
バルブのシール性能とは何ですか?
バルブのシール性能とは、指定された動作条件下で、定められたシール位置での流体の漏れを防止または制限するバルブの能力です。工業用バルブエンジニアリングにおいて、「シール性能」は単一の数値ではありません。これは、バルブの内側と外側の複数のシール インターフェイスの組み合わせの動作であり、それぞれが媒体、圧力、温度、サイクル、および機械的状態の変化に対して異なる反応を示す可能性があります。
室温で水を使用した場合に許容可能なシート漏れを提供するバルブでも、ガスを使用した場合、高温または長時間のサイクル後には異なる漏れ挙動を示す場合があります。このため、シール性能は、公称圧力クラスやカタログ定格だけでなく、常に実際の使用条件と該当する合格基準に照らして評価する必要があります。
バルブシールの実際の仕組み
効果的なバルブのシールは、十分な接触荷重下での 2 つの合わせ面またはシール要素間の相互作用に依存します。巨視的なレベルでは、閉鎖部材 (ボール、ゲート、ディスク、またはプラグ) がシートを押して流れを遮断します。しかし、顕微鏡レベルでは、完全に滑らかな工学表面は存在しません。あらゆる座面には、加工や仕上げ、素材の構造により、山や谷、小さな凹凸が生じます。
閉鎖部材とシートとの間の接触によって十分かつ連続的な表面適合性が形成されない場合、接続された微細な漏れ経路によって流体が界面を通過する可能性がある。これらのパスが封鎖されるかどうかは、相互作用するいくつかの要因によって決まります。
- 接触圧力: 閉鎖部材とシートの間の単位面積当たりの力。接触圧力が不十分だと漏れが発生します。過大な接触圧力は、変形、摩擦、かじり、摩耗の促進を引き起こす可能性があります。
- 表面適合性: シート素材が閉鎖部材の表面に適合する能力。ソフトシートは弾性変形に依存します。金属シートは精密な機械加工と表面仕上げに依存します。
- 表面仕上げ: 座面の粗さ、傷、穴あき、または機械加工の跡は、漏れ経路を生じさせます。一般に、表面が滑らかであればあるほど効果的にシールされますが、かじりを防ぐために特定の素材やコーティングが必要になる場合があります。
- 閉鎖力: 閉鎖部材をシートに押し込むアクチュエータのトルクまたは機械的な力。閉じる力は、差圧、シートの摩擦、および機械的抵抗を克服する必要があります。
- 差圧: 閉じたバルブ全体の圧力差。差圧により、閉鎖部材とシートに作用する力が変化します。バルブとシートの設計によっては、シールを補助したり、シートの荷重を変更したり、バルブの操作と閉鎖に必要なトルクや推力を増加したりする場合があります。
- 材料の弾性と変形: 柔らかいシート素材が弾性変形して表面の凹凸を埋めます。金属シートは表面仕上げと接触応力によって異なります。どちらも、持続的な荷重、温度、またはサイクル下で永久変形する可能性があります。
- 熱膨張: 温度変化により、クリアランス、接触応力、および材料特性が変化します。閉鎖部材とシートの間の膨張差により、設計に応じて密閉性が向上したり低下したりする可能性があります。
- 摩耗と表面の損傷: 元の座面の状態が変化すると(浸食、傷、磨耗、孔食)、漏れ経路が開いたり広がったりする可能性があります。
着座力が高いほど一般的に優れているわけではありません。過度の接触荷重は、操作トルクを増加させ、シートの変形やクリープを引き起こし、金属同士のシートのかじりを促進し、摩耗を促進する可能性があります。正しいシート荷重は、バルブの設計、シートの材質、圧力クラス、および適用される許容基準によって異なります。
内部漏れと外部漏れ
バルブの漏れは大きく 2 つのカテゴリに分類され、それぞれに対するエンジニアリングの対応は異なります。すべての漏れを同じ現象として扱うと、材料の選択が間違ったり、テスト仕様が間違ったり、コンプライアンス要件を満たさなかったりする可能性があります。
シートまたはクロージャの漏れ(内部漏れ)
シートの漏れは、閉じたバルブ閉鎖部材を上流から下流へ流れる流れです。ボールバルブでは、これはボールとシートの境界面を通過する漏れです。ゲート バルブでは、ゲートとシートの境界面を通過する漏れです。グローブバルブでは、ディスクとシートの境界面を通過する漏れです。シート漏れは最も一般的に指定されるバルブ漏れ基準であり、通常は API 598、API 6D、ISO 5208、または MSS SP-61 などの規格に基づくシート圧力テストによって検証されます。
