質（炭素鋼の表面腐食）などの要因を十分に考慮する必要があります。

酸素バルブはなぜ爆発しやすいのでしょうか?

• パイプ内の錆、ほこり、溶接スラグはバルブとの摩擦により燃焼を引き起こします。

輸送の過程で、圧縮された酸素は油、酸化鉄スクラップ、または小粒子燃焼体（石炭粉、炭素粒子、有機繊維）と擦れ、衝突し、大量の摩擦熱が発生し、パイプや機器の燃焼を引き起こします。これは、不純物の種類、粒子サイズ、気流速度に関係しています。鉄粉は酸素と燃焼しやすく、粒子サイズが細かいほど発火点が低くなります。速度が速いほど、燃えやすくなります。

• 断熱圧縮された酸素は可燃物を発火させる可能性があります。

バルブ内の油やゴムなどの発火点の低い材料は、局所的に高温になると発火します。金属は酸素の中で反応し、酸素の純度と圧力が上昇すると、この酸化反応は著しく激化します。例えば、バルブ前は15MPa、温度は20℃、バルブ後部の圧力は0.1MPaで、バルブを素早く開くと、断熱圧縮式の計算によると、バルブ後の酸素温度は553℃に達し、一部の材料の発火点に達したり、それを上回ったりします。

• 高圧純酸素中の可燃物の発火点が低いことが酸素バルブ燃焼の誘因である。

酸化反応の強さは酸素の濃度と圧力に依存します。純酸素では酸化反応が激しく起こり、同時に大量の熱を放出するため、高圧純酸素中の酸素バルブは大きな潜在的危険性をはらんでいます。テストにより、火災の爆発エネルギーは圧力の2乗に反比例することが示されており、これは酸素バルブに大きな脅威をもたらします。

パイプ、バルブ継手、ガスケット、およびパイプライン内で酸素と接触するすべての材料は、酸素の特殊な特性のため、設置前に厳密に洗浄し、パージおよび脱脂して、製造プロセスでスクラップ鉄、グリース、ほこり、および非常に小さな固体粒子が生成されたり、残されたりしないようにする必要があります。バルブを通過する酸素にこれらが含まれると、摩擦燃焼や爆発の危険が発生しやすくなります。

酸素に使用するバルブの選び方は？

一部のプロジェクトでは、 ゲートバルブ 設計圧力が0.1mpaを超える酸素パイプラインには使用しないでください。これは、ゲートバルブのシール面が相対運動（バルブの開閉）の摩擦によって損傷し、小さな「鉄粉粒子」がシール面から剥がれ落ちて簡単に発火する可能性があるためです。同様に、別のタイプのバルブの酸素ラインも、バルブの両側の圧力差が大きく、バルブが急速に開いた瞬間に爆発します。

• バルブタイプ

酸素パイプラインに設置されるバルブは一般的にグローブバルブであり、バルブ媒体の一般的な流れ方向は下向きと下向きですが、酸素バルブは反対方向であるため、良好なステム力とバルブコアの迅速な閉鎖が保証されます。

• バルブ材質

バルブ本体: 3MPa 未満ではステンレス鋼の使用を推奨します。3MPa を超える場合は、インコネル 625 またはモネル 400 合金鋼を使用します。

• トリム

（１）バルブ内部部品はインコネル625で処理され、表面硬化処理が施されなければならない。

（２）バルブステム／スリーブの材質はインコネルX-750またはインコネル718である。

（３）非減圧弁であり、元のパイプと同じ口径を維持する必要があります。バルブコアシートはハードサーフェシング溶接には適していません。

（４）バルブシールリングの材質は、グリースを含まない成形グラファイト（低炭素含有量）である。

（５）上部バルブカバーには二重パッキンを採用しており、パッキンは耐高温グリースフリーグラファイト（468℃）です。

（6）バリや溝の流れに含まれる酸素は高速摩擦を生じ、多量の熱が蓄積され、炭素化合物とともに爆発する可能性があるため、バルブの内面仕上げはISO 8051-1 Sa2の要件を満たす必要があります。

 

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安全弁とリリーフ弁は構造と性能が似ており、どちらも圧力が設定値を超えると内部の媒体を自動的に排出して生産装置の安全を確保します。この本質的な類似性のため、この 2 つは混同されることが多く、一部の生産施設では互換性があるため、その違いが見落とされがちです。より明確な定義については、ASME ボイラーおよび圧力容器の仕様を参照してください。

安全弁: バルブの前の媒体の静圧によって駆動される自動圧力制御装置は、ガスまたは蒸気の用途に使用され、完全に開いた状態で動作します。

リリーフ バルブ: オーバーフロー バルブとも呼ばれ、バルブ前の静圧によって駆動される自動圧力リリーフ デバイスです。圧力が開放力を超えると比例して開き、主に流体用途に使用されます。

 

基本的な動作原理の違いは次のとおりです。安全弁は圧力を大気中、つまりシステム外に逃がします。これは流体容器の圧力逃がし装置として機能します。設定圧力値に達すると、弁はほぼ完全に開きます。一方、安全弁は流体をシステム内に戻すことで圧力を逃がします。つまり、低圧側です。圧力が徐々に上昇すると、安全弁は徐々に開きます。

違いは一般的に容量と設定値にも表れます。 安全弁 過圧状態を防ぐために圧力を解放するために使用される場合、制御信号に応じてバルブを開き、過剰な圧力を解放して正常に動作し続けるとバルブを閉じるためにオペレーターの支援が必要になる場合があります。

