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安全弁の概要 安全弁はバルブの中でも特別な分野に属するものです。その特別さは、他のバルブが単に開閉機能のみを果たすのに対し、安全弁は設備の安全を守るというより重要な役割を担う点にあります。 安全弁は、開閉部が外力の作用を受けて常に閉じた状態にあり、装置や配管内の媒体の圧力が規定値を超えた場合に、システム外に媒体を排出することで、配管や装置内の媒体圧力が規定値を超えるのを防ぐ特殊なバルブです。 安全弁は自動弁の一種で、主にボイラーや圧力容器、配管に設置され、圧力が規定値を超えないように制御し、人の安全と機器の正常な運転を守る重要な役割を果たします。安全弁は、使用する前に圧力試験を受けなければなりません。 我が国の経済建設が急速に発展するにつれて、圧力制御を伴う機器プロジェクトがますます増えてきています。機器の減圧が必要であることを踏まえ、安全弁は機器を保護する上で極めて重要な役割を果たします。2013年時点で、各種安全弁のメーカーや販売業者は700社以上に達し、毎日の取引問い合わせは200件以上に上り、安全弁の供給需要市場は著しく活気づいていました。 安全弁は、主に蒸気ボイラー、液化石油ガスを使用する自動車用タンク車や鉄道用タンク車、石油採掘井、蒸気発電設備の高圧バイパス、圧力配管、圧力容器などに広く使用されています。 安全弁の種類 安全弁の口径は一般的に大きくなく、よく使われるものはDN15mm~DN80mmの間です。150mmを超えるものは一般的に大口径安全弁と呼ばれます。 安全弁には、全開式安全弁と微開式安全弁があります。安全弁の全体的な構造と負荷方法によって、静的重力式、レバー式、スプリング式、およびパイロット式の4種類に分けられる。配管との接続方法によって、ねじ式安全弁とフランジ式安全弁に分けられます。 作業温度が高くて圧力がそれほど高くない場合は、レバー式が適しています;高圧機器はスプリング式を選ぶことが望ましい;一般的にはスプリング式の安全弁がよく使われます。 取り付け方法:装置システム全体の調整の一環として、安全弁が初めて開く際には、システム内に常に汚れや破片が存在するため、バルブシートが損傷することがよくあります。外部からの不純物が安全弁内部に入らないように、システム全体を安全弁を取り付ける前に十分に洗浄し、安全弁は汚れや錆、破片が溜まらない場所に設置しなければならない。 蒸気の利用においては、安全弁の設置によって漏れの傾向を低減することも重要な点であり、安全弁の設置にあたっては、凝縮水が弁弁の上流部に溜まらないようにしなければならない。下図のように、安全弁を蒸気管の上部に取り付けることでこれを実現できます。 安全弁が蒸気管の上方に正しく取り付けられている場合、安全弁の入口配管は自己排水の役割を果たすことができます。 温度安全弁は給湯器の上部または側面に取り付けるべきであり、取り付け時の注意事項は以下の通りです。(1)新しく取り付ける安全弁には製品合格証が付いていなければならず、取り付け前に再校正を行い、封印を施して安全弁の校正証明書を発行する必要があります。 (2)安全弁は垂直に取り付けられ、容器または配管の気相界面位置に設置されなければならない。 (3)安全弁の出口には抵抗がないようにし、背圧が生じないようにしなければならない。排出管を設置する場合、その内径は安全弁の出口直径よりも大きくなければならない。安全弁の排出口は凍結を防ぐための対策が必要であり、可燃性または有毒・劇毒な物質を収容している容器の場合、排出管は屋外の安全な場所まで直接接続されるか、適切な処理が行える施設に接続されなければならない。排出管には一切のバルブを取り付けてはならない。 (4)耐圧装置と安全弁の間には、いかなるバルブも取り付けてはならない。