シェルまたは圧力境界漏れ (外部漏れ)
シェル漏れは、バルブの圧力を含むエンベロープ(本体、ボンネット、本体とボンネットの接合部、本体と端の接続部、またはその他の圧力境界接合部)を通る外部漏れです。シェル テスト (ボディ テストまたは静水圧シェル テストとも呼ばれる) は、圧力境界の構造的完全性と耐圧性を検証します。シート テストに合格したからといって、圧力境界に漏れがないことは証明されず、2 つのテストは異なる目的を果たします。
ステムまたはパッキンの漏れ(外部漏れ)
ステムまたはパッキンの漏れは、バルブ ボンネットから出るステムまたはシャフトの周囲の外部漏れです。ステムシール (パッキン、ライブロードパッキン、ベローズシール、またはその他の構成) は、ステムの移動を可能にしている間、プロセス圧力を保持する必要があります。パッキンの漏れは、ライジングステムバルブで最も一般的な外部漏れ経路の 1 つであり、ライジングステムバルブの主な焦点です。 逃亡者排出試験 ISO 15848-1、ISO 15848-2、API 622、API 624、API 641 などの規格。
ボディジョイントおよびガスケットの漏れ(外部漏れ)
ボディとボンネットの接合部、ボディとエンドの接続、その他のボルト接合は、外部漏れを防ぐためにガスケット、スパイラル巻きシール、または金属間の接触に依存しています。ガスケットの状態、ボルトのプリロード、フランジの仕上げ、および熱サイクルはすべて、ジョイントの漏れ性能に影響します。
逃亡者排出
逃散的排出物は、バルブステムシール、ボディジョイント、その他の規定された外部漏れ経路からの大気漏れの専門的なカテゴリです。逃散排出要件は、特定の認定および製造受け入れ基準によって管理されており、一般的なシートまたはシェルの漏れ基準と混同すべきではありません。逃散放出試験に合格したバルブでも、該当するサービスに対して満足のいくシートおよびシェルの試験結果が必要です。適用される規格の詳細な説明については、 バルブの逃亡試験 ガイド。
使用中にバルブシールが変化する理由
いくつかの独立した要因により、工場でのテスト条件と実際の使用の間でシール性能が変化したり、使用時間の経過とともに劣化したりする可能性があります。
- プロセスメディア: 化学的適合性、粘度、潤滑性、固形分含有量はすべて、シートとパッキンの動作に影響します。
- 使用圧力と差圧: 差圧により、閉鎖部材とシートに作用する力が変化します。バルブとシートの設計によっては、シールを補助したり、シートの荷重を変更したり、バルブの操作と閉鎖に必要なトルクや推力を増加したりする場合があります。
- 温度: 熱膨張によりクリアランスが変化し、シート素材が軟化または硬化し、パッキンの弾力性に影響を与えます。
- シート素材の状態: シートは、腐食、侵食、摩耗、膨張、または熱老化によって劣化する可能性があります。
- 表面仕上げ: シートの表面の粗さは、柔らかいシートや金属製のシートの適合性と密閉性の能力に直接影響します。
- バルブ設計: クロージャの形状 (ボール、ゲート、ディスク、プラグ) が異なると、シーリング インターフェイスも異なり、動作変数に対する感度も異なります。
- アクチュエータまたは閉じる力: トルクまたは閉鎖力が不十分であると、閉鎖部材が正しい着座位置に到達できない可能性があります。
- インストール: パイプの応力、位置のずれ、不適切なボルトの締め付け、不適切なサポートにより、バルブ本体が歪み、シートの接触に影響を与える可能性があります。
- 汚染と破片: 閉鎖部材とシートの間に粒子が閉じ込められると、完全な接触が妨げられ、漏れ経路が生じます。
- サイクリングとウェア: 繰り返しの運転によりシートの磨耗、シール面の変形、パッキンの圧縮等が発生し、運転トルクが変化する場合があります。
これらの要因は多くの場合、同時に作用します。高温研磨スラリーのサービスにおけるバルブは、室温の水試験では把握できない、温度、摩耗、粒子の捕捉、化学的攻撃といった課題に同時に直面しています。
さまざまな媒体がバルブのシールに与える影響
サービス媒体は、いくつかのメカニズムを通じてシール性能に影響を与える可能性があり、同じ圧力と温度であっても、同じバルブでも媒体が異なると異なる漏れ挙動を示す場合があります。
