トラニオンボールバルブ設計ガイド: シート、DBB、キャビティリリーフ、トルク、パイプラインの選択

トラニオン取り付けボールバルブは、ボールがシート間を自由に移動できるのではなく、機械的にサポートされている 4 分の 1 回転の遮断バルブです。この固定ボールの配置により、圧力荷重の伝達方法、シートがシール力を生成する方法、動作トルクがどのように発生するか、またダブル ブロック アンド ブリード (DBB)、キャビティ圧力リリーフ、緊急シーラント注入、防火構造、アクチュエータのサイジングなどの機能をどのように指定するかが変わります。

エンジニアや調達チームにとって重要な問題は、単にバルブが「トラニオンに取り付けられているか」ということではありません。同じ公称サイズと圧力クラスを持つ 2 つのトラニオン ボール バルブは、シートの設計、本体の構造、ボア、材質、シールの考え方、圧力逃がしの配置、アクチュエータのサイズ、検査範囲に応じて大きく異なる動作をする可能性があります。このガイドでは、名前だけでトラニオン ボール バルブを選択するのではなく、実際のパイプラインの用途に合わせてトラニオン ボール バルブを指定できるように、これらのエンジニアリングの詳細に焦点を当てています。

トラニオンボールバルブと何が違うのですか?

トラニオン型ボールバルブの特徴は、ボールの支持方法にあります。上部ステムは操作トルクを伝達し、下部トラニオンまたはサポート シャフトは油圧および機械的負荷の一部を担います。ベアリングまたはベアリング表面により、ボールは所定の位置に実質的に固定されたまま回転することができる。

ボールが支持されているため、一次シール荷重を生成するためにライン圧力がボール全体を下流側に押す必要がありません。その代わりに、シートはボールに向かって軸方向に動くように設計されています。選択したシート配置に応じて、スプリング、ライン圧力、キャビティ圧力はすべて、シート リングの付勢方法に影響を与える可能性があります。

この動作原理は、トラニオン取り付けバルブが高圧トランスミッションパイプライン、ガス圧縮機ステーション、石油ターミナル、LNGおよび炭化水素施設、パイプラインマニホールド、製油所の隔離、および従来のフローティングボール設計ではバルブサイズ、差圧、およびアクチュエータトルクの管理が困難になるその他のサービスで広く使用されている主な理由です。

Vcore にはすでに専用の比較機能があります。 フローティングボールバルブとトラニオンボールバルブの比較。この記事では、サイズ、圧力、コストの観点からどのアーキテクチャがより適しているかを説明しています。このガイドでは、シート、キャビティの動作、DBB、車体構造、トルク、プロジェクトの検証など、トラニオン設計そのものについて詳しく説明します。

トラニオンボールバルブの仕組み

バルブはステムとボールを 90 度回転させることで作動します。開いた位置では、ボールボアはパイプラインと整列します。閉位置では、ボールの固体側が流れに面し、2 つのシート リングが必要な隔離を確立します。

圧力荷重が増加すると構造の違いが現れます。浮いているボールは圧力を受けるとわずかに下流に移動する可能性があります。トラニオンで支持されたボールはその動きに依存しません。シートリングがボールとの接触を維持しながら、油圧力がトラニオンサポートとバルブ本体に伝達されます。

これは、トラニオンバルブに「圧力関連のトルクがない」という意味ではありません。トルクは、シートの荷重、シールの摩擦、ベアリングの摩擦、差圧、温度、汚れ、シートの材質、およびバルブが静止している時間に依存します。利点は、固定ボール構造により、大型バルブや高圧用途での負荷の管理が容易になることです。

トラニオンボールバルブシートの設計: 最も重要な詳細

バイヤーがトラニオン型ボールバルブを比較する場合、外観よりもシートのデザインに注目する必要があります。シート システムは、遮断、低圧シーリング、キャビティ圧力動作、双方向絶縁機能、および緊急シーリング オプションを制御します。

スプリング式シート

トラニオンバルブはシートリングの後ろにシートスプリングを使用するのが一般的です。その目的は、差圧が低いときにシートとボールの間の初期接触を維持することです。圧力が増加すると、シートの形状に作用する油圧力により、シール荷重が増加または変化する可能性があります。

これは、すべてのトラニオン ボール バルブが低圧と高圧の両方で同じようにシールすると言うよりも正確です。実際の性能は、シートの形状、圧力の方向、シールの材質、バネ荷重、キャビティの圧力、およびテストの合格基準によって異なります。

シングルピストンエフェクト (SPE) シート

SPE シートは通常、線圧によってシートがボールに向かって押されてシールされる一方、過剰な体腔圧力によってシートがボールから遠ざかり、設計条件に達すると圧力が低圧側に戻るように設計されています。この自己解放動作は、キャビティ内に閉じ込められた液体が熱膨張する場合に役立ちます。

実際のリリーフ方向と圧力の挙動は、メーカーのシート概略図と承認済みの図面から確認する必要があります。

ダブルピストン効果 (DPE) シート

DPE シートは、ライン側または体腔側から作用する圧力によってシートがボールに向かって付勢されるように設計できます。これは追加のシール機能を提供しますが、閉じ込められたキャビティの圧力がそのシートを通じて自動的に自己解放されない可能性があることも意味します。

