- 極低温バルブの規格と定義
規格が異なれば、極低温バルブの定義も異なります。
(1) 英国バルブ規格 BS6364「低温用バルブ」は、-50 度～-196 度の中温範囲に適用されます。
(2) 米国規格 MSSSP-134「低温バルブおよびそのバルブ本体/ボンネットエクステンションの要件」では、低温について「標準的な慣行では、低温範囲は -100 度 ~ { {4}} 度 ";
(3) 中国国家規格GB/T 24925「極低温バルブの技術条件」は-29度〜-196度の中温範囲に適用されます。
(4) シェルバルブ規格 SHELL MESC SPE 77/200「低温・極低温用バルブ」は-30度～-196度の中温域に適用されます。
(5) 常圧下での各種ガスの液化温度により、一般に6つの温度レベルに分けられます。
レベル 1 は 0~ -46 度です
レベル 2 は -47~-60 度です
レベル 3 は -61~-70 度です
レベル 4 は -71~-101 度です
レベル 5 は -102~-196 度です
レベル 6 は -253 度未満です
一般に-46〜-150度を低温と呼び、-150度以下を超低温と呼びます。
石油化学産業における極低温バルブの定義は、搬送媒体の設計温度に基づいています。 一般に-40度以下の中温で使用されるバルブを極低温バルブと呼び、-101度以下の中温で使用されるバルブを極低温バルブと呼びます。
- 極低温バルブの設計上の特徴
1. 極低温バルブの材料選定
極低温バルブの作動媒体は温度が低いだけでなく、ほとんどの場合、または強い透過性を持っており、これがバルブ材料に対する多くの特別な要件を決定します。 低温における鋼の機械的性質は、常温におけるものとは異なります。 低温鋼の重要な指標は、強度に加えて低温衝撃靱性です。 材料の低温衝撃靱性は、材料の脆化転移温度に関係します。 材料の脆性転移温度が低いほど、材料の低温衝撃靱性は向上します。 炭素鋼などの体心立方格子を有する金属材料は低温脆性が発生しますが、オーステナイト系ステンレス鋼などの面心立方格子を有する金属材料は基本的に低温の影響を受けない衝撃靱性を持っています。
極低温バルブ本体やバルブカバーなどの耐圧部品の材質には、低温強度に優れた強靱な材質が使用されるのが一般的です。 溶接性、加工性能、安定性、経済性などの要素も考慮する必要があります。 設計時には、-46 度、-101 度、および -196 度の 3 つの低温レベルが一般的に使用されます。 低温炭素鋼は一般に-46度の低温グレードに使用され、300シリーズオーステナイトステンレス鋼は一般に-101度および-196度の低温グレードに使用されます。 適度な強度、靭性、加工性に優れたステンレス鋼です。
2. 石油化学極低温バルブの構造設計
(1) バルブカバーの構造設計
極低温バルブの明らかな特徴は、バルブカバーが一般にロングネック構造であることです。 GB/T24925「極低温バルブの技術条件」にも、「極低温ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブのバルブカバーは、用途に応じて使い分ける必要がある。温度要件は、スタッフィングボックスの底部の温度を0度以上に保つための保冷を容易にするロングネックバルブカバー構造。 拡張バルブカバー構造の設計は、主にバルブ操作ハンドルとスタッフィングボックス構造を低温領域から遠ざけることを目的としており、これにより、温度が低すぎることによるオペレーターの凍傷を回避するだけでなく、スタッフィングボックスと圧力を確保することもできます。スリーブはパッキンの損傷を防ぐために常温で使用されます。 シール性能が低下し、パッキンの寿命が長くなります。 低温下では温度が下がるにつれてパッキンの弾性が徐々になくなり、防漏性能が低下するためです。 媒体の漏れにより、パッキンやバルブステムが凍結し、バルブステムの正常な動作に影響を及ぼします。 同時にバルブステムも上下に動きます。 パッキンに傷がつき、重大な漏れの原因となります。 したがって、極低温バルブはロングネックバルブカバー構造を採用する必要があります。 また、ロングネック構造なので保冷材を巻きやすく、冷気のロスを防ぎます。 一般に低温パイプラインは保冷層が厚いため、ロングネックバルブカバーにより保冷施工が容易になり、パッキングランドを保冷層の外側に保つことができるため、損傷することなく必要なときにいつでもグランドボルトの締め付けや充填剤の追加が容易に行えます。保冷層。
ボンネット エクステンションは、BS6364、MSS SP-134、および SHELL MESC SPE77/200 規格で指定されています。 このうちBS6364では、保冷ボックスの場合の伸長寸法を15～500メートルと規定し、非保冷ボックスの最小伸長長さは250mmと規定している。 MSS SP-134 には、コールド ボックスと非コールド ボックスを備えた 15 ～ 300 メートルの拡張寸法の要件が含まれています。 比較すると、非保冷ボックスの展開寸法は BS6364 で規定されている寸法よりも長く、コールド ボックスの展開寸法は BS6364 で規定されている寸法よりも短くなります。 SHELL MESC SPE 77/200 ではコールドボックスと非コールドボックスの区別はなく、異なる温度範囲で 15 ～ 1200 の長さを規定しています。
総合的な考慮により、SHELL MESC SPE 77/200 は幅広い延長長さを備え、より便利で信頼性の高い使用が可能になります。 重大な低温状況で使用する場合は、SHELL MESC SPE 77/200 規格を参照して設計するか、設計ユニットの特別な長さの要件に従って設計することができます。 また、長さを選択する際には、設計上の保冷層の厚みがこの長さより大きいかどうかも考慮する必要があります。 その場合は保冷層の厚さに合わせて長さを長くする必要があります。