| 作動媒体 | 関連するシール機構 | 一般的に考慮される材料オプション | 主な仕様に関する注意事項 |
|---|---|---|---|
| きれいな水 | 化学的攻撃が少ない。水質によってはスケールや腐食の可能性 | EPDM、NBR、PTFE、ステンレストリム | 水の化学的性質、塩化物、温度を確認します。 EPDM の適合性は特定の水の条件によって異なります |
| 石油または炭化水素 | 粘度はトルクに影響します。 NBR または FKM の腫れのリスク。エラストマーへの浸透 | NBR、FKM、PTFE、グラファイト、ステンレススチールトリム | オイルの種類、芳香成分、温度を確認してください。 NBR はすべての炭化水素組成に適しているわけではない |
| ガス | 気体と液体は、物理的特性と適用される試験条件が異なるため、非常に小さな隙間を通して異なる漏れ挙動を示す可能性があります。ガス試験では、液体試験では観察されない測定可能な漏れが判明する可能性があります。シートの仕上げと梱包状態に対する感度が高い | PTFE、RPTFE、過酷な使用向けの金属シート。適切な梱包 | シートの仕上げと梱包の完全性は非常に重要です。シート漏れクラスと試験媒体を指定する |
| 蒸気 | 高温。熱サイクル。ソフトシートの劣化。パッキングリラックス | グラファイトパッキン、メタルシート、高温トリム | 飽和または過熱状態を確認します。ソフトシートは温度制限がある場合があります |
| 酸とかアルカリとか | 腐食;シート、パッキン、ボディへの化学的攻撃。腫れの可能性 | PTFE、PFA、ライニングボディ、アロイ20、ハステロイ、二相 | 濃度、温度、相を指定します。 PTFE が一般的に考慮されますが、機械的負荷制限が適用されます |
| 固体を含むスラリーまたはメディア | 摩耗;シートと閉鎖部材の間に粒子が閉じ込められる。侵食 | 硬化仕上げシートまたは金属シート、ゴムライニング、ハードトリム | 固形分含有量、粒子サイズ、流速を指定します。柔らかいシートは適さない可能性があります |
上記の素材はどれも、メディア カテゴリ全体に普遍的に適しているわけではありません。最終的なシートとパッキンの選択は、メーカーのデータと該当する規格を参照して、特定の用途に対する実際の化学組成、濃度、温度、圧力、機械的負荷に照らして確認する必要があります。
シート、シール、パッキン、ガスケット材質
バルブ内のシール部品が異なれば、機能も異なり、使用条件も異なります。
- シート素材 ボール、ゲート、ディスク、またはプラグとバルブ本体の間に一次閉鎖シールを形成します。シートは、柔らかいもの (PTFE、RPTFE、PEEK、PFA、EPDM、NBR、FKM、またはその他のエラストマーまたはポリマー) または金属 (ステンレス鋼、ステライト、炭化タングステン、またはその他の硬化表面) の場合があります。ソフト シートは、クリーンな互換性のあるサービスで厳密な遮断を提供できますが、温度、圧力、化学物質の制限があります。金属製シートは一般に、高温、摩耗性、または過酷な使用に適していると考えられていますが、より高い閉鎖力が必要な場合があり、クリーンな使用ではソフト シートと同じ漏れクラスを達成できない場合があります。詳細な比較については、を参照してください。 ソフトシートとメタルシートのボールバルブ ガイド。
- 梱包 ボンネットから出るステムまたはシャフトをシールします。一般的な梱包材には、グラファイト、PTFE、アラミド繊維などがあります。パッキングは、プロセス圧力を保持しながらステムの移動を可能にする必要があります。パッキング状態、グランドボルトの張力、活荷重設計はすべてステムの漏れに影響します。
- ガスケット ボルト締めされたボディジョイント、ボディとボンネットの接続、およびボディとエンドの接続をシールします。ガスケットのタイプ (スパイラル巻き、リング ジョイント、フラット、圧縮シート) と材料は、圧力クラス、温度、およびプロセス媒体に適合する必要があります。
- Oリングとリップシール 一部のバルブ設計では、ステムシール、ボディシール、またはシートバッキングに使用されます。プロセス媒体および温度との材料の適合性は不可欠です。
より広範な材料選択のガイダンスについては、「 バルブ材質選定ガイド そして バルブトリム材料ガイド.
