圧力レギュレータは通常、プロセス圧力と内部スプリング、ダイヤフラム、ピストン、またはパイロット システムを使用して、別個のコントローラを使用せずに上流または下流の圧力を維持する内蔵型の圧力制御デバイスです。制御バルブは通常、トランスミッター、コントローラー、アクチュエーター、そして多くの場合ポジショナーを使用する外部ループの最終制御要素です。シンプルさと外部ユーティリティからの独立性が重要な場合は、定義されたローカル圧力制御義務用のレギュレータを選択してください。プロセスでリモート設定値の変更、複数の制御変数、広範な自動化統合、診断、計画的な故障アクション、または調整されたプラント制御が必要な場合は、制御バルブを選択してください。
圧力調整器と制御バルブは、流体を絞り、圧力を変更することができます。外から見ると、同じ仕事をしているように見えることもあります。これにより、調達に関する一般的な質問が生じます。
プロジェクトでは圧力調整器または制御バルブを使用する必要がありますか?
正しい答えは、バルブ本体よりもむしろ制御アーキテクチャに依存します。通常、レギュレータは機械的またはパイロットを通じて圧力を感知し、別個のコントローラを必要とせずに自動的に調整します。制御バルブは外部制御システムからコマンドを受け取り、圧力、流量、温度、レベル、またはその他の測定変数に応答できます。
このガイドでは比較します コントロールバルブと圧力調整器 動作原理、精度、負荷応答、ユーティリティ、自動化、故障アクション、メンテナンス、アプリケーションのリスクごとに分類されます。
1 つのテーブルの違い
| 比較項目 | 圧力調整器 | コントロールバルブ |
|---|---|---|
| 一次機能 | 定義された上流または下流の圧力を維持します。 | 流量を調整して、圧力、流量、温度、レベル、またはその他のプロセス変数を制御します。 |
| 制御信号 | 通常は、ダイヤフラム、ピストン、ベローズ、またはパイロットを通じてプロセス圧力を直接感知します。 | 外部の空気圧、アナログ、デジタル、または通信コマンドを受信します。 |
| 外部電源 | 直接およびパイロット操作のレギュレータは通常、別個の電力または計器用空気電源なしで動作します。 | 通常、計器用空気、電気、油圧、または別のアクチュエータ ユーティリティが必要です。 |
| 設定値の調整 | 多くの場合、局所的な機械調整が行われます。選択したデザインではリモートロードが可能です。 | PLC、DCS、コントローラまたは監視ロジックを通じてリモートで変更できます。 |
| 制御範囲 | 通常は 1 つの圧力制御機能専用です。 | カスケード、比率、オーバーライド、分割範囲、および多変数制御戦略に参加できます。 |
| 典型的な複雑さ | コンパクトで自己完結型。 | バルブ、アクチュエーター、ポジショナー、送信機、コントローラーおよび付属品が含まれます。 |
| パフォーマンスに関する主な懸念事項 | ドループ、ロックアップ、供給圧力の影響、クリープ、パイロットの安定性、および流量曲線の制限。 | サイジング、設置ゲイン、デッドバンド、アクチュエーター力、チューニング、キャビテーション、ノイズ、信号の完全性。 |
圧力調整器の仕組み
圧力調整器は、内部のバルブ要素を動かす力のバランスをとります。設計に応じて、バネまたは負荷圧力が、ダイヤフラム、ピストン、またはベローズによって感知される圧力に対抗して作用します。
レギュレーターは、需要と圧力の変化に応じて自動的に開閉します。通常、別のコントローラーが出力信号を計算するのを待ちません。
減圧レギュレータ
減圧レギュレータは下流側の圧力を制御します。下流側の需要が増加し、圧力が低下し始めると、レギュレーターがさらに開きます。下流側の需要が減少し、圧力が上昇すると、レギュレータは閉位置に向かって移動します。
一般的な用途には次のようなものがあります。
- 天然ガスの流通
- 計器ガスシステム
- 蒸気減圧
- 水道およびユーティリティの圧力制御
- ガスシリンダーおよび分析システム
- 装置入口圧力制御
背圧レギュレータ
背圧レギュレーターは、レギュレーターの上流の圧力を制御します。上流圧力が設定条件を超えて上昇すると開き、必要な上流圧力を維持するために絞ります。
これは圧力リリーフバルブとは異なります。背圧レギュレータは、連続的または調整的な圧力制御を目的としたプロセス制御デバイスです。リリーフバルブまたは安全バルブは、定義された過圧条件下で過剰な圧力を排出するために選択される保護装置です。
過圧保護の基本については、 圧力リリーフバルブガイド.
