工業用バルブの選択：決定版ガイド

バルブは、空気、泥、油、水、蒸気、液体金属、腐食性媒体、放射性媒体など、あらゆる流体の流れを制御するために使用できる。従って、配管システムに最適なバルブを選択することは非常に重要である。配管システムに最適なバルブを選択するためには、バルブの特性を知り、選択の手順と基準を見つけることが重要です。

バルブの分類

工業用バルブは様々なパラメータによって分類することができる。

一般的な分類

a.自動バルブ：媒体の種類（液体、気体など）に応じて自ら作動するバルブ。
例逆止弁、安全弁、調整弁、トラップ弁、減圧弁など。
b.作動弁：手動、電気、油圧、または空気圧で操作できるバルブ。

例ゲートバルブ、グローブバルブ、スロットルバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブ、プラグバルブ等。

バルブの構造による分類：

a.グローブ弁：ブロック部分は弁座の中心に沿って動く。
b.ゲートバルブ：ブロック部分は垂直な弁座の中心に沿って動く。
c.プラグバルブとボールバルブ：ブロック部分はプランジャーまたはその中心を中心に回転するボールである。
d.スイングバルブ：ブロック部分が弁座の外側の軸を中心に回転する。
e.バタフライバルブ：ブロック部分のディスクが弁座の軸を中心に回転する。

f.スライドバルブ：ブロック部が流路の垂直方向にスライドする。

用途に応じたバルブの分類：

a.オンとオフを切り替えるバルブ：パイプラインの媒体を通したり止めたりするのに使う。
例グローブバルブ、ゲートバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブなど。
b.リサイクルを止めるバルブ：培地の逆流防止に使用
例チェックバルブ
c.調整用バルブ：媒体の圧力と流量を調整するために使用される。
例調整弁、減圧弁。
d.分配用バルブ：流れる媒体の方向とその分配を変えるために使用される。
例ライニングTコックバルブ、分配バルブ、スライドバルブ。
e.安全目的のバルブ：媒体の圧力が規定値を超えた場合に、配管システムおよび機器の安全を確保するために過剰な媒体を排出するために使用される。
例安全弁、ガード弁

f.その他の特別な目的のためのバルブ：トラップバルブ、ベントバルブ、ドレンバルブ。

走行モードによるバルブの分類：

a.手動駆動バルブ：手動ハンドル、ハンドル、レバー、チェーンなどで駆動するもの。
b.電気駆動弁：モーター又はその他の電気装置によって駆動されるもの。
c.油圧駆動バルブ：水または油によって駆動される。

d.空気圧駆動バルブ：圧縮空気で駆動する。

バルブの公称圧力による分類：

a.真空バルブ：絶対圧＜0.1Mpa、すなわち圧力760mmHgのバルブ（圧力を示すのに水銀のミリメートルまたは水のミリメートルが使用される）。
b.低圧弁：常用圧力 PN ≤ 1.6 Mpa の弁（圧力 ≤ 1.6 Mpa の鋼製弁は範囲に含まれる）。
c.中圧バルブ：常用圧力が PN 2.5~6.4 Mpa のバルブ。
d.高圧バルブ：通常の圧力が PN 10.0~80.0 Mpa のバルブ。

e.超高圧弁：常用圧力 PN ≥ 100.0 Mpa の弁

作動媒体の温度によるバルブの分類：

a.一般バルブ：一般弁：作動媒体の温度が 40℃～425℃の範囲で使用される弁。
b.高温バルブ：作動媒体の温度が 425℃～600℃の場合に使用される弁。
c.耐熱バルブ：作動媒体の温度が 600℃を超える場合に使用されるバルブ。
d.氷点下バルブ：作動媒体の温度が-150℃～40℃の場合に使用されるバルブ。