シール性能を左右するシート設計要素
シール性能はシートの材質だけで決まるものではありません。形状、表面状態、荷重機構、および閉鎖部材との相互作用はすべて、バルブが動作条件下で許容可能な漏れを維持できるかどうかに影響します。
シートの形状と接触面積
シートの形状と接触幅は、閉鎖部材とシートの間の接触圧力、ボール、ゲート、またはディスクに適合するシートの能力、汚染に対する感度、操作トルクまたは閉鎖力、および経時的な摩耗挙動に影響を与えます。接触領域が狭いと、接触圧力が高くなりますが、表面の損傷や破片の影響を受けやすくなります。接触面積が広いと荷重が分散されますが、より大きな閉じる力が必要になる場合があります。シングルシートのジオメトリが普遍的に優れているということはありません。設計はバルブのタイプ、圧力クラス、および目的の用途に合わせて最適化されています。
表面仕上げと加工品質
シールは両方の合わせ面の品質と状態によって決まります。表面の粗さ、傷、孔食、加工痕、または取り扱いによる損傷により、接続された漏れ経路が生じる可能性があります。金属対金属のシートの場合、表面仕上げが特に重要であり、必要な接触品質を達成するには、ラッピング、研磨、または特定のコーティングや表面硬化が必要になる場合があります。柔らかいシートの場合、シートの素材が閉鎖部材の表面の小さな凹凸に適合することがありますが、表面に重大な損傷があるとシールが損なわれる可能性があります。表面仕上げの要件はバルブのタイプ、シートの材質、および受け入れ基準によって異なるため、一般的なガイドラインから推測すべきではありません。
ソフトシート vs メタルシート
柔らかいまたは弾性のあるシートは、表面の小さな凹凸に適合することができ、適切な温度および圧力での互換性のあるクリーンなサービスで非常に厳密な遮断を提供できます。金属製シートは、正しく設計された場合、温度、摩耗、および厳しい機械的条件に対する耐性が向上しますが、漏れ性能はシートの設計、表面状態、荷重、および該当する合格基準によって異なります。どちらのタイプが一般的に優れているというわけではありません。詳細な比較については、を参照してください。 ソフトシートとメタルシートのボールバルブ ガイド。
着座力と差圧
シール動作は、機械的閉鎖力、アクチュエータのトルクまたは推力、シート間の差圧、バルブ設計、および設計に組み込まれたシートの予圧によって決まります。一部のバルブ設計では、ライン圧力を使用して着座を補助します (たとえば、上流の圧力によってボールが下流のシートに押し付けられるフローティング ボール バルブ) が、圧力補助シーリングは設計固有のものであり、すべてのバルブ タイプに一般化すべきではありません。トラニオン形ボールバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、チェックバルブではシート機構が異なり、それぞれの差圧とシート荷重の関係が異なります。
圧力、温度、差圧
圧力定格だけではシール性能が決まりません。いくつかの圧力と温度の要因が相互作用します。
- 動作圧力とテスト圧力: 工場の圧力テストの圧力、期間、テスト媒体、および合格基準は、該当するバルブ製品またはテスト規格、および特定のバルブの設計と定格によって定義されます。これらは、1 つの普遍的な圧力乗数から推測されるべきではありません。実際の動作圧力はテスト圧力と異なる場合があり、閉じたバルブ間の差圧は、特定のバルブ設計に従って閉鎖部材、シート、および操作機構に作用する力に影響を与えます。
- 最大差圧: 一部の設置では、下流側が減圧されている間に、上流側の圧力が閉じたバルブ全体に現れることがあります。アクチュエータまたはオペレータは、この最大差圧下で閉鎖部材を固定するのに十分な力を提供する必要があります。
- 温度の影響: 温度が上昇すると、シート材料の強度が低下し、熱膨張が発生してクリアランスが変化し、パッキンの予荷重が緩和され、化学的攻撃が加速される可能性があります。一部のエラストマーは低温により脆化する可能性があります。バルブ本体の圧力と温度の定格自体は、シートまたはパッキンの温度限界を定義するものではありません。
- 熱サイクル: 加熱と冷却を繰り返すと、膨張差、ガスケットの緩和、ボルトの荷重変化、パッキンの漏れが発生する可能性があります。