直動式レギュレータ
直動式レギュレータは、検出素子を内部のバルブ機構に直接接続します。比較的シンプル、コンパクトで経済的です。
その適合性は、必要な流量範囲全体にわたる許容可能な圧力変動によって決まります。需要が大きく変化すると、プロセスで許容されるよりも広い比例応答またはドループが発生する可能性があります。
パイロット式レギュレータ
パイロット操作式レギュレータは、より小型のパイロット システムを使用してメイン バルブを制御します。パイロットは圧力を感知し、プロセス流体または負荷圧力を使用してメインバルブを位置決めします。
パイロット操作の設計は、基本的な直接操作のレギュレーターよりも、より高い容量、より狭い比例帯域、または変化する需要全体にわたるより優れた圧力制御を提供する可能性があります。プロセス圧力が動作エネルギーを供給し、別個のプラントユーティリティが必要ない場合、それらは通常、自己動作とみなされます。
コントロールバルブの仕組み
制御バルブは通常、完全なフィードバックまたはコマンド システムの一部です。
一般的な圧力制御ループには次のものが含まれます。
- 圧力トランスミッタはプロセス圧力を測定します。
- コントローラーは測定値と必要な設定値を比較します。
- コントローラーはバルブ ポジショナーまたはアクチュエーターにコマンドを送信します。
- アクチュエータはバルブトリムを動かします。
- 変化した流量によりプロセス圧力が変化します。
制御変数は圧力である必要はありません。正しいセンサーと制御ロジックが使用されている場合、流量、温度、レベル、組成、またはその他のプロセス要件に対して同じバルブ パッケージを選択できます。
完全な制御バルブ パッケージには以下が含まれます。
- グローブ、アングル、ロータリー、バタフライ、または偏心プラグ バルブ本体
- 空気圧、電気または油圧アクチュエータ
- デジタルまたは電空ポジショナー
- エアフィルターレギュレーター
- 電磁弁
- リミットスイッチまたは位置発信器
- ボリュームブースターまたはスピードコントロールアクセサリ
- PLC、DCS、またはスタンドアロン コントローラ インターフェイス
完全なバルブ本体とトリム決定パスについては、 コントロールバルブセレクションガイド.
レギュレーターの圧力が完全に一定ではない理由
レギュレータの設定値は、あらゆる流量および入口条件下で 1 つの完全に固定された出口圧力として解釈されるべきではありません。
ドループ
ドループとは、流量の変化に伴う制御圧力の変化です。減圧レギュレータでは、通常、流量要求が増加すると下流圧力が減少します。
したがって、レギュレータの選択には、予想される入口圧力、出口圧力、媒体および流量範囲におけるメーカーの流量曲線を使用する必要があります。有用な動作領域は、1 つのカタログ設定圧力値よりも重要です。
ロックアップ
ロックアップとは、レギュレーターが流動状態から完全に閉じた状態に移行するために必要な圧力増加です。したがって、流れのない圧力は、流体が流れているときに観察される圧力よりも高くなる可能性があります。
供給圧力の影響
供給圧力の影響は、入口圧力の変化が制御された出口圧力にどのような影響を与えるかを表します。方向と大きさはレギュレーターの設計によって異なります。
バランスのとれたバルブ要素、パイロットシステム、または多段構成により影響が軽減される可能性がありますが、購入者はメーカーが公表している性能を確認する必要があります。
クリープ
クリープとは、レギュレーターが閉じた後に下流側の圧力が徐々に上昇することです。これは、汚れ、シートの損傷、不適切な組み立て、またはその他のシールの問題を示している可能性があります。
入口圧力、出口設定値、接続サイズだけで圧力調整器を承認しないでください。流量曲線、ドループ、ロックアップ、入口圧力の変化、媒体特性、必要な最大流量を確認します。
通常、圧力レギュレータがより良い選択である場合
以下の条件が当てはまる場合には、圧力調整器を使用することがより現実的な選択肢となる可能性があります。
任務はローカルであり、プレッシャーに基づくものである
デバイスは、1 つの場所で上流または下流の圧力を維持するだけで済みます。このプロセスでは、温度、流量、レベル、または調整された複数の変数の制御は必要ありません。
外部ユーティリティが利用できない、または望ましくない
自己操作型レギュレータは、計器用空気、電力、コントローラ出力、または通信インフラがなくても機能し続けることができます。
高度な自動化よりもシンプルさが重要
レギュレーターを使用すると、単純な圧力制御ステーションに必要な機器、ケーブル、配管、制御パネル、およびソフトウェア機能の数を減らすことができます。
必要な流量と圧力範囲がレギュレーターの曲線に適合
