ボールバルブ設計の要点: フローティング vs トラニオン、シール、規格

パーミアン盆地施設の生成水注入マニホールドでは、4 インチのボールバルブが 90 日後に遮断テストで不合格となりました。 PTFE シートはボールの周囲でコールドフローしており、フローティング ボールの設計により上流の圧力が下流のシートに完全に伝達され、その荷重を想定していないシートの摩耗が加速していました。サービス仕様では、固形物による断続的な流れと適度な圧力が求められていましたが、製品データシートにはどのような設計上の選択肢があるかについては記載されていませんでした。バルブを取り外して、金属シートとシーラント注入システムを備えたトラニオン取り付けのボールバルブと交換する必要がありました。

この失敗からの教訓は、すべてのボール バルブの購入に当てはまります。ボール バルブの設計は、単一の製品で決定されるのではなく、ボール サポート、シートの材質、ステム保持、本体の定格、および二次的な機能を含む一連の選択肢であり、サービスに適合する必要があります。これらの選択肢を早めに読んでおけば、耐久性がありメンテナンスの手間がかからないバルブを、再発する問題から切り離すことができます。

フローティングボール vs. トラニオンボール: 最初の設計上の決定

ボールバルブの設計における最も基本的な選択は、ボールをどのようにサポートするかです。フローティングボールバルブでは、ボールはシャフトに固定されていません。ボールは 2 つのシートの間に配置され、ラインの圧力によってボールが下流のシートに押し付けられ、シールが形成されます。この構造はシンプルで経済的であり、小型サイズおよび低圧力から中圧力クラスに適しています。その弱点は、シーリング荷重が圧力に依存することです。圧力が上昇すると、それに伴ってシート荷重も上昇し、操作トルクが上昇し、シートの摩耗が加速します。

トラニオン形ボールバルブでは、ボールは上下のシャフトで捕らえられるため、下流側に押し出すことができません。シートは、通常はスプリングで付勢されており、ボールに対して負荷がかかります。圧力によってシート負荷が同じように増加することはないため、高圧でもトルクは低いままで予測可能です。トラニオン設計では、二重ブロックとブリード機能、および体腔の圧力軽減も可能であるため、石油とガスの生産、注入、および破砕サービスのデフォルトの選択肢となっています。

購入者にとっての影響は直接的です。サービスが約クラス 600 以上である場合、ライン サイズが 4 インチを超える場合、またはメディアに固体が含まれている場合は、トラニオン取り付け型の設計を選択してください。フローティング設計は、より低い初期コストで満足のいく性能を発揮できますが、それはデューティがクリーンで圧力クラスが適度な場合に限られます。

シートの材質とバルブの実際のシール方法

シートは最初に装着する部品であり、遮断クラスを定義する部品です。 PTFE 製のソフトシートは気泡を遮断して遮断し、約 230°C (450°F) 未満の清浄な液体を処理します。ただし、PTFE は高負荷下でのコールドフローや押出の影響を受けやすいです。 PEEK シートは温度限界を約 260°C まで拡張し、変形に対する耐性が優れているため、高圧ボールバルブでは PTFE の代わりに PEEK が一般的に使用されています。

金属シートと漏れクラス

研磨媒体、高温、または防火要件の場合は、金属シートが必要です。金属シート付きボールバルブは、ANSI/FCI 70-2 または ISO 5208 に従ってシート漏れクラスに評価されます。標準的な製造バルブは通常クラス II または III を達成し、ラップシートはクラス IV に達し、シーラント注入設計はクラス V または VI に近づく可能性があります。用途で気泡を通さない金属シートによる密閉が必要な場合は、設計に二次シール機構を追加する必要があります。

シーラント注入

多くのトラニオン ボール バルブおよびプラグ バルブには、シーラント注入システムが装備されています。ドリルで穴が開けられたチャネルが本体からシート領域まで伸びており、シーラント化合物が圧力下で注入され、ラインからバルブを取り外すことなく、傷や磨耗したシートのシールを復元します。この機能は固体含有流体の耐用年数を大幅に延長し、バルブ設計を検討する際に検証すべき最も実用的な詳細の 1 つです。

同じ 4 分の 1 回転構造がプラグ バルブにも見られ、テーパー プラグが本体内部でシートに対して回転し、同様のシーラント支援シーリング概念が使用されます。設計ロジックは非常に近いため、プラグ バルブに慣れているメンテナンス作業員はすぐにトラニオン ボール バルブに適応でき、またその逆も同様です。その方法は、 プラグバルブの設計により漏れを最小限に抑えます このサイトの関連記事で説明されています。

ステム保持力、耐火設計、静電気防止保護

ボールバルブのステムは、動的荷重下で圧力境界を通過する唯一の部品であるため、その側の設計の詳細が重要です。噴出防止ステムは本体内部のショルダーまたは止め輪によって保持されているため、パッキングランドやフランジが破損した場合でも内圧によってステムが飛び出すことはありません。これは可燃性炭化水素サービスにとって交渉の余地のない機能であり、多くの事業者はこれなしの設計を受け入れません。

防火設計も同様に重要です。 API 607 または ISO 10497 の認定を受けたバルブは、火を通してテストされ、ソフト シートが焼き切れても、金属シートに対してシールが維持されている必要があります。この構造には、通常、柔らかい一次シートと、柔らかい部分の熱破壊によって流路が開かないように配置された金属製の二次シートが含まれています。耐火性試験証明書を要求し、試験圧力、温度、燃焼時間、漏れ限界を確認してください。