e.極低温バルブ：作動媒体の温度が-150℃以下の場合に使用されるバルブ。

バルブの内径による分類：

a.小口径弁：呼び内径 DN<40mm の弁。
b.中口径弁：呼び内径が DN50～300mm の弁。
c.大口径弁：呼び径が DN350～1200mm の弁。

d.オーバーサイズバルブ：呼び内径が DN350～1200mm の弁。

配管との接続によるバルブの分類：

a.フランジに接続されたバルブ：フランジで配管に接続されるバルブ。
b.ねじ山で接続されたバルブ：内ネジまたは外ネジで配管に接続されるバルブ。
c.溶接されたバルブ：c. 溶接バルブ：接合部が溶接され，配管と溶接されたバルブ。
d.クランプで接続されるバルブバルブ本体にクランプポートがあり、クランプによって配管に接続されるバルブ。

e.フェルール接続のバルブ：フェルール接続により配管と接続されるバルブ。

バルブ特性

バルブは一般的に以下の2つの特徴を持つ：

アプリケーションの特徴：

バルブの主なサービス性能とサービス範囲を決定する。以下の項目がこの範囲に属する：
- バルブの目的（ブロックバルブ、調整バルブ、安全バルブなど）
- バルブの種類（ゲートバルブ、グローブバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブなど）
- 主要部品（バルブボディ、バルブカバー、ステム、ディスク、シール面）の材質。
- バルブの伝達モード。

構造上の特徴：

バルブの設置、修理、メンテナンス、その他の方法を決定する。以下の項目が含まれる：
- バルブの長さと全体の高さ。
- パイプとの接続形態（フランジ、クランプ、内外ネジ、溶接など）
- シーリングフォーム（インサートリング、スレッドリング、ビード溶接、スプレー溶接、バルブ本体）。

- バルブステムの構造（回転ステム、リフトステムなど）

バルブ選択のステップと基準

選考のステップ

1) バルブが使用される機器・装置の用途、使用媒体、使用圧力、使用温度等の使用条件を確認する。

2) フランジ、ネジ、溶接など、配管の呼び径とバルブへの接続方法の両方を確認すること。

3) バルブの駆動方法を決定する。すなわち、バルブを手動、電気、電磁気、空気圧、油圧、電気リンケージ、電気油圧リンケージなどで操作できるかどうかを決定する。

4) パイプラインによって移送される媒体、使用圧力、使用温度、およびねずみ鋳鉄、可鍛鋳鉄、節状鋳鉄、炭素鋼、合金鋼、ステンレス耐酸鋼、または銅合金などの内部部品に応じて、両方のハウジングを決定する。

5) ブロックバルブ、調整バルブ、安全バルブなど、バルブの目的を選択する。

6) バルブの種類、すなわち、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、スロットルバルブ、安全バルブ、減圧バルブ、スチームトラップバルブなどを確認する。

7) 自動弁の場合、パラメータを決定する。すなわち、許容流量抵抗、吐出容量、背圧などを決定し、様々なニーズに応じてパイプラインの公称直径と弁座穴の直径を決定する。

8) 選定されたバルブの幾何学的パラメータ、すなわち、構造長さ、フランジ接続形態とサイズ、開閉後のバルブの高さ、接続されたボルト穴のサイズと数、バルブの全体サイズを決定する。

9) バルブ製品カタログ、バルブ製品サンプルなどの既存データを活用し、適切なバルブ製品を選定する。

選考基準

バルブを選ぶ手順を理解した後、さらにバルブを選ぶ基準を理解する必要がある。

1) 選択したバルブの目的、運転条件、運転制御方法に応じて選択すること。

2) 作動媒体の特性、すなわち作動圧力、作動温度、腐食性能、媒体の粘度、固体粒子を含むかどうか、有毒かどうか、可燃性かどうか、爆発性かどうかなどに応じて選択すること。