- 閉じる力: 正しい着座位置に到達するには、アクチュエータのトルクまたは手動のオペレータの力がライン圧力、シートの摩擦、および機械的抵抗に打ち勝つ必要があります。閉じる力が不十分な場合、バルブは期待されるシート漏れクラスを達成できない可能性があります。
圧力試験方法と合格基準については、 バルブ圧力試験方法 ガイド。
バルブの種類とシール動作
異なるバルブ設計では異なるクロージャ形状が使用され、シール動作はバルブのタイプ名だけでなく特定の設計によって異なります。
| バルブの種類 | クロージャーのデザイン | シールに関する考慮事項 |
|---|---|---|
| ボールバルブ | 球形ボールが環状シートに対して回転します | 適切なシートの設計と状態により、確実な遮断を実現できます。シートの摩耗、破片、スロットル、温度はパフォーマンスに影響を与える可能性があります。クリーンサービスではソフトシートが一般的です。金属製シートは、過酷な作業や研磨作業に使用されます。参照 ボールバルブのカテゴリー. |
| ゲートバルブ | フラットまたはウェッジゲートは流れに対して垂直に移動します | 通常は、スロットルではなく分離に使用されます。シートの状態、ゲートとシートの間の破片、位置合わせはクロージャーの漏れに影響します。ライジングステム設計にはパッキンの完全性が必要です。参照 ゲートバルブカテゴリー. |
| 玉形弁 | 流路内でディスクがシートリングに接触して移動する | ボールバルブやゲートバルブとは異なるクロージャ形状。スロットリングや頻繁な調整が設計意図の一部である場合に一般的に選択されます。シートの漏れは、ディスクの状態、シートの状態、閉じる力によって異なります。 |
| バタフライバルブ | 流路内でディスクが回転 | 漏れ性能は、シートの設計 (裏地付きか高性能か)、ディスクの形状、材質、圧力クラス、および用途に大きく依存します。参照 バタフライバルブのカテゴリー. |
| 逆止弁 | ディスク、プレート、ボール、またはピストンが逆流時に閉じる | シーリングは、逆差圧、クロージャのダイナミクス、該当する場合はバルブの向き、および特定のクロージャの設計によって異なります。逆差圧が不十分な場合、設計によっては着座力が制限される場合があります。参照 逆止弁のカテゴリー. |
ノーバルブタイプは汎用的にシール性能に優れています。正しい選択は、使用条件、漏れ要件、操作義務、およびメンテナンスの期待によって異なります。
バルブが工場でのテストに合格しても、使用中に漏れが発生する理由
これは、産業用バイヤーにとって最も重要なシーリング概念の 1 つです。工場の圧力テストでは、指定されたテスト条件下でバルブが定義された合格基準を満たしているかどうかを検証します。考えられるすべての使用条件下で同一の漏れ性能を保証するものではありません。工場でのテストと実際のサービスのいくつかの違いにより、漏れの動作の変化が説明されます。
- テスト媒体とサービス媒体: 工場出荷時のシートテストでは、該当する規格またはプロジェクト要件で定義された条件下で、指定された液体またはガスのテスト媒体を使用します。実際のサービスには、さまざまな媒体、温度、差圧、汚染、および動作サイクルが含まれる場合があります。気体と液体は、物理的特性と適用される試験条件が異なるため、非常に小さな隙間を通して異なる漏れ挙動を示す可能性があります。ガス試験では、液体試験では観察されない測定可能な漏れが判明する場合があります。化学媒体は、水と相性の良いシートや梱包材を攻撃する可能性があります。
- 温度: 工場でのテストは通常、周囲温度で行われます。高温で使用すると、シート材料の強度が低下し、パッキンが緩み、熱膨張によってクリアランスが変化し、化学的攻撃が加速される可能性があります。
- 差圧: 試験差圧は最大動作差圧と異なる場合があります。アクチュエータまたはオペレータが実際の差圧で十分な力を提供できない場合、閉鎖部材が完全に固定されない可能性があります。
- 破片と汚染: 工場でのテストでは、クリーンなテストスタンド上のクリーンなバルブが使用されます。サービスパイプラインには、最初の操作時にシートを損傷する可能性のある溶接スパッタ、スケール、砂、またはその他の破片が含まれている場合があります。