選択したレギュレータは、予想される入口圧力および流量範囲全体にわたって圧力を許容範囲内に維持する必要があります。通常の動作点のみを目的として選択しないでください。
局所的な機械的応答が速いと有益
レギュレータは圧力をローカルで感知するため、リモートトランスミッタ、コントローラの計算、コマンドパスを待たずに応答できます。実際の動的性能は、やはりレギュレータのサイズ、感知配置、容量、システムの安定性に依存します。
通常、コントロールバルブがより良い選択である場合
設定値はリモートで変更する必要がある
制御バルブは、DCS、PLC、または監視システムから設定値の変更を受け取ることができます。これは、バッチプロセス、負荷追従システム、レシピ変更、プラント全体の最適化に役立ちます。
制御変数は圧力だけではありません
制御バルブは以下を調整できます。
- 流れ
- 温度
- レベル
- 差圧
- 混合比
- 蒸気の状態
- 複数の調整されたプロセス変数
プロセスには高度な制御ロジックが必要
制御弁は以下に参加できます。
- カスケード制御
- レシオコントロール
- スプリットレンジ制御
- オーバーライド制御
- フィードフォワード制御
- リモートシャットダウンまたはインターロックロジック
診断と位置フィードバックが必要です
デジタル ポジショナーは、選択したデバイスと通信システムに応じて、移動量、コマンド偏差、空気供給状態、摩擦インジケーター、その他の診断情報を報告できます。
失敗アクションは独立して設計する必要がある
制御バルブ パッケージは、スプリング動作、蓄積エネルギー、ロックアップ システム、またはプロジェクト固有の制御アーキテクチャを通じて、フェール オープン、フェール クローズ、または所定の位置でフェールオープンするように設計できます。
バルブは厳しい圧力降下状態を管理する必要がある
制御バルブには、縮小トリム、低騒音ケージ、耐キャビテーション トリム、多段階減圧、強化コンポーネント、または特殊なボディ スタイルを装備することができます。
キャビテーション、フラッシング、または高い空力ノイズが発生する可能性がある場合は、見直してください。 キャビテーションとノイズを低減するためのコントロールバルブトリムオプション.
プロジェクト要件別の意思決定マトリックス
| プロジェクトの要件 | おそらく出発点 | エンジニアリングチェック |
|---|---|---|
| 簡単な局所的な下流側減圧 | 減圧レギュレータ | 流量曲線、ドループ、ロックアップ、入口のバリエーション、シートの互換性。 |
| プロセスまたは戻りラインの上流圧力を維持する | 背圧調整器 | 蓄積量、流量範囲、排出先、救援義務との区別。 |
| 計器空気なしの蒸気分布圧力 | 直接またはパイロット操作の蒸気調整器 | 蒸気の質、ストレーナー、分離器、ドレンの配置、負荷の変動、圧力帯。 |
| DCS からのリモート圧力設定値 | コントロールバルブ | 送信機の範囲、調整、アクチュエーター、ポジショナー、故障アクションおよび通信。 |
| 流量または温度と調整された圧力制御 | コントロールバルブ | 制御戦略、ループとバルブ設置ゲイン間の相互作用。 |
| 非常に広い荷重範囲と要求される圧力安定性 | 比較後のパイロットレギュレータまたはコントロールバルブ | 必要な制御帯域、流量ターンダウン、入口バリエーション、ユーティリティ、ライフサイクル サポート。 |
| 安全過圧保護 | 安全弁またはリリーフ弁 | 適用コード、設定圧力、リリーフ能力、吐出方式。レギュレーターや通常のコントロールバルブを代用しないでください。 |
制御精度: 1 つの普遍的な主張を避ける
すべての制御バルブがすべてのレギュレーターよりも正確であると言うのは、技術的には正しくありません。
パイロット操作のレギュレーターは、適切に選択されたデューティで厳密で再現性のある圧力制御を提供できます。過剰な不感帯、不正確な調整、または不適切なトランスミッターを備えた不適切なサイズの制御バルブは、パフォーマンスを低下させる可能性があります。
比較には実際のプロジェクト基準を使用する必要があります。
- 許容圧力変動
- 最小、通常、最大流量
- 最小および最大入口圧力
- 必要な応答時間
- 設定値変更頻度
- プロセス量と配管のダイナミクス
- 測定精度
- 必要なターンダウン
- ユーティリティとメンテナンスの可用性
レギュレーターは主に、公表されている圧力流量性能と動作限界によって評価されます。制御バルブは、バルブのサイジング、予測される移動量、取り付けられた特性、アクチュエーターの応答、測定品質、ループ調整を通じて評価されます。
Cv、Kv、予測移動量の要件については、以下を参照してください。 コントロールバルブのサイズを決める方法.