そのため、DPE/DPE の配置には通常、意図的なキャビティ圧力解放戦略が必要です。プロジェクトでは、必要なシーリングと圧力解放の哲学に応じて、代わりに SPE/DPE などの組み合わせを使用する場合があります。

トラニオンボールバルブのダブルブロックアンドブリード(DBB)

DBB は、パイプライン ボール バルブで最もよく要求される機能の 1 つですが、最も頻繁に誤解されている機能の 1 つでもあります。実際のバルブの調達では、DBB 対応バルブは、指定されたテスト条件下でシール性能を検証できるように、体腔のエア抜きまたは通気手段を使用して両方のシートの圧力を分離することが期待されます。

シングルトラニオンボールバルブは、2 つの独立したシートシールインターフェイスとキャビティドレンまたはベント接続を備えて設計できます。これは、2 つの別々のブロック バルブとそれらの間に取り付けられたブリード バルブを使用する配管配置とは異なります。どちらも非公式に「ダブルブロックとブリード」と表現される場合があるため、データシートではどちらの配置が必要であるかを明確にする必要があります。

重要な炭化水素パイプラインの場合は、シートの配置、必要な圧力方向、キャビティのベント/ドレンのサイズ、テストの合格、およびプロジェクトが DBB、DIB (二重隔離およびブリード) または別の定義された隔離哲学を必要とするかどうかを指定します。すべての API 6D スタイルのトラニオン バルブが同じ機能を自動的に提供すると仮定することは避けてください。

体腔の圧力軽減と熱膨張

トラニオンボールバルブが閉じていると、上流側シートと下流側シートの間の体腔内に流体が閉じ込められる可能性があります。トラップされた媒体が液体であり、その温度が上昇すると、パイプラインの圧力が変化していない場合でも、熱膨張によりキャビティの圧力が上昇する可能性があります。

したがって、バルブ設計には適切なキャビティ圧力管理方法が必要です。シートの設計に応じて、これは自動リリーフシート、専用の外部リリーフ接続、プロジェクト固有のバイパス、またはその他の承認された配置によって提供される場合があります。

この点は、液体炭化水素サービス、埋設パイプライン、太陽熱で加熱される地上バルブ、温度サイクルシステム、および長期間閉じたままになる可能性のあるバルブにとって特に重要です。

トラニオン型ボールバルブが通常より少ない操作トルクで済む理由

エンジニアが大規模または高圧のパイプラインにトラニオン設計を選択する主な理由は、動作トルクです。ボールは機械的に支持されているため、圧力が増加してもボール全体が下流側シートにしっかりと押し込まれるのではなく、油圧荷重がサポートを通じて伝達されます。

これにより、一般に、同等の特大フローティング ボール配置よりもトルクが低くなり、予測しやすくなります。ただし、アクチュエータの選択には、依然としてメーカーの実際のトルク データが必要です。公称サイズと圧力クラスだけを理由にバルブをアクチュエータと組み合わせてはいけません。

要求するトルク値

• 離脱トルク: バルブを静止した閉位置または開位置から動かし始めるのに必要なトルク。
• ランニングトルク： ボール回転時に必要なトルク。
• 端から閉まで/着座トルク: シート荷重が増加する可能性がある最終閉位置付近のトルク。
• 最大差圧トルク： 指定された差圧でのトルク。
• サービス係数: アクチュエータのタイプ、シートの材質、媒体、温度、堆積物、動作周波数に基づく追加マージン。

自動バルブは、必要な閉鎖時間、利用可能なユーティリティ、故障位置、および緊急停止の考え方に応じて、電気、空気圧、または油圧アクチュエータを使用する場合があります。大型の高圧バルブ パッケージの場合は、公称トルクの仮定に基づいてアクチュエータを購入するのではなく、完全なバルブとアクチュエータのアセンブリを検証してください。

サイドエントリー、トップエントリー、完全溶接トラニオン設計

「トラニオン ボール バルブ」という用語は、本体構造ではなくボール サポートを指します。いくつかの車体構造で同じトラニオン原理を使用できます。

インライン メンテナンス戦略については、Vcore の製品と比較してください。 トップエントリーボールバルブ。埋設および溶接されたパイプライン システムの場合は、 全溶接ボールバルブ 構成。

フルボアとレデュースボア

トラニオンボールバルブはフルボアまたはレデュースボアとして供給できます。フルボア設計は、低い圧力降下、パイプラインのピギング、洗浄、または無制限の流れ領域が必要な場合によく選択されます。ある程度の流量制限が許容される場合、小口径設計によりバルブのサイズ、重量、コストを削減できます。

フルボアであるという理由だけでバルブを「ピグ可能」と表現しないでください。実際のボア形状、内部遷移、シート配置、プロジェクトのピギング要件を承認済みの図面と照合する必要があります。

ソフトシート、PEEKおよびメタルシート

シートの材質は、漏れ性能、温度特性、動作トルク、化学的適合性、耐用年数に影響します。トラニオン構造だからといって、適切な座席を選択する必要がなくなるわけではありません。