- 取り付け応力: パイプの位置のずれ、サポートの不足、ボルトの締め付けが不適切な場合、バルブ本体が歪み、シートの接触が変化する可能性があります。工場でのテストにはパイプの負荷は含まれません。
- サイクリング: 工場の受け入れテストでは、長期にわたるフィールドサービス中に発生する可能性のある長期サイクル、摩耗、シートの変形、パッキンの緩和、汚染、または熱履歴を再現しません。
- パッキンとガスケットの状態: 工場で正しく調整されたパッキンは、使用中の温度サイクルや振動によって緩む可能性があります。ガスケットは、熱と圧力のサイクルによってクリープしたり緩んだりすることがあります。
これは、工場でのテストが信頼できないという意味ではありません。工場テストでは、製造されたバルブが指定されたテスト条件下で指定された合格基準を満たしていることを確認します。エンジニアリングのタスクは、指定されたテスト条件と合格基準が実際のサービスに適切であること、およびバルブの設計と材料がバルブの動作中に直面する条件に適切であることを確認することです。出荷前の確認手順については、 バルブ工場の受け入れテスト ガイド。
バルブのシールを劣化させる損傷メカニズム
座面、パッキン、ガスケットの劣化の仕組みを理解することで、購入者は実際のサービスに合わせた材質や検査間隔を選択することができます。次の表は、一般的な損傷メカニズムとそのシーリングへの影響をまとめたものです。
| 損傷のメカニズム | 何が起こるか | 一般的なシール効果 | 購入者が確認すべきこと |
|---|---|---|---|
| 摩耗 | メディア内の粒子によりシール面に傷がついたり摩耗したりする | 特にスラリー、触媒、スケール、砂、または汚染されたサービスでの進行性のシート漏れ | 固形分含有量、粒径、流速、シート硬度またはライニング適合性 |
| 侵食 | 高速の流れにより座面から材料が除去されます | 運転を続けるとシートの損傷が悪化して漏れが増加する | 流速、圧力降下、パイプライン内のバルブ位置、シートまたは硬化肉盛材 |
| 腐食 | 化学的攻撃により、孔食、材料の損失、または表面の凹凸が発生します。 | 座面に穴があいたり粗くなっていると漏れが発生します。体も弱るかもしれない | 培地の組成、濃度、温度、および材料の適合性 |
| キャビテーションまたはフラッシング | 局所的な流体の厳しい状態により、下流の表面やトリム表面が損傷する可能性があります | 座面または隣接するトリムの表面の穴あきまたは材料の除去 | 差圧、バルブタイプの適合性、使用条件がキャビテーションやフラッシングを引き起こすかどうか |
| スコアリングとかじり | 金属接触、汚染、不適切な材料組み合わせ、または重大な負荷により金属シール面が損傷します。 | シート上の線状の傷や接着剤の摩耗により、漏れが増加します | 材料の組み合わせ、表面仕上げ、潤滑、およびバルブが設計制限内で使用されているかどうか |
| 粒子の捕捉 | 閉鎖部材とシートの間に破片があり、完全な接触が妨げられます | 直接の漏洩経路。埋め込まれた粒子はシートに永久的な損傷を与える可能性があります | パイプラインの清浄度、ストレーナーまたはフィルターの設置、および試運転手順 |
| サーマルサイクル | 繰り返しの温度変化は、クリアランス、ガスケットの圧縮、ボルトの荷重、パッキンの状態、シートの接触に影響を与えます。 | 加熱冷却サイクル後のシートまたはパッキンの漏れが進行する | 動作温度範囲、サイクル周波数、および極端な温度での材料の挙動 |
| ポリマーの変形またはクリープ | ソフトシートは、荷重、温度、圧力、時間の組み合わせによって永久に変形します。 | シートは元の形状を失い、漏れが増加します | シート素材の温度と圧力の制限、機械的負荷、およびメーカーのデータ |
| 梱包緩和 | サイクル、温度、振動、または材料の挙動により、使用中にパッキン荷重が変化する | 時間の経過とともにステム漏れが発生または増加する | パッキン材質、活荷重設計、グランド調整、検査間隔 |
これらのメカニズムは多くの場合、組み合わせて動作します。たとえば、研磨スラリーを使用するバルブでは、摩耗、粒子の捕捉、浸食が同時に発生する可能性があります。すでに漏れが発生している場合のトラブルシューティングのガイダンスについては、 バルブの問題 トラブルシューティング ガイド.