故障モードと安全動作
レギュレータの故障に関する考慮事項
考えられるレギュレータの問題には次のようなものがあります。
- シートの汚れと下流側の圧力クリープ
- ダイヤフラム、ベローズ、パイロットの損傷
- 検出線の詰まり
- 不適切なスプリング範囲
- 過大な配管や不適切な配管配置による不安定性
- ガスサービスにおける凍結、結露、またはジュールトムソン冷却
- 許容プロセス帯域外のドループまたは供給圧力の影響
ダイヤフラムまたはパイロットの故障の結果は、レギュレータの設計によって異なります。購入者は、レギュレータが常にフェイルクローズすると仮定するのではなく、故障動作の文書化を要求する必要があります。
コントロールバルブの故障に関する考慮事項
考えられる制御弁の問題には次のようなものがあります。
- 計器の空気または電力の損失
- ポジショナーまたは信号障害
- アクチュエータの小型化
- 不適切なフェイルアクションアクセサリ
- ステムまたはシャフトの摩擦
- トリムエロージョン、キャビテーション、プラギング
- 送信機信号またはコントローラー出力の損失
完全なフェールオープン、フェールクローズ、またはフェールインプレース応答は、組み立てられたパッケージとしてテストする必要があります。
アクチュエータの選択には、 バルブアクチュエータセレクションガイド.
メンテナンスとライフサイクルの比較
| メンテナンスエリア | 圧力調整器 | コントロールバルブ |
|---|---|---|
| 主要な機械部品 | シート、プラグまたはポペット、スプリング、ダイヤフラム、ピストン、ベローズおよびパイロット部品。 | ボディ、トリム、ステムまたはシャフト、パッキン、アクチュエーター、マウントおよび付属品。 |
| 校正 | 設定圧力と性能のチェック。該当する場合はパイロット調整。 | ポジショナーのゼロ/スパン、トラベル、フィードバック、コントローラーループ、およびフェイルアクションのテスト。 |
| 診断機能 | 通常、別個の計装がインストールされていない限り、制限されます。 | デジタルバルブ診断とリモート位置フィードバックを含めることができます。 |
| サポート要件 | レギュレーター修理キット、スプリング、ダイヤフラム、パイロット、流量性能データ。 | トリム部品、パッキン、アクチュエーターシール、ポジショナーサポート、校正ツール、制御システムの知識。 |
見積前に必要な情報
圧力調整器用
- 減圧または背圧デューティ
- 培地と化学組成
- 最小および最大入口圧力
- 必要な制御圧力と許容変動
- 最小、通常、最大流量
- 動作温度および設計温度
- 接続サイズと規格
- ボディ、トリム、ダイヤフラム、シートの材質要件
- 直接操作、パイロット操作、またはリモートロードの選択
- 予想される無流状態とロックアップ要件
- 騒音、凍結、結露、汚染のリスク
- 必要な圧力計、ストレーナ、リリーフ保護、および文書
コントロールバルブ用
- 制御変数と制御哲学
- 最小、通常、最大のプロセスケース
- あらゆる場合の入口および出口圧力
- 流体の性質と温度
- 必要な Cv または Kv と予測される移動量
- 指定されている場合、バルブ本体とトリムの設定
- 漏れ規格と等級
- アクチュエータのタイプと最小ユーティリティ電源
- フェールオープン、フェールクローズ、またはフェールインプレースの要件
- 制御信号、フィードバック、通信プロトコル
- 危険区域、囲い、周囲条件
- 検査、校正、および文書化の要件
調達決定チェックリスト
- 変数を定義します。 デバイスは局所圧力のみを制御していますか、それとも別のプロセス変数ですか?