安全弁は、手動でリセットする必要のない圧力を逃がすために使用できます。たとえば、熱交換器が隔離されているが、流体の熱膨張によって過圧状態が発生する可能性がある場合に、熱リリーフ弁を使用して熱交換器内の圧力を逃がします。ボイラーやその他のタイプの燃焼圧力容器の安全弁は、容器に投入される可能性のあるエネルギーをより多く除去できる必要があります。

簡単に言えば、安全弁とリリーフ弁は、最も一般的に使用される 2 つのタイプの制御弁です。安全弁は圧力解放装置に属し、作動圧力が許容範囲を超えた場合にのみ作動してシステムを保護します。リリーフ弁は高圧媒体をシステムの圧力要件に迅速に満たすことができ、その動作プロセスは連続的です。

ブリーザー バルブは、圧力および真空リリーフ バルブとも呼ばれ、溶剤が高流量で充填および吸引される大気圧タンクおよび容器にとって重要な部品です。このタイプのバルブは、タンク、容器、プロセス機器の吸気および排気ラインに設置され、有毒な蒸気を保持して大気汚染を回避します。これにより、予期しない圧力および真空の変動が調整され、防火および安全性が向上します。

ブリーザーバルブはどのように機能しますか?

呼吸バルブの内部構造は、基本的に吸気バルブと排気バルブで構成されており、並べて配置することも、重ねて配置することもできます。タンクの圧力が大気圧に等しい場合、圧力バルブと真空バルブのディスクとシートは「吸着」効果により密接に連携し、シートは漏れのない密閉状態になります。圧力または真空が増加すると、シート側面の「吸着」効果によりディスクが開き、良好な密閉状態が維持されます。

タンク内の圧力が設計許容値まで上昇すると、圧力バルブが開き、タンク内のガスがベントバルブ（つまり、圧力バルブ）の側面から外気中に排出されます。このとき、タンク内の正圧により真空バルブは閉じます。逆に、タンクに負荷がかかり、大気温度が高くなって液体が蒸発すると、排気プロセスが発生し、大気圧の正圧により真空バルブが開き、外部のガスが吸引バルブ（つまり、真空バルブ）からタンク内に入ります。この時点で、圧力バルブは閉じます。圧力バルブと真空バルブは、いつでも開くことはできません。タンク内の圧力または真空が正常まで低下すると、圧力バルブと真空バルブが閉じ、呼気または吸入のプロセスが停止します。

 

ブリーザーバルブの目的は何ですか?

呼吸バルブは、以下の場合にのみ通常の状態で密閉されるものとする。

（１）タンクから空気が漏れると、呼吸バルブがタンク内に空気または窒素を吸い込み始めます。

（２）タンクにガスを充填すると、呼吸バルブが呼気ガスをタンクから押し出し始めます。

（３）気候の変化などにより、タンク内の物質の蒸気圧が上昇または低下し、呼吸弁が蒸気を吐き出したり、空気や窒素を吸い込んだりする（通常、熱効果と呼ばれる）。

（４）火災発生時にタンク内の液体は加熱された呼気ガスにより急激に蒸発し、過圧によるタンクの損傷を避けるために呼吸弁がタンク外に収縮し始める。

（５）揮発性液体の加圧輸送、内部および外部の伝熱装置の化学反応、操作ミスなどの作業条件では、過圧または超真空による貯蔵タンクの損傷を回避するために呼吸弁が作動します。

 

ブリーザーバルブの共通規格

DIN EN 14595-2016 – 危険物輸送用タンク - タンク用サービス機器 - 圧力および真空ブリーザーベント。

 

ブリーザーバルブはどのように取り付けられますか?

（１）ブリーザーバルブはタンク上部の最も高い位置に設置しなければならない。理論的には、蒸発損失やその他の排気を減らす観点から、ブリーザーバルブはタンク空間の最も高い位置に設置し、ブリーザーバルブへの最も直接的かつ最大限のアクセスを提供する必要がある。

（2）大容量タンクでは、1つの呼吸弁では過圧や負圧による故障の危険があるため、呼吸弁を2つ設置することができます。呼吸弁が2つ作動して同時に故障する危険が増すのを避けるため、通常、2つの呼吸弁は吸入圧力と排出圧力の勾配型設計で、1つは正常に作動し、もう1つは予備です。

（３）呼吸量が大きく、１つの呼吸弁の呼吸量が要求事項を満たせない場合には、２つ以上の呼吸弁を備え、それらの呼吸弁とタンク上部の中心との距離が等しく、すなわちタンク上部に対称的に配置する。

（4）窒素ブランケットタンクに呼吸バルブを設置する場合、窒素供給パイプの接続位置は呼吸バルブインターフェースから遠く離れ、タンクの上部から約200mmほど貯蔵タンク内に挿入する必要があります。これにより、タンクに入った窒素が直接排出されず、窒素ブランケットの役割を果たします。

（５）呼吸弁にアレスターがある場合には、タンクの過圧を回避するためにアレスターの圧力降下が呼吸弁の排出圧力に与える影響を考慮する必要がある。

（６）タンクの平均温度が０℃以下の場合、タンクの排気不良や空気供給不足によりタンクが凍結したり、バルブディスクが詰まったりして、タンクがドラムタンクの過圧状態になったり、タンクの低圧状態が解消されないように、ブリーザーバルブには凍結防止対策が施されていなければならない。

 

詳細情報については、 パーフェクトバルブ