(2) 点滴板の構造設計
バルブ内には低温の媒体が通過するため、バルブステムやその上端の充填材への中温の伝達を回避または軽減し、これらの材料の凍結による破損を防ぐために、点滴板が設置されます。バルブに構造を追加することができます。 この種の点滴板構造のバルブについては、一部の研究機関で実験検証が行われ、点滴板付きバルブカバーの上端温度が高くなることが証明されています。 伸びたバルブカバーの上部は温度が低いため、通常バルブは空気にさらされています。 空気中の水蒸気は、低温のバルブカバーに接触すると液化して水滴になります。 滴下板の直径は中間フランジの直径を超えており、低温液化を防ぐことができます。 中間フランジボルトに水蒸気が滴り、ボルトの錆によるオンラインメンテナンスへの影響を防ぎます。 また、結露水が保冷層や弁体上部に滴下するのを防ぐため、保冷層の外側に滴下板を設置することで保冷層を保護し、冷却能力の低下を防ぎます。
(3) 圧力逃がし部品の構造設計
密閉キャビティ構造の極低温バルブを可燃性、爆発性、蒸発しやすい媒体で使用する場合、バルブのシール構造に特別な要件が必要になります。 一部の低温媒体は蒸発後に体積が増加します。 たとえば、気化後の液化天然ガスの体積は、液体状態の体積の 600 倍以上になります。 バルブが閉じており、周囲温度が比較的高い場合、バルブ本体内の低温媒体が環境を吸収します。 適度な熱により徐々に気化し、体積が急激に増加してバルブ内に過圧が発生し、バルブの安全性を脅かして媒体の漏れや火災事故を引き起こすこともあります。 バルブや工場の安全を確保するために、このようなバルブには自己放電のための中間キャビティが必要です。 圧力構造により、バルブキャビティ内の圧力が異常に過大になった場合に自動的にリリーフされます。 たとえば、低温ゲートバルブとボールバルブではシール原理が異なるため、圧力リリーフ設計に明らかな違いが生じます。 ただし、メーカーが異なれば、圧力解放構造の設計における特徴も異なります。
(4) 帯電防止・耐火構造設計
極低温バルブは一般に可燃性および爆発性の媒体で使用されるため、帯電防止設計と耐火設計が特に重要です。 静電気防止設計は、主に避雷針と同様の方法でバルブステムとバルブ本体の間に電流を流し、それによって静電気を放電して安全上の危険を排除し、システム全体の供給の安全性を確保します。 たとえば、GB/T24925 では、「可燃性の蒸気または液体に使用されるソフト シートまたはソフト クロージング インサートを備えたバルブの場合、設計ではバルブ本体とバルブ ステムに導電性の連続性が確保され、吐出経路の最大抵抗が確保される必要がある」と明確に規定されています。 10Ωを超えないでください。」 耐火構造の設計は、急激な温度変化による媒体漏洩の問題を主な目的としています。 耐火構造の設計は通常のバルブの設計要件と同様です。
(5) バルブ本体
バルブ本体は、温度変化による膨張および収縮に十分に耐えることができる必要があります。 また、温度変化によるバルブシートの変形が少ない構造となっております。
(6) 弁体
ゲート バルブはフレキシブル ゲートまたはオープン ゲートを使用します。 ストップバルブは、フラットシートとニードルバルブにプラグ形状の弁体を使用しています。 これらの構造形態により、温度変化に関わらず確実なシールを維持することができます。
(7) バルブステム
バルブステムの表面硬度を向上させ、バルブステム、パッキン、パッキングランド（グランド）が互いに焼き付き、シールパッキンを損傷し、故障の原因となるのを防ぐために、バルブステムにはクロムメッキ、ニッケルリンメッキ、または窒化処理を施す必要があります。スタッフィングボックスの漏れ。
(8) ガスケット
ガスケットを選定する際には、ガスケット材質の圧縮弾性率、仮締付力、締付圧力分布、応力緩和特性などの低温特性を考慮する必要があります。
(9) 詰め箱と梱包
スタッフィング ボックスは低温セクションに直接接触できませんが、ロングネック バルブ カバーの上部に配置されているため、スタッフィング ボックスは低温から遠く離れており、{{1} を超える温度環境で動作します。 } 程度 。 このようにして、スタフィングボックスの密閉効果が向上する。 漏れが発生した場合や、パッキンに低温流体が直接接触してシール効果が低下した場合には、スタフィングボックスの中央からグリースを注入してオイルシール層を形成し、スタフィングボックス内の圧力差を軽減します。補助的な密閉手段。 スタフィングボックスは主に中間金属絶縁リングを備えた2段パッキン構造を採用しています。 ただし、一般的なバルブスタフィングボックス構造や自動締付バルブステムを備えたダブルスタフィングボックス構造など、他の形式を採用しているものもあります。
(10) 上部シール
極低温バルブはすべて上部シールシート構造を備えています。 上部シール面はコバルトクロムタングステンカーバイドでオーバーレイし、仕上げ後に研磨する必要があります。
(11) 弁座、弁体（ゲート）シール面
極低温バルブの閉鎖部にはコバルトクロムタングステンカーバイドの表面構造を採用しています。 ソフトシール構造は、ポリテトラフルオロエチレンの膨張係数が大きく、低温では脆くなるため、-70度を超える温度の極低温バルブにのみ適していますが、ポリトリフルオロエチレンは、{{3}度までの温度の極低温バルブに使用できます。 }} 程度 。
(12) ミドルフランジボルト
ボルトは繰り返し荷重がかかると疲労により折れることが多いため、十分な強度が必要です。 ボルトはねじ根元に応力集中が生じやすいため、全ねじ構造のボルトが使用されます。