バルブ漏れの一般的な原因
使用中にバルブに漏れが発生する場合、根本原因には複数の要因が関与していることがよくあります。次の診断表は、調査すべき考えられる原因を示しています。これは確定的な診断ではなく、正式な検査やトラブルシューティング手順に代わるものではありません。
| 観察された漏れ | 考えられる原因 | 確認すべき内容 |
|---|---|---|
| 取付直後のシート漏れ | 破片、不適切な閉鎖位置、パイプの応力、輸送中または設置中のシートの損傷、不適切なアクチュエータ調整 | パイプラインの清浄度、バルブの閉鎖位置、フランジの位置合わせとボルトのトルク、アクチュエータのストロークとリミットスイッチの設定、シート表面の状態 |
| 使用期間後のシート漏れ | 摩耗、エロージョン、腐食、シートの変形またはクリープ、スロットリングによる損傷、熱サイクル | シート表面の状態、動作履歴、メディア固形分含有量、温度サイクル、絞りにバルブが使用されたかどうか |
| ステム漏れ | パッキン状態、グランド調整、材質の不適合、ステム表面状態、熱サイクル、振動 | パッキンの材質と状態、グランドボルトのトルク、ステムの表面仕上げ、使用温度、パッキン活荷重設計 |
| ボディジョイント部の漏れ | ガスケットの損傷または間違ったタイプ、不十分なボルトのプリロード、ジョイントの位置ずれ、熱サイクル、圧力境界条件 | ガスケットの種類と状態、ボルトのトルクパターンと予圧、フランジの位置合わせ、接合面の状態、熱履歴 |
上の表に反映されていないもう 1 つの原因は次のとおりです。 材料の選択が間違っている - シート、パッキン、ガスケット、または本体の材質が実際のプロセス媒体、温度、または圧力と互換性がない。すでに漏れが発生している場合のトラブルシューティングのガイダンスについては、 バルブの問題 トラブルシューティング ガイド.
購入者がシーリング要件を指定する方法
バルブの漏れ問題の多くは、注文段階での不完全または不正確な仕様に起因します。技術的に完全なシーリング要件では、以下に対処する必要があります。
- 漏れの種類: 要件がシート (クロージャ) 漏れ、シェル (圧力境界) 漏れ、ステムパッキン漏れ、または逃散排出に適用されるかどうかを指定します。それぞれは異なる方法でテストされ、異なる基準によって管理されます。
- 受け入れ基準: 許容漏れ率またはクラスを定義します (たとえば、制御バルブの API 598 許容漏れ率、ISO 5208 率クラス、または FCI 70-2 漏れクラス)。テスト方法と測定感度も定義されていない限り、「ゼロ漏れ」は避けてください。
- 試験規格: 該当するテスト規格 (API 598、API 6D、ISO 5208、MSS SP-61 など) とテスト媒体、テスト圧力、テスト期間を特定します。
- サービス条件: メーカーが材料と設計の適合性を確認できるように、実際の動作媒体、圧力、温度、差圧、および動作周波数を提供します。
- 材料要件: サービスで特定の互換性が必要な場合は、ボディ、トリム、シート、パッキン、ガスケットの材質を指定してください。標準的なマテリアルの提供があらゆるサービスに適しているとは考えないでください。
- 特別な要件: 逃散排出要件、防火要件、指定されたサワーサービス環境に該当する場合は NACE MR0175 / ISO 15156 材料要件、またはシーリング設計とテストに影響を与えるその他の特別な認定要件を特定します。サワーサービスの材料要件はプロジェクトレビューによって確認する必要があり、すべてのバルブまたはすべての H2S を含む用途に適用されると想定すべきではありません。
バルブ シーリングの RFQ チェックリスト
シール性能が重要なバルブの見積もりをリクエストする場合は、次の情報を含めてください。
| 要件 | シーリングが重要な理由 |
|---|---|
| バルブの種類とサイズ | クロージャーの形状とシートのデザインを決定します |
| 圧力クラスまたは PN | 圧力境界とテスト圧力を定義します |
| プロセス媒体と濃度 | 材料の適合性と漏れのメカニズムに影響を与える |
| 使用圧力と最大差圧 | バルブ設計に応じて、着座力と必要な操作トルクまたは推力に影響します。 |
| 動作温度と設計温度 | シートの材質制限、パッキン性能、熱膨張に影響します。 |
| 必要なシートまたはクロージャーの漏れ基準 | 許容可能な漏れ率と試験方法を定義します |
| 適用可能な試験規格と試験媒体 | 購入者と製造者の間で一貫した検証を保証します |
| ボディ、トリム、シート、梱包材 | 化学的適合性と温度特性を直接決定します |
| 逃亡排出要件 (該当する場合) | 適用される規格、資格範囲、および許容レベルを指定します。 |
| 防火要件 (該当する場合) | シートのデザインと素材の選択に影響します |
| 検査と文書化の要件 | トレーサビリティの確保とシール性能の検証 |
よくある質問
バルブのシール性能に影響を与えるものは何ですか?
