調節弁

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1 調節弁の故障やプロセス反応の不具合とその対処法　調節弁は現場に設置され、直接媒体と接触するため、高温高圧、極端な低温や腐食性の高い環境、結晶化による浸透など、過酷な条件にさらされます。その品質と信頼性は、調節性能に影響を与えるだけでなく、生産システムの安全性や環境汚染にも影響を及ぼします。自動制御が急務となる場面もあるが、調節弁が現場の要求を満たせないために実現できないことが多い。例えば、調節弁には頻繁に固着、ダイアフラムの破損、動作の鈍さ、漏れの多さ、推力の不足、弁の密閉性の悪さ、調節範囲の狭さ、振動、鳴き声、外部への漏れなどが発生する。 　　一般的な調節弁には、シングルシートバルブ、ダブルシートバルブ、スリーブバルブ、コーンバルブ、トライクランプバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブ、オールインワン超軽量バルブなどがあり、特殊なバルブには、高圧バルブ、高温バルブ、耐腐食バルブ、急速遮断バルブなどがある。 　　調節弁の故障率は他の計器よりも高くなることが多く、計器技術者が故障を分析・判断するためには、調節弁の一般的な故障について十分に理解している必要がある。バルブポジショナーとハンドホイールは、調節バルブの一部です。 　　1. 調節弁（アクチュエータV）の問題：
　①. バルブシートが外れたり、バルブステムが折れたり曲がって中心がずれたり、バタフライバルブのピンが折れる。
　②. バルブシートとバルブシートやスリーブが固着したり、バルブ内部に異物（または結晶）が詰まったりして動かなくなる。
　③. ドラムが破れたり、シリンダーから空気が漏れたり、ドラムの排気孔が塞がったり、「O」リングが摩耗して漏れが発生する。
　④. バルブのスプリングの調整が不十分であったり、損傷したり、バルブフレームが壊れている。
　⑤. バルブが極限位置にあり、調整の余地がない。または、適切なモデルが選ばれていないか、プロセス用のバルブの開度が不適切である。
　⑥. バルブステムの摩擦が大きすぎる（例えば、パッキンがきつすぎたり、温度が高すぎたりするため）、動作が遅くなり、アクチュエータの出力が不足する。
　⑦. バルブステムが長すぎたり短すぎたりして、バルブの動きが不十分で、騒音が大きくなる。
　⑧. バルブの漏れ量が多すぎる。または、バルブのガイドスリーブが激しく摩耗している。
　⑨. バルブシートが激しく摩耗したり腐食したりしている。または、バルブステムの接続部が不安定である。
　⑩. バルブが位置制限されている。または、ハンドルが正しく解放されていない。あるいは、電磁弁が正常に復帰していない。 　　2.バルブポジショナー(VP)の問題：　　①.空気供給源や入力信号の圧力に問題があり、過低または過高な値を示したり、減圧弁や接続部品、配管、ポジショナーなどから深刻な漏れが発生している；　　②.ポジショナー自体のノズルやスロット、アンプなどが汚れたり詰まったりして機能しなくなっている；　　③.フィードバック用のピンの取り付けが不適切で、しっかり固定されておらず、振動によって外れてしまう；　　④.ポジショナー内部の機械部品が緩んだり疲労したり老化したりして振動を起こしている；　　⑤.ポジショナーが正しく調整されておらず、運用中に設定が乱れている。 　　5. 工程面：　　①. パイプ内に異物（または媒体の結晶）が存在し、バルブシートを塞いだり持ち上げたりすること。これには、設備のパイプラインからの不十分な清掃も含まれる；　　②. 工程が設計時の動作条件から正常に外れ、調節弁が正常に機能しない；　　③. 工程システムに異常がある；　　④. 工程の操作が不適切であること。例えば、付属管の開度が不適切であったり、ハンドホイールの操作が不適切であったりする場合など。 　　 　　2 各種調節バルブ（ダンパーを含む）およびポジショナーの校正・保守経験　調節バルブは制御システムにおいて重要な要素であり、一度故障すると制御システム全体が機能しなくなってしまう。