バタフライバルブの漏れの原因と解決策

バタフライ バルブは、コンパクトな設計と効率的なフローおよびコスト効率の高い制御により、水処理、石油およびガス、HVAC、化学処理などの業界で広く使用されています。

しかし、最も一般的な問題の一つはバタフライバルブ漏れです。漏れは内部（バルブシートを通して）または外部（バルブステムまたはバルブボディの周囲）で発生する可能性があります。漏れは軽微なものから重篤なものまで様々であり、システム効率の低下、深刻な安全リスク、環境問題、あるいはコストのかかるダウンタイムにつながります。
したがって、これらの漏れの根本原因を理解し、効果的な解決策を実装することが、信頼性の高いバルブのパフォーマンスを確保する上で重要です。

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バタフライバルブの漏れの種類

原因と解決策を詳しく説明する前に、まずバタフライバルブの一般的な漏れを分類してみましょう。
a. 内部漏れ: バルブが閉じた位置にあるときに流体がバルブを通過します。これは、バルブ シートまたはディスクがしっかりと密閉できないことを示します。
b. 外部漏れ: 通常はバルブ ステム、パッキン、またはフランジ接続部の周囲からバルブ本体から流体が漏れ、シール性が損なわれます。

どちらのタイプの漏れも、設計、設置、操作、またはメンテナンス関連の要因から発生する可能性があります。
以下では、各タイプの漏れの主な原因と対応する解決策について説明します。

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1. シールの摩耗や損傷

内部漏れの一般的な原因は、バルブのシール部品（弾性ライナーや金属シートなど）の劣化です。

1.1 原因

- 材質の劣化: 腐食性液体、高温、紫外線に長時間さらされると、シール部分が硬化したり、ひび割れたり、弾力性が失われたりすることがあります。

- 研磨性媒体: 砂、砂利、その他の粒子を含む流体は、時間の経過とともにシール部分を腐食します。

- 経年劣化：それほど過酷な条件下ではない場合でも、シールは時間の経過とともに自然に劣化し、バルブディスクへの適合性が低下します。これは避けられない自然経年劣化です。

- 過大トルク：選定された電動、空圧、その他のアクチュエータのトルクが大きすぎると、弁体が閉弁時に弁座に過大な圧力をかけ、弁座が変形したり、裂けたりすることがあります。大口径バタフライバルブでは、手動操作であっても過大トルクをかけると、弁座が変形したり損傷したりする可能性があります。

1.2 ソリューション

- 材料の選択：流体と動作条件に適したシール材料を選択してください。例えば、耐薬品性に​​はPTFE、水系用途にはEPDM、油性流体にはVitonを使用します。
- 定期メンテナンス：シールが故障する前に点検・交換するための予防メンテナンスプログラムを実施してください。これは特に過酷な環境で重要です。
- 保護コーティング: 研磨性のある用途では、シール寿命を延ばすために、コーティングまたは硬化されたシートを備えたバルブの使用を検討してください。
- アクチュエータの最適化：メーカーが提供するバタフライバルブのトルクデータに基づき、適切なトルクを持つアクチュエータを選択するか、トルク保護機能付きのアクチュエータを選択してください。また、手動で操作する場合は、過度の力を加えないようにしてください。ZFAは、トルク制限機能付きのハンドル式アクチュエータまたはウォームギア式アクチュエータの使用を推奨しています。
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2. 不適切な取り付け

漏れは多くの場合、バルブの取り付け時のエラーによって発生し、内部シールおよび外部シールに影響を及ぼします。

2.1 原因

- 位置ずれ: バルブがパイプと正しく位置合わせされていない場合、ディスクが正しく装着されず、内部漏れが発生する可能性があります。
- トルク不足: フランジボルトの締め付けが不十分だと、バルブパイプインターフェースで外部漏れが発生する可能性があります。
- 締めすぎ: 過度のトルクによりバルブ本体またはシートが変形し、ディスクが完全に閉じなくなり、内部漏れが発生する可能性があります。