帯電防止機能により、ボール、ステム、ボディがアーススプリングを通じて電気的に連続した状態に保たれ、バルブボア内に静電気が蓄積するのを防ぎます。ガスサービスでは、特に乾燥ガスと非導電性シートを使用すると、静電気放電により流動媒体に引火する可能性があります。

パッキンの選択により、バルブが逃散排出制限にどの程度適合するかが決まります。ライブロードパッキンは、通常、PTFE またはグラファイトパッキンセットの上に事前に圧縮された皿ばねワッシャーであり、パッキンが摩耗してもシール荷重を維持します。 ISO 15848-1 または API 641 に従ってテストされた設計には、測定可能なメタン排出分類が含まれています。プロジェクトに環境報告義務がある場合は、それらの分類のいずれかを明示的に指定します。

材質、圧力定格、および管理基準

ボールバルブの設計は、その材質の仕様によって決まります。 ASME B16.34 は、一般的なボディ材料の圧力と温度の定格を確立しています。一般的なスイート サービスには WCB 炭素鋼、耐食性には CF8M ステンレス鋼、低温サービスには LCC、酸性ガスおよび高塩化物環境には二相または超二相です。生成された流体に硫化水素が含まれる場合、硫化物応力亀裂を防ぐために、NACE MR0175 / ISO 15156 により接液部の硬度が制限されます。購入仕様書で材料クラス、衝撃試験要件、および硬度制限を確認してください。

製品規格も重要です。 API 6D は、トラニオン タイプを含むパイプラインおよび配管ボール バルブをカバーしており、一般に伝送サービスに必要です。 API 608 はクラス 150 および 300 の金属ボール バルブに対応します。 ISO 17292 は、石油および石油化学サービス向けの汎用ボールバルブを対象としています。

坑口側では、異なる規格が主制御装置を管理します。 API 6A は坑口およびクリスマス ツリー装置用に認められた仕様であり、多くの地表ツリーでは、低温および固形物を多く含む環境での確実な密閉特性のために拡張ゲート バルブが使用されています。したがって、ツリーマウントバルブの設計レビューは、同じ圧力境界原理を共有しているにもかかわらず、パイプラインボールバルブのレビューとは異なります。 YUXOIL の拡張ゲート バルブは、他の API 6A ゲート バルブ構成と同様に、この樹木サービス業務向けに構築されています。

API 6A 坑口およびクリスマス ツリー サービス用の拡張ゲート バルブ この拡張ゲート バルブは木に取り付ける用途向けに構築されており、フランジ付きまたはネジ付きの端で API 6A 規格に適合しています。鍛造または鋳造された本体、低い操作トルク、および金属製シールは、低温で固体が多い環境に適しています。 製品を見る→

設計の知識をより賢い購入に変える

ボールバルブを指定する場合は、価格を比較する前に設計事実をテーブルに載せてください。少なくとも、ドキュメントでは次の質問に答える必要があります。

• ボールはフローティングですか、それともトラニオンに取り付けられていますか?図面は正確な座席構成を示していますか?
• ANSI/FCI 70-2 または ISO 5208 に基づくシートとシールの材質、温度範囲、遮断漏れクラスは何ですか?
• ステムは吹き出しに対して機械的に保持されていますか?
• バルブには API 607 または ISO 10497 の防火証明書が付いていますか?
• バルブは帯電防止されていますか?また、バルブにはどのようなパッキン タイプと逃亡ガス分類が適用されますか?
• ボディとトリムの材料試験レポートと確実な材料識別記録は入手可能ですか?

テストは図面と同じくらい重要です。標準ボールバルブは、定格圧力の 1.5 倍で静圧シェルテストが行​​われ、API 598 または MSS SP-61 基準に従ってシートテストが行​​われます。証明書に単なる合格点ではなく、加えられた圧力と保持時間が表示されていることを確認します。

製造品質は設計の一貫性にも現れます。社内で鋳造、機械加工、検査を行うメーカーは、下請け業者に分割して生産する業者よりもはるかに優れた寸法精度とシール表面の品質を管理できます。 YUXOILの工場はバルブ工場と鋳造工場を併設しており、 製造能力ページ では、各注文に適用される加工および検査の手順について説明します。

破砕および坑井刺激作業の場合、ボールバルブの設計は、処理マニホールドと坑口を含むより大きな圧力エンベロープの一部です。フラクヘッドは、処理ラインをケーシングヘッドに接続する構造的インターフェースであり、上流のバルブはその圧力定格、ボアサイズ、および接続タイプに一致する必要があります。設計レビュー中は、封筒全体を念頭に置いてください。

高圧刺激用の複数の出口を備えたフラクヘッドアダプター このフラクヘッド アダプタは、処理マニホールドおよびウェルヘッドの圧力エンベロープに適合し、4 ～ 6 個の出口と API 互換の接続を提供します。サイズ範囲は 1-13/16 から 7-1/16 インチで、さまざまな破砕操作に適しています。 製品を見る→

仕様段階でボールバルブの設計を検討することの価値は、主な性能特性が設置前に確認できることです。ボールサポート、シート素材、保持ステム、防火構造、および認定テストにより、使用時にバルブがどのように動作するかについて一貫したストーリーが得られます。これらの詳細を早めに読むことが、信頼性の高い表面設置と定期的なメンテナンス費用の分かれ目となります。