そのため、調節バルブの校正や保守は丁寧かつ慎重に行う必要がある。ここでは、いくつかのバルブタイプについて説明する。 　　1、空気圧式薄膜調節弁　　 a.ポジショナ付き空気圧式薄膜調節弁　　 この種のバルブを検査する際は、まずエア供給圧力を確認し、その後規定に従って検査を行い、その線形性や感度が規定要件を満たしていることを確保する。特に注意すべき点は、バルブポジショナーを取り付ける際、バルブが50％の開度にあるとき、ポジショナーのフィードバックアームは必ず水平な位置になければならないということです。 　　 b. ポジショナーなしの空気圧式フィルム調節弁　ポジショナーなしの空気圧式フィルム調節弁を検証する際には、調節弁の信号範囲に特に注意する必要があります。名称板にはスプリングの範囲、すなわち信号範囲が記載されているので、その範囲に従って検証を行います。 　　2、シリンダ式調節弁　シリンダ式調節弁は、出力が大きく、動作が敏感であるという利点があります。検証時にはまず空気供給圧を確認し、その後規定に従って検証を行います。線形が悪く、ジャンプ現象が見られる場合は、シリンダーの気密試験を行い、シリンダーやピストン、接続部などに漏れがないかを確認してください。故障が解消されない場合は、バルブのシール材がきつすぎることが原因かもしれません。シール材を調整すれば正常に動作します。 　　3、風門アクチュエータ　風門アクチュエータは特殊なバルブの一種で、この種のバルブを検査する際にはまず空気供給圧力を確認し、その後規定に従って検査を行う。この種のバルブにはポジショナーが付いているが、直線性はあまり良くないため、工程上の要件を満たしていれば問題ない。点検時には、各接続部からの漏れがないか、エア供給圧力が正常かを確認し、機械的な伝動部品には定期的に潤滑油を塗布する必要があります。 　　4、調速器　　発電機の調速器は特殊な調整装置であり、アクチュエータとオイルモータの2つの部分から構成されており、計器がアクチュエータ部分を担っている。検証時にはまずガス供給圧力とエアクッションの圧力を確認し、その後規定に従って検証を行い工程要件を満たします。点検時には特にガス配管に漏れがないか注意深く確認し、漏れが見つかった場合は直ちに対処しなければなりません。 　　5、ダイヤフラムバルブ　ダイヤフラムバルブは2位置式のバルブで、検査時にはまずエア供給圧力を確認し、その後動作がスムーズで所定位置に戻るかをチェックします。異常がある場合は、ダイヤフラムが破損していないか、パッキンが正常かを確認してください。 　　6、電磁切断弁　電磁切断弁には、機械の停止用電磁弁と、燃料システム用の天然ガス切断弁が含まれる。この種のバルブは2位置式であり、検査時には電源電圧が正常か、動作がスムーズで所定位置まで動くか、漏れがないかなどに特に注意する必要があります。 　　7、オープン型バルブとクローズ型バルブの変更　オープン型バルブとクローズ型バルブはバルブの固有の特性であり、バルブが製造される際にすでに決定されている。オープン型かクローズ型かを変更するにはアクチュエータを交換するしかない。一方、シリンダ式調節バルブの場合は、上下のシリンダーの信号の位置を変更することで可能である。ポジショナーやアジャスターの正逆作用を変更しても、エアオンとエアオフは変わりません。 　　8、放空弁とアンチサージバルブ　放空弁とアンチサージバルブは、プロセスが正常な状態では常に閉じた状態にあります。このようなバルブを検証する際には、プロセス媒体の圧力がバルブのシートに及ぼす力に特に注意する必要があります。計算によってバルブの作動値を求めるのですが、エアロック式バルブの場合、必ずしも100KPaとは限らず、95KPaや90KPaであることもあります。また、エアオープン式バルブの場合も、必ずしも20KPaで作動するわけではなく、40KPaや50KPaであることもあります。これは、プロセスが正常な状態でもバルブが確実に閉じられ、良好に動作するようにするためです。