2.2 解決策

- アライメントチェック：設置時には、アライメントツールを使用して、バルブが配管の中心に位置していることを確認してください。また、ディスクが配管壁に接触することなく自由に動くことも確認する必要があります。
- トルク仕様: フランジ ボルトの製造元推奨のトルク値に従い、校正されたトルク レンチを使用してガスケットの均一な圧縮を実現します。
- ガスケットの選択：バルブおよび配管の材質に適合する高品質で高弾性のガスケットを使用してください。また、過度の圧縮や隙間が生じないよう、ガスケットのサイズが適切であることを確認してください。
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3. ディスク干渉

周囲のパイプやフランジとの物理的な干渉によりディスクが完全に閉じない場合、内部漏れが発生する可能性があります。

3.1 原因

- パイプ径の不一致: パイプ ID が小さすぎると、ディスクが閉じるときにパイプの壁に当たる可能性があります。
- フランジ設計: 面が盛り上がったフランジや不適切なサイズの合わせ面は、ディスクの動きを妨げる可能性があります。
- 破片の蓄積: バルブ内部に固形物やスケールが蓄積すると、ディスクが適切に固定されなくなる可能性があります。

3.2 解決策

- 互換性の検証: 取り付け前に、バルブ ディスクの直径がパイプ ID と互換性があることを確認します。
- フランジ調整: ANSI や DIN などの規格に従い、フラット フランジまたはガスケットを使用してディスクのクリアランスを確保します。
- 清掃作業: バルブを操作する前にシステムをフラッシュして破片を除去し、条件が許せば上流フィルターを設置して将来の蓄積を防止します。

4. ステムパッキングの失敗

外部漏れは通常、バルブ ステムの周囲で発生します。これは、軸に沿った流体の流出を防ぐパッキングまたはシールの問題が原因です。

4.1 原因

- 摩耗: 時間の経過とともに、PTFE やグラファイトなどのパッキング材料は、ステムの動きや圧力により摩耗します。
- 温度変動: 熱膨張と収縮の原理に基づき、温度変動が繰り返されると、パッキンが収縮したり、緩んだり、さらには破裂したりする可能性があります。
- 不適切な調整: パッキン グランドが緩すぎると流体が漏れる可能性があり、きつすぎるとバルブ ステムが損傷したり動きが制限される可能性があります。

4.2 解決策

- 梱包のメンテナンス: 定期的に梱包材を点検し、摩耗した梱包材を交換します。
- 温度に関する考慮事項: 高熱用途向けの柔軟なグラファイト材料など、システムの温度範囲に適した梱包材料を選択します。
- グランド調整: パッキンググランドをメーカー指定のトルクで締め、調整後に漏れがないか確認し、過圧縮を避けます。

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5. 過度の圧力または温度

動作条件がバルブの設計限界を超えると、漏れが発生し、内部および外部のシールが影響を受ける可能性があります。

5.1 原因

- 過剰な圧力: バルブ定格を超える圧力により、バルブシートまたはディスクが変形し、密閉できなくなる可能性があります。
- 熱膨張: 高温によりコンポーネントが不均一に膨張し、シール部の老化、軟化、さらには炭化を引き起こす可能性があります。これにより、シール面のフィット感が損なわれたり、シールが緩んだり、接合部で外部漏れが発生したりする可能性があります。
- 寒冷脆性: -10 度以下の条件下では、シール部分が脆くなってひび割れが生じ、漏れが生じる可能性があります。

5.2 ソリューション

- 適切な圧力および温度定格: 最大システム条件を超える圧力および温度定格を持つバルブを選択し、安全マージンを考慮します。
- 圧力リリーフ: 過圧を防ぐために上流圧力リリーフ バルブまたはレギュレーターを設置します。
- 断熱/暖房: 寒冷地では凍結を防ぐために断熱スリーブまたはヒートトレースを使用します。

5.3 材料温度比較表

以下は、さまざまな材料のシールに対応する媒体と温度範囲です。

 