3) 流体特性（流体抵抗、吐出容量、流量特性、シールレベル等）の要求に応じてバルブを選択すること。

4) 呼び径、接続方法、パイプラインとの接続サイズ、外形サイズ、重量制限など、設置サイズや外形サイズの要件に応じて選択する。

5) バルブ製品の信頼性、耐用年数、電気機器の防爆性能に関する追加要件に従って選択すること。

選考パラメーターにおけるいくつかの重要なポイント

- バルブを制御目的に使用する場合は、以下の追加パラメーターを決定しなければならない：

- 操作方法

- 最大流量と最小流量、

- 通常流と閉時の圧力損失、

- バルブ入口の最高圧力と最低圧力。

- 上記の基礎とステップに加え、各種バルブの内部構造を詳細に理解し、合理的で正しいバルブの選択を行う。

- バルブはパイプラインにおける最終的な制御装置である。バルブの開閉は、パイプライン内の媒体の流れを制御します。

- バルブの流路の形状は、バルブに特定の流量特性を与えます。パイプラインシステムに最適なバルブを選択する際には、この点を考慮する必要があります。

バルブを選択する際に従うべき原則

流体の停止および解放用バルブ

- バルブの流路がストレートスルータイプの場合、その流路抵抗は小さく、通常、停止・開放用のバルブとして選択される。

- 下閉めバルブ（ストップバルブ、プランジャーバルブ）は、流路が蛇行し、流路抵抗が大きいため、あまり好まれない。

- ブロックバルブのようなバルブは、より高い流路抵抗が許容される場合に使用できる。

流量制御用バルブ

ある目的のために選択されたバルブは、流量を容易に調節できなければならない。

- 下閉バルブ（ブロックバルブなど）は、弁座の大きさがブロック部品のストロークに比例するため、この目的に適している。

- ロータリーバルブ（プラグバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブ）やフレキシャーボディタイプのバルブ（クランプバルブ、ダイヤフラムバルブ）もスロットルコントロールに使用できますが、限られたバルブ径の範囲内での使用に限られます。

- ゲートバルブは、円形の弁座に対して横方向の動きをする円盤状のバルブである。閉位置に近い時のみ流量を制御できる。従って、通常流量制御には使用されません。

反転・分岐用バルブ

逆流や分流の要件に応じて、バルブは3つ以上のチャンネルを持つことができます。この目的にはプラグ弁とボール弁が適している。従って、反転・分流に使用されるバルブの多くは、これらの中から選択される。しかし、場合によっては、2つ以上のバルブが適切に接続されている限り、他のタイプのバルブも反転・分流に使用することができる。

粒子がぶら下がった媒体で使用されるバルブ

媒体中に浮遊粒子がある場合は、ブロック部品がシール面に沿って摺動するワイピング機能付きバルブを使用するのが最善である。ブロック部品の往復運動が弁座に対して垂直である場合、粒子を保持する可能性があるため、これらのバルブは、シーリング面の材質が粒子を埋め込むことを許容しない限り、非粒子媒体にのみ適している。ボールバルブもプラグバルブも、開閉プロセスにおいてシール面にワイピング機能があるため、粒子がぶら下がった媒体での使用に適している。

バルブの選択方法

1.ゲートバルブの選択

ゲートバルブは最も好まれるタイプのバルブである。蒸気や石油製品のような媒体に適しているだけでなく、粒状の固形物や高粘度を含む媒体にも適しています。ベントや低真空システムにも適しています。固形粒子を含む媒体には、ゲートバルブ本体に1～2個のパージホールを設ける必要がある。低温の媒体には、低温専用のゲートバルブを使用する。

2.グローブ弁の選択

地球弁は流動抵抗のための厳密な条件を持っていないパイプラインのために適していますすなわち、圧力損失。それらは高温および高圧のパイプラインか装置および蒸気媒体および DN<200mm のパイプラインのために考慮することができます。小さい弁のために、地球弁はピントル弁、器械のための弁、サンプリングのための弁、圧力計弁、等のような、使用することができます。流れの調節か圧力調節によって、地球弁かスロットル弁は低い正確さおよび比較的小さい直径のために好まれます。毒性の強い媒体には、ベローズシールされたグローブバルブを使用する。ただし、粘度が高く、沈殿しやすい粒子を含む媒体には使用しない。これらのバルブは、ベントバルブや低真空システム用のバルブとしては使用できません。