- アーキテクチャを定義します。 自己操作する必要がありますか、それとも PLC/DCS によって制御されるべきですか?
- 動作範囲を定義します。 最小、通常、最大流量と入口圧力はどれくらいですか?
- 圧力帯域を定義します。 変化する需要に対して、どの程度の圧力変動が許容されますか?
- ユーティリティを確認します。 計器の空気、電気、制御信号は利用可能ですか?
- 設定値の要件を確認します。 ローカル調整で十分ですか? それともオペレーターがリモートで変更する必要がありますか?
- 失敗時の動作を確認します。 信号、電力、ダイヤフラム、またはパイロット機能が失われた後はどうなるのでしょうか?
- 厳しいサービスを確認してください: ノイズ、キャビテーション、フラッシング、侵食、凍結、または汚れた媒体の可能性はありますか?
- メンテナンスを確認してください: 修理キット、校正ツール、技術者、スペアパーツは利用可能ですか?
- 安全性を独立させてください: 別途リリーフや安全保護が必要かどうかを確認してください。
デバイスを選択する前に圧力制御デューティを送信してください
媒体、入口圧力範囲、必要な制御圧力、流量範囲、温度、制御哲学、利用可能なユーティリティ、故障要件、および文書化範囲を提供します。 Vcore Valve は、プロジェクトで自己操作式レギュレーター、パイロット操作式レギュレーター、または作動制御バルブ パッケージを使用する必要があるかどうかをレビューできます。
関連する技術リソース
- コントロールバルブセレクションガイド
- コントロールバルブのサイズを決める方法
- 等しいパーセンテージとリニアコントロールバルブ
- コントロールバルブの漏れ等級
- バルブアクチュエータセレクションガイド
- キャビテーションとノイズを低減するためのコントロールバルブトリムオプション
- 圧力リリーフバルブガイド
- 工業用制御弁製品
技術参考資料
よくある質問
コントロールバルブと圧力レギュレーターの主な違いは何ですか?
圧力調整器は通常、内部の機械システムまたはパイロット システムを通じて圧力を感知し、制御します。制御バルブは通常、コントローラーから外部コマンドを受け取り、圧力、流量、温度、レベル、またはその他の変数を調整できます。
圧力調整器には電気または計器用空気が必要ですか?
直接操作式および多くのパイロット操作式レギュレーターはプロセス圧力を使用するため、別個の電気や計器用空気は必要ありません。遠隔負荷または電子制御のレギュレータ システムでは、追加のユーティリティを使用する場合があります。
圧力調整器は制御弁よりも正確ですか?
普遍的ではありません。性能は、レギュレーターの流量曲線、ドループ、入口の変動、パイロットの設計、または制御バルブのサイジング、トランスミッターの精度、アクチュエーターの応答、およびループの調整に依存します。実際の許容圧力帯域と動作範囲を比較してください。
圧力調整器のドループとは何ですか?
ドループとは、流量の変化に伴う制御圧力の変化です。減圧レギュレータでは、通常、下流側の流量需要が増加すると出口圧力が低下します。
圧力調整器を遠隔制御できますか?
一部のパイロット操作式レギュレーター、ドーム式レギュレーター、または圧力式レギュレーターは、リモート負荷または設定値調整をサポートしています。従来のバネ式直動レギュレータは通常、局所的に調整されます。
圧力調整器は安全弁の代わりに使用できますか?
いいえ。通常のプロセス圧力制御にはレギュレーターが使用されます。安全弁とリリーフバルブは、適用されるコードと必要なリリーフ容量に従って、独立した過圧保護のために選択されます。
レギュレーターの代わりにコントロールバルブを使用する必要があるのはどのような場合ですか?
プロジェクトでリモート設定値の変更、圧力以外の変数の制御、DCS または PLC ロジックとの統合、診断、計画的故障アクション、または重大なサービス トリムが必要な場合は、制御バルブを使用します。
レギュレーターとコントロールバルブを比較するにはどのようなデータが必要ですか?
媒体、入口圧力範囲、必要な制御圧力、許容圧力変動、最小および最大流量、温度、利用可能なユーティリティ、制御哲学、故障要件、および検査範囲を提供します。