耐火性、帯電防止性、耐噴出性のステム機能

パイプライン プロジェクトでは、トラニオン構造とともにいくつかの安全機能が指定されることがよくありますが、各要件は個別に検証する必要があります。

• 防火設計: には、該当する火災試験要件と、選択したバルブ構成をカバーする証拠が必要です。 API 6D 準拠だけを耐火試験の証明として扱うべきではありません。
• 静電気防止設計: 可燃性サービスに必要な回転インターフェース全体の電気的連続性を提供します。
• 耐噴出ステム: ステムの形状と保持力を使用しているため、通常の設計条件下では内圧によってステムがパッキン領域を通って飛び出すことはありません。
• 緊急シーラント注入: 選択された大型パイプライン バルブのシートおよび/またはステムに供給される場合がありますが、正しい一次シーリングの代替品ではなく、緊急メンテナンス機能として考慮される必要があります。

プロジェクトに火災リスク要件がある場合は、Vcore の API 607 と API 6D ボールバルブの比較 火災試験をパイプラインバルブの製品要件から分離するためのガイド。関連する製品構成は、 防火ボールバルブ.

トラニオンボールバルブの材質

材料の選択は、媒体の組成、動作温度および設計温度、圧力クラス、腐食メカニズム、酸性サービスへの曝露、外部環境、およびプロジェクト文書の要件に基づいて行う必要があります。

Hの場合₂S を含むサービス、NACE MR0175 / ISO 15156 要件が該当する場合は、問い合わせに明示的に記載する必要があります。一般的な炭素鋼トラニオン バルブが、保守サービスの硬度、材質、または文書要件を自動的に満たすとは考えないでください。

API 6D、ISO 14313、およびその他の規格

パイプライン ボール バルブの場合、API 6D は国際的に使用されている主要な製品仕様です。設計、製造、テスト、および関連する品質管理にわたるパイプラインのバルブ要件に対応します。 ISO 14313:2025 は、低炭素エネルギーを含む石油およびガス産業向けのパイプライン バルブをカバーしており、API 6D、第 25 版を補足して追加の要件を備えています。

プロジェクトでは、ASME の圧力クラスとフランジの要件、材料規格、火災試験、逃亡ガス要件、サワーサービス要件、臨死体験および所有者固有の試験を指定することもできます。したがって、正しい標準リストは実際のプロジェクトによって異なります。

トラニオンボールバルブの試験・検査

テストは製品仕様とプロジェクト検査計画を反映する必要があります。パイプライン トラニオン バルブの場合、範囲にはシェル圧力試験、指定方向でのシート漏れ試験、必要な場合の低圧ガス試験、ドレン/ベント検証、DBB または DIB 検証、トルク チェック、寸法検査、材料検証、NDE、コーティング検査、およびアクチュエータ パッケージの機能試験が含まれる場合があります。

重要なプロジェクトの場合は、どの文書がバルブとともに提供されるかを見積書に明記する必要があります。一般的な要件には、MTR、GA 図面、データシート、圧力試験レポート、NDE 記録、硬度レポート、コーティング記録、耐火試験証明書の範囲、NACE 準拠文書、銘板の写真、最終検査記録などが含まれます。

トラニオンボールバルブが一般的に使用される場所

さまざまなボールバルブ構造が使用されている場所の詳細については、を参照してください。 産業用パイプライン用のボールバルブの用途。特に大型圧力定格ラインを扱うバイヤーは、Vcore の製品をレビューすることもできます。 高圧ボールバルブ ページ。

プロジェクト向けのトラニオン ボール バルブの選択方法

選択プロセスは使用条件から始まり、次にバルブのアーキテクチャに進む必要があります。カタログモデルから始めて、プロセスをそれに適合させようとすることは避けてください。

トラニオンボールバルブの仕様によくある間違い

1. すべてのトラニオンバルブが自動的に DBB になると仮定

ボールサポートタイプはそれ自体で絶縁機能を定義するものではありません。シートの設計とテスト基準を検証する必要があります。

2. キャビティの圧力解放を無視する

バルブが閉じていると、シートの間に液体が閉じ込められる可能性があります。バルブが承認される前に、シートとリリーフの哲学を検討する必要があります。

3. バルブトルクを確認する前にアクチュエータを購入してください

公称パイプサイズではアクチュエータのサイズを決めるのに十分ではありません。実際のシート、圧力、温度条件におけるトルクデータを取得します。

4. ボディ材質のみを指定する

ボール、ステム、トラニオン、シート、シール、パッキン、ボルト締めは、腐食性、耐酸性、または高温での使用においても同様に重要です。

5. API 6D を Fire-Test 証明書として扱う

パイプラインバルブの製品要件と火災の種類のテストは別の問題です。防火性能が必要な場合は、必要な耐火試験規格と証明書の範囲を指定します。

6. フルボアはピグ可能であると仮定する

ピギング可能性は、マーケティングの説明ではなく、実際のボア形状と承認された図面からチェックする必要があります。

トラニオンボールバルブのRFQチェックリスト

Vcore ボール バルブの関連リソース

よくある質問