主な要因は、プロセス媒体、シートの材質と状態、パッキン状態、圧力、差圧、温度、表面仕上げ、バルブ設計、アクチュエータまたは閉じる力、設置品質、汚染です。これらの要因は相互作用することが多く、いずれかの要因が変化すると漏れの動作に影響を与える可能性があります。
バルブが工場でのテストに合格しても、使用中に漏れが生じるのはなぜですか?
工場テストでは、該当する規格またはプロジェクト要件によって確立された条件下で、指定された液体またはガスのテスト媒体を使用して、定義された合格基準を検証します。使用条件には、工場でのテスト時には存在しなかった、さまざまな媒体、高温、さまざまな差圧、破片、パイプの応力、およびサイクリングが含まれる場合があります。工場でのテストでは、バルブが指定された条件で指定された基準を満たしていることが確認されます。考えられるすべての使用条件下でのパフォーマンスを保証するものではありません。
シート漏れと外部漏れの違いは何ですか?
シート漏れ(内部漏れ)は、閉じたバルブ閉鎖部材を上流から下流へ流れる流れです。外部漏れとは、圧力境界、ステムパッキン、本体ジョイント、またはガスケット接続部を介してプロセス流体が環境に放出されることです。この 2 つは別々にテストされ、異なる基準によって管理され、異なる修正措置が必要になります。
プロセス媒体はバルブのシールにどのような影響を与えますか?
プロセス媒体は、シートおよびパッキン材料との化学的適合性、粘度および潤滑性、非常に小さな隙間を通した気体と液体の間の異なる漏れ挙動、温度の影響、固形分(摩耗および粒子の捕捉)、腐食または膨潤の可能性を通じてシールに影響を与えます。同じバルブでも、同じ圧力と温度で媒体が異なると異なる漏れ挙動を示す場合があります。
ソフトシートバルブはメタルシートバルブよりも厳密な遮断を提供できますか?
In clean, compatible service at moderate temperature and pressure, soft seats can often achieve tighter shutoff than metal seats because the resilient seat material conforms to minor surface irregularities on the closure member. However, soft seats have temperature, pressure, and chemical limits. Metal seats are commonly required for high temperature, abrasive, or severe service where soft seats would degrade. Neither design is universally better; selection depends on the actual service conditions.
How can debris affect valve seat leakage?
Debris trapped between the closure member and the seat prevents full contact and creates a leakage path. Even small particles can cause measurable seat leakage, and gas testing may reveal leakage that is not observed in the same way during liquid testing. Debris can also score or embed in the seat surface, causing permanent damage that worsens with further cycling. Pipeline cleaning before commissioning and appropriate strainer or filter installation help reduce debris-related leakage.
Which factors should be specified for valve leakage requirements?
Specify the leakage type (seat, shell, packing, or fugitive emission), the acceptance criterion or leakage class, the applicable test standard and test medium, the actual service conditions (media, pressure, temperature, differential pressure), the required materials, and any special requirements such as fugitive emission or fire-safe qualification. Incomplete specification is a common source of leakage problems after installation.
Final Buyer Guidance
Valve sealing performance should be evaluated against the actual service conditions, not only against a catalogue pressure rating or a single factory test result. Before ordering valves for chemical, gas, steam, slurry, or corrosive service, confirm the process medium, temperature, pressure, differential pressure, leakage requirement, applicable test standard, material compatibility, and any special qualification requirements.
For a technically complete quotation, use the RFQ checklist above and include the operating conditions that affect sealing.お問い合わせ Vコアバルブ with your project requirements for material confirmation and sealing performance guidance.
