空気圧調節バルブの故障原因

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この投稿は、2016年11月23日13時53分にアレによって最終編集されました。空気式調節弁はソーダ灰業界で極めて広く利用されており、他の計器と組み合わせることで、生産プロセスにおける流量、液面、圧力、温度といった工程パラメーターや、液体・気体・蒸気などの他の媒体を自動調節および遠隔制御することが可能です。企業の自動化が段階的に進むにつれて、分散制御システム（DCS）やその他のインテリジェントな計測器が自動化分野でますます広く利用されるようになり、コンピュータによる最適制御によって生産の効率を最大限に高めることができる。最適化を行うことで、制御システムにおける主な故障が調節システムの末端実行装置、すなわち調節弁に集中するようになった。調節弁は、流体流量を制御する際に制御操作信号を受け取り、制御規則に従って流量の調節を実現する。その動作の敏速さは、制御システム全体の品質に直結している。ソーダ工業における制御システムの利用状況の統計によると、調整システムの故障の約80％は調整バルブに起因している。したがって、当社の生産において空気圧式薄膜調節弁が信頼性高く正確に動作し続けるようにする方法は、私たちが検討すべき非常に重要な課題です。 1 現状調査 純アルカリの製造過程において、アンモニウム塩水が強い腐食性を持つこと、また炭酸アンモニウムが摂氏25℃以下で容易に結晶化する性質から、調節バルブは運転中にバルブ内部の内壁にスケールや結晶が付着し、それによってバルブが詰まったり動作しなかったり、動作が遅くなったりする。その結果、システムが自動的に調節できないという現象がかなり一般的であり、調節バルブの故障全体の50％を占めており、生産に大きな影響を与えている；調整弁のパッキンの劣化・硬化により、弁の動作が鈍くなったり、バルブステムから漏れが生じるなどの不具合が15％に達する；ダイアフラムの損傷による漏れや、ハードコアの破壊によってバルブが調節できなくなる現象は12％に達している；位置決め装置、減圧弁、アクチュエータなどの腐食によってバルブが故障するケースが10％を占めている；その他の理由による調整弁の故障確率は13%です。 2 故障原因の分析 長年にわたりソーダ灰製造現場で使用されてきた空気式ダイヤフラム調節弁の故障分析に基づき、一般的な故障とその原因を以下のようにまとめることができる。 2.1 バルブの動作が不安定 1）フィルターレギュレーターの故障により、エア源圧力が頻繁に変化する。 2）ポジショナー内のアンプ用バルブが粒子やゴミによって摩耗し、バルブがしっかり閉じなくなると、消費ガス量が特に増加し、出力振動が発生する。 3）ポジショナー内のアンプのノズル遮板が平行でなく、遮板がノズルを覆えない。 4）出力パイプラインの漏れ。 5）アクチュエータの剛性が低すぎるため、流体圧力の変動により推力が不足する。 6）バルブシャフトの摩耗力が大きい。 7）配管の振動または周囲に振動源がある。 2.2 バルブの動作が鈍い 1）バルブシャフトの往復動作が鈍い：① バルブ内部にスラリーや粘度の高い媒体があり、バルブが詰まったりスケールが付着したりする； ② ポリテトラフルオロエチレンの充填材が変質して硬化した、またはグラファイト・アスベストのストッパーの潤滑油が乾燥した。 2）バルブステムが一方向に動作する際、動作が鈍い： ① ダイヤフラムの漏れおよび破損； ② アクチュエータ内の「O」リングからの漏れ。 2.3バルブが動作しない 1）調整器の故障により、調整バルブに電気信号が届かない。 2）ガス供給主管の漏れにより、バルブポジショナーがガス供給を受けられないか、またはガス圧力が不足する。 3）ポジショナーのリブドチューブから漏れが発生し、ポジショナーがエア供給を出力できなくなる。 4）調節弁のダイアフラムが破損している。 5）ポジショナ内のアンプの定常絞り孔が詰まり、圧縮空気に水分が含まれてアンプのボールバルブ部に滞留したため、ポジショナにはエア供給はあるものの出力が得られない。 6）以下の問題により、調整弁に信号および気源があっても弁が動作しない： ① バルブコアがブッシュまたはバルブシートに固着している； ② バルブコアの脱落（ピンが折れた）； ③ バルブロッドの曲がりまたは破断； ④ アクチュエーターの故障：⑤ 反作用式アクチュエーターのシールリングからの漏気； ⑥ バルブ内に異物が詰まっています。 2.4 バルブが完全に閉じない 1）媒体の圧力差が大きすぎ、アクチュエータの剛性が低すぎる。 2）バルブ内部に異物がある。 3）ブッシングが焼け付いた。 2.5 バルブが完全に閉じているときの漏れが大きい 1）バルブシートが腐食または摩耗している。 2）バルブシート外輪のねじが腐食している。 2.6 パッキン部およびバルブ本体のシール部の漏れ 1）パッキンカバーがしっかり圧着されておらず、平らになっていない。 2）グラファイトアスベストパッキン部分の潤滑油を乾燥させる。 3）ポリテトラフルオロエチレンを充填材として使用した場合、ポリテトラフルオロエチレンが劣化する。 4）シールパッドが腐食している。 3 開閉弁の事前点検メカニズムの確立 日常の生産プロセスにおいて、空気圧式調節弁のメンテナンスは弁の故障処理に限定されており、定期的な調整や点検はほとんど行われていない。また、企業の計量管理規程においてもこれに関する厳格な要求は設けられていない。実際、弁の故障はさまざまな不安定要因が蓄積されることに起因し、ある程度蓄積されると故障が発生する。したがって、弁の故障が発生する前にこれらの不安定要因を未然に排除することで、弁の使用寿命を延ばすだけでなく、弁の故障によって生産に深刻な影響が及ぶのを防ぐことができる。これには、バルブの予防保守メカニズム、あるいは定期保守メカニズムを確立する必要がある。重曹炭化工程における3種類のガス流量調節弁を例にとると、事前点検メカニズムが確立されていなかった頃は、純碱製造プロセスで使用される媒体が結晶しやすく、スケールやバーが発生しやすいという特性があったため、弁本体の可動部品に抵抗が生じ、アクチュエータの動作が鈍くなり、最終的には調節弁のバルブシートやスリーブが固着して動かなくなってしまうことがありました。問題が発生すると、一方ではタワーの稼働を停止して弁の分解点検を行う必要があり、それによって生産に影響が出るのは避けられませんでした。また、予備部品を用意しておく必要もありますが、緊急時に適切な部品が見つからないため、応急処置を講じることが頻繁にあり、その結果、故障が完全に解決されないこともありました。事前点検メカニズムを導入することで、予備部品の準備に十分な時間を確保でき、バルブの使用状況に応じて徹底的なメンテナンスを行うことができる。これにより、バルブの性能や使用寿命が向上する。 4 結語 予防保守メカニズムの確立により、調節弁の使用寿命を延ばし、調節弁の故障を減少させ、計装機器の故障率を低下させるだけでなく、企業の生産を安定させ、コストを削減し、効率を向上させる上で積極的な役割を果たす。同時に、工程操作を最適化し、生産設備の長期にわたる安定した運転を保証することもできる。