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6. キャビテーションと腐食

6.1 キャビテーションとは何か

キャビテーションは、バルブの絞り部（バタフライプレートとバルブシートの間など）において、液体媒体の圧力が液体の蒸気圧まで急激に低下することで発生し、液体が局所的に気化して気泡を形成します。この気泡が流体とともに高圧領域に移動すると、急速に崩壊し、衝撃波やマイクロジェットを発生させます。これにより、バルブシール面、バルブシート、バルブボディに浸食や損傷が発生します。
キャビテーションと腐食は主にパフォーマンスの問題ですが、シール面を損傷することで間接的に漏れを引き起こす可能性があります。

6.2 腐食とは何ですか?

腐食は、バタフライバルブの材料表面が腐食性媒体（酸、アルカリ、食塩水、高温蒸気など）と長期間接触することで化学反応または電気化学反応を起こし、バルブシール面、バルブステム、バルブシート、バルブ本体に損傷を与えます。

6.3 原因

- 圧力降下が大きい: 急激な圧力変化により破裂した泡が発生し、バルブディスクまたはバルブシートが腐食します。
- 腐食性流体：媒体には酸、アルカリ、塩などが含まれており、これらが金属表面と直接反応し、シール面とバルブ本体が徐々に溶解または腐食して薄くなります。
- 研磨性媒体: 粒子を含む高速流体は、時間の経過とともにシールエッジを摩耗させます。

6.4 ソリューション

- フロー制御: 圧力降下を最小限に抑えるためにバルブのサイズを正しく決定し、流量係数 (Cv) 計算を使用してシステム要件を満たします。
- 材質のアップグレード: バルブ ディスクとバルブ シートには、ステンレス鋼などの耐腐食性材料や硬質表面コーティングを選択します。
- システム設計: パイプの直径を大きくするか、上流に減圧装置を追加して流量を減らします。

6.5 CV値表

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7. 製造上の欠陥

場合によっては、初期使用時やテスト時に検出されるバルブ構造の欠陥によって漏れが発生することがあります。

7.1 原因

- 鋳造欠陥: バルブ本体の多孔性または亀裂により外部漏れが発生する可能性があります。
- シール面の問題: ディスクまたはシートの加工が不均一だと、適切なシールができず、内部漏れが発生する可能性があります。
- 組み立てエラー: シールの不適切な取り付けや製造時のコンポーネントの位置ずれにより、漏れが発生する可能性があります。

7.2 ソリューション

- 品質保証: ISO 9001 などの認証を取得した評判の良いメーカーから購入し、漏れ防止を確認するために圧力テスト レポート (例: API 598 に準拠) を要求します。
- 設置前テスト: 設置前に水圧または空気圧の漏れテストを実行して欠陥を特定し、不良ユニットをサプライヤーに返却します。
- 保証請求: 漏れが早期に発見された場合にバルブを交換できるように、バルブに製造上の欠陥をカバーする保証が付いていることを確認してください。

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8. 結論

バタフライバルブ漏れの問題に対処するには、適切なバルブの選択、慎重な設置、定期的なメンテナンス、そしてシステムの最適化を組み合わせる必要があります。用途に適した材料を選択し、設置ガイドラインに従い、運転状態を監視することで、漏れのリスクを大幅に低減できます。
バタフライバルブの漏れ問題は様々な要因によって引き起こされる可能性があり、漏れの種類に応じて異なる解決策が必要です。内部漏れであれ外部漏れであれ、通常はシールの摩耗、設置ミス、バルブディスクの干渉、バルブステムのパッキン不良、過度の圧力／温度、製造上の欠陥、または腐食に起因します。バタフライバルブの漏れリスクは、適切な選定、正しい設置、定期的なメンテナンス、そして最適な運用によって効果的に低減できます。重要な用途においては、バルブメーカーやシステムエンジニアに相談することで、漏れのない運用をさらに確保し、システムの安全性と運用効率を向上させることができます。