3.ボールバルブの選択

ボールバルブは低温、高圧、高粘度の媒体に適しています。ほとんどのボールバルブは、固体粒子がぶら下がった媒体にも使用でき、シール材の要求に応じて粉体や粒状の媒体にも使用できます。フルチャンネルボールバルブは流量調節には適さないが、緊急時や事故時に素早く開閉を行う必要がある場合に適している。ボールバルブは、厳格なシール性能、摩耗、収縮流路、迅速な開閉動作、高圧停止（大きな差圧）、低騒音、ガス化、低動作トルク、低流体抵抗のパイプラインで推奨されています。また、軽量構造、低圧停止、腐食性媒体にも適しています。

低温、極低温媒体のための最も理想的なバルブであるが、ボンネット付き低温ボールバルブは低温媒体のパイプラインシステムやデバイスで使用されます。フローティングボール弁を選択する場合、シート材料はボールと作動媒体の荷重に耐えるものでなければならない。大口径のボールバルブは、作動中に大きなトルクを必要とする。DN≥200mm のボールバルブには、ウォームギアドライブによる運転が好ましい。その上、非常に有毒な材料および可燃性媒体のパイプラインで使用される球弁は耐火性および帯電防止べきである。

4.スロットルバルブの選択

スロットルバルブは、媒体の温度が低く、圧力が高い場所に適しています。また、流量と圧力を調整する必要がある場所にも適しています。しかし、粘度が高く、固体粒子を含む媒体には適していません。そのため、隔離弁としては使用できません。

5.プラグバルブの選択

一般的に、プラグバルブは迅速な開閉が必要な場合に適している。また、低温で粘度の高い媒体や、粒子がぶら下がった媒体にも適していますが、蒸気や高温の媒体には適していません。

6.バタフライバルブの選択

バタフライバルブは、大口径（DN > 600 mmなど）と短い構造長さを持つパイプラインに適しているだけでなく、高速流量調整と迅速な開閉の要件に適しています。それらは温度≤80℃および圧力≤1.0MPa の水、オイルおよび圧縮空気および他の媒体のために一般に使用されます。ゲート弁および球弁と比較すると、蝶弁は比較的大きい圧力損失のためにより少ない厳密な圧力損失のパイプライン システムのために適しています。

7.チェックバルブの選択

逆止弁は通常、清浄な媒体には適しているが、固形粒子を含む媒体や高粘度の媒体には適していない。

- DN≦40mmの場合は、リフト逆止弁を使用する（水平配管にのみ設置可）。

- DN=50～400mm の場合、スイングリフトチェックバルブを使用する。垂直配管に設置する場合、媒体の流れ方向は下から上にする。）

- DN≧450mmの場合は、バッファータイプの逆止弁を使用する。

- DN=100～400mmの場合、ウェハーチェックバルブも使用できる。

スイングチェックバルブは、非常に高い使用圧力に対応することができ、PNは42MPaに達することができます。ハウジングとシールの材質により、水、蒸気、ガス、腐食性媒体、油など様々な作動媒体に適用でき、作動温度は-196～800℃の範囲です。

8.ダイヤフラムバルブの選択

ダイヤフラムバルブは、油、水、酸媒体、ダングリング粒子を含む媒体で、使用温度が200℃以下、圧力が1.0MPa以下のものに適していますが、有機溶剤媒体や強酸化剤媒体には適していません。

- 堰式ダイヤフラムバルブは研磨性のある粒状媒体用に選択されるべきである。堰式ダイヤフラムバルブを選択する際には、その流量特性表を参照すること。

- ストレートスルーダイヤフラムバルブは、粘性流体、セメントスラリー、沈殿物などの媒体に使用されるべきである。

- ダイヤフラムバルブは、特別な要件がない限り、真空パイプラインや真空機器に使用すべきではない。

概要

様々な種類のバルブは幅広い用途を持ち、作動頻度も高い。バルブの用途は、日常生活の様々な場面で見られる。バルブの役割は、パイプラインシステムの正常な作動を確保し、"垂れ流し "や "漏れ "現象の発生を防ぐために非常に重要である。従って、バルブの構造、動作、使用条件を理解し、バルブを正しく選択することが非常に重要である。