可燃性、爆発性、毒性または粘性のある媒体を収容する容器については、交換や清掃を容易にするために遮断弁を取り付けることができるが、その構造および通過口径は安全弁の正常な動作を妨げてはならない。通常運転時、遮断弁は必ず全開し、鉛封を施さなければならない。 (5)可燃性、爆発性、または有毒な媒体を扱う圧力容器において、安全弁から排出される媒体には必ず安全装置および回収システムが必要である。レバー式安全弁の取り付けは、必ず垂直な位置に保つ必要があります。また、スプリング式安全弁もその動作に影響が出ないよう、できれば垂直に取り付けることが望ましいです。取り付け時には、噛み合わせや部品の同軸度にも注意し、各ボルトに均等な負荷がかかるようにする必要があります。安全弁とボイラー圧力容器との間の接続用短管の断面積は、安全弁の流路断面積よりも小さくてはならず、安全弁全体が1本の接続管に取り付けられる場合、その接続管の断面積は安全弁の流路断面積の合計の1.25倍以上でなければならない。 設置経験集(1)容器内に気相と液相の両方の物質がある場合、安全弁は気相側に取り付けるべきである。 (2)安全弁を可燃性液体の排出に使用する場合、その安全弁の出口は事故用タンクに接続されなければならない。放出される物質が高温で可燃性のものである場合、受け入れ容器には適切な防護設備が必要である。 (3)一般的な安全弁はその場で排気することができ、排気口は作業員より1メートル以上高い位置に設置し、15メートル以内の明火のある場所、火花が発生する場所、および高温の機器の方を向けてはならない。室内機器や容器の安全弁の排気口は、屋根から外に出し、屋根より2メートル以上高く設置しなければならない。 (4)安全弁の入口に遮断弁がある場合、その遮断弁は常に開いた状態にしておき、誤動作を防ぐためにシールを施す必要がある。 (5)安全弁とボイラーまたは圧力容器との間の接続管および管継手の通過部の断面積は、安全弁の入口断面積未満であってはならない;複数の安全弁が1本の入口配管を共有する場合、その入口配管の流路断面積は、各安全弁の入口断面積の合計以上でなければならない。 (6)安全弁とボイラーのドラム、連結箱の間には、一般的に遮断弁や蒸気を取り出すための導管を設置してはならない。安全弁と圧力容器の間には、一般的に遮断弁やその他の導出管を設置してはならない。 毒性が極めて高く、または高度・中度の危険性を持ち、かつ可燃性、腐食性、粘着性のある媒体、または貴重な媒体を扱う圧力容器においては、使用機関の圧力容器を管理する技術責任者の承認を得て、かつ信頼できる予防措置を講じた上でのみ、安全弁と圧力容器の間に遮断弁を設置することができる。圧力容器が正常に運転している間は、遮断弁を常に全開の状態に保ち、シールやロックを施さなければならない。遮断弁の構造および通過径は、安全弁の安全な放出を妨げてはならない。 (7)ねじ接続式のスプリング式安全弁は、ねじ付きの短管と接続し、その短管は筒体および集箱と溶接接続されなければならない。 (8)安全弁には必ず排出管を取り付けなければならない。排出管は、抵抗をできるだけ減らすために、曲がりや急なカーブを避けるようにする必要があります。排出管は安全な場所まで直接つながっており、十分な流路断面積を持っていて、排気がスムーズに行われるようにしている。化学反応を引き起こすように相互作用できる安全弁は、排気管を共有してはならない。 安全弁を腐食性や可燃性のガスがある装置に取り付ける場合、排出時には腐食防止または火災・爆発防止の措置も講じなければならない;安全弁が取り付けられている装置内に有毒な媒体があり、かつその媒体の蒸気密度が空気の密度よりも大きい場合、安全弁から排出される媒体および蒸気は密閉されたシステムに導入され、その密閉システムから回収して製造に使用される。 (9)安全弁の排出管は、安全弁に過度な付加応力が生じたり振動を引き起こしたりしないように固定する必要がある。 (10)屋外に設置される安全弁には、気温が0℃以下の場合においても、弁内の媒体中の水分が凍結し、安全弁の排出機能に支障をきたすのを防ぐための信頼性の高い措置が必要である。 (11)安全弁の作動媒体の結晶温度が最低環境温度よりも高い場合、安全弁には断熱ジャケットを設け、断熱用のブロー蒸気を取り付ける必要がある。これは、媒体の結晶によって安全弁が詰まり、安全弁の正常な作動性能が損なわれるのを防ぐためである。安全弁の入口および出口の配管も、媒体の結晶による配管の閉塞を防ぐため、蒸気断熱カバースリーブを備えるか、断熱用の蒸気サポートパイプを追加して設計する必要があります。 (12)安全弁には、重錘が勝手に動くのを防ぐ装置と、レバーが逸脱するのを制限するガイド枠が必要であり、スプリング式安全弁には、持ち上げ用のハンドルと、調整ネジが勝手に回されるのを防ぐ装置が必要である。 (13)それはボイラーや集箱の最も高い位置に垂直に取り付けられるべきである。安全弁とボイラーボイルまたは集箱の間には、蒸気を取り出すための出口管やバルブを設置してはならない。 (14)定格蒸気圧力が3.82MPa以下のボイラーにおいて、安全弁の喉径は25mm未満であってはならない;定格蒸気圧力が3.82MPaを超えるボイラーにおいては、安全弁の喉径は20mm未満であってはならない。 (15)圧力容器の安全弁は、できれば圧力容器本体の最も高い位置に直接取り付けるべきである。液化ガスタンクの安全弁は、気相部に設置しなければならない。一般的には短いチューブを容器に接続するが、この安全弁用の短チューブの直径は、安全弁のバルブ径よりも小さくてはならない。 (16)定格蒸発量が0.5t/hを超えるボイラーは、少なくとも2つの安全弁を設置しなければならない;定格蒸発量が0.5t/h以下のボイラーには、少なくとも1つの安全弁を取り付けなければならない。分離式省煤器の出口および蒸気過熱器の出口には、必ず安全弁を設置しなければならない。 (17)安全弁の出口には抵抗があってはならず、背圧が生じないようにしなければならない。排出管を設置する場合、その内径は安全弁の出口直径よりも大きくなければならない。安全弁の排出口については凍結防止に配慮する必要があり、可燃性または有毒・劇毒な媒体を収容する容器の場合、排出管は屋外の安全な場所まで直接接続されるか、適切な処理が行える設備へ接続されなければならない。排出管にはいかなるバルブも取り付けてはならない。 安全弁のメンテナンス集 日常のメンテナンスを徹底し、清潔を保ち、腐食や油汚れ、汚れによる詰まりを防ぐ;定期的にシールを確認し、他人がレバー式安全弁の重りを勝手に動かしたり、スプリング式安全弁の調整ネジを回したりするのを防ぎます。 バルブとバルブシートが固着するのを防ぐため、耐圧機器の実情に応じて定期的な手動排気(または手で持ち上げての排気)制度を設ける。例えば、蒸気ボイラーの安全弁の場合は、通常1日1回人の手で排気する必要があり、排気圧力は規定された最大作動圧力の80%以上が望ましい;漏れが見つかった場合は、速やかに点検または交換を行う必要があります。負荷を増やす方法(例えばレバー式安全弁で重りを外側に動かしたり、スプリング式安全弁の調整ネジを過度に締め付けたりすること)で漏れを解消することは厳禁です。 安全弁は、少なくとも年に1回は定期的な検査を行う必要があります。検査内容には動的検査と分解検査が含まれます。動的検査の手順は、組み立て、昇圧(作業圧力まで)、保圧(3~5分間漏れがないこと)、昇圧動作(開放圧力下で即座に動作すること)、降圧戻り、再保圧(戻った後、作業圧力下で3分間漏れがないこと)に分かれる。