起動値を決定する方法は科学的な計算であるべきだが、実際には一定の困難があり、多くの場合経験に基づいてより保守的かつ合理的な起動値が設定される。空気作動式バルブの起動値としては、25～35KPaが一般的に用いられる；ガス遮断弁の経験的な起動値は85～95KPaと定められている。 　　例題：ガスオン式の高圧調節弁で、ポジショナーを備えている。入力圧力は20～100KPa、出力圧力は40～200KPaで、弁の前後の圧力差は30000KPaである。弁芯の直径は8mm、弁のストロークは20mm、ダイアフラムヘッドの有効面積は280cm2、弁の摩擦力は30Kgfである。常圧下でこのバルブを検証し、運用開始後に正常に動作するためにはどの程度まで達成すればよいのか？ 　　解：（1）行程を確認する。つまり、20～100KPaを入力すると、出力は40～200KPaとなり、バルブは全ストロークの20mm動きます。 　　 （2）作動圧力の検証（流量制御型）
Po＝（△P×πr²＋F摩＋Fe）/Ae
＝（300×π（0.4×0.4）＋30＋280×0.05）/280
＝70Kpa

式中のFeはバルブシートへの圧縮力で、一般的にFe＝0.05Aeとする。
作動値が求まったら、以下の手順で調整する：
（1）入力信号を20～100KPaに設定し、ポジショナーのゼロ点を調整して出力を0（40KPa）にする。
（2）スプリングを圧縮し、入力圧力を20KPaから徐々に上げていき、出力が70KPaになりバルブが作動し始めるまで続ける。 　　 　　 　　3連鎖警報システムにおける各種計器の校正・保守に関する注意事項　　　1. トランスミッタ、センサ、熱電対（抵抗）式計器　　　連鎖警報システムにおいて、現場のトランスミッタ、センサ、熱電対（抵抗）がプロセスパラメータをアナログ電気信号に変換してDCSシステムに送信し、DCSシステム内で順序制御機能を利用して連鎖保護や警報を実現する。したがって、この種の計器を保守する際には、以下の点に注意する必要がある：　　　a. 連鎖遮断作業票を発行し、運用担当者やプロセス担当者に状況を周知させる。 　　 b、CRT上で既存の対応する連鎖を切除する。 　　 c、保守対象の計器とその他の制御システムとの関係を十分に理解し、誤動作を防ぐ。 　　 d、CRT上で保守対象の計器をMANおよびCAL状態にする。 　　 e、現場の計器の修理および校正を行う。 　　 f、チェックとメンテナンスが完了し、K5値が正常であることを確認・比較した後、CRT上でCAL状態を解除し、システムをAUTに設定する。 　　 g、観測パラメータに異常がないことを確認した後、連動機能の投入申請書を提出し、連動機能を稼働させる。 　　 2、圧力スイッチおよびフロート式計器　　現場で圧力スイッチやフロートスイッチの点検・保守を行う際は、以下の手順に従ってください：　　a、連鎖遮断作業票を発行する。 　　 b、CRT上で対応するリレーを切除する。 　　 c、現場のスイッチを検証・メンテナンスする。 　　 d、検査により問題がないことを確認した後、連動運用申請書を作成し、CRT上で連動機能を稼働させる。 　　 3、連動電磁弁の点検およびメンテナンス　連動電磁弁には、常時帯電型と常時非帯電型があります。 　　 a、常時帯電する電磁弁　この種の電磁弁の点検・メンテナンスを行う際、電磁弁が常時帯電しているため、温度上昇が起こり、手で触れればすぐに分かります。温度上昇が著しい場合、電磁弁のコイル部分に故障があることを示しており、速やかに交換する必要があります。電磁弁を交換する際は、バルブが安全な位置にあることを確認してください。 　　 b、通常は帯電しない電磁弁　この種の電磁弁のメンテナンス時には、配線やコイル部分に問題が生じても見つけにくいため、実際に測定を行う必要がある。テストには配線の通断確認や絶縁試験が含まれ、テスト中はバルブが安全な位置にあることを確認する。 　　 4. リレー付き切り替えスイッチのないリレーシステムのメンテナンス　入力信号に「ハードな対策」を講じる場合でも、動作側に「ハードな対策」を講じる場合でも、まずはリレーの原理をよく理解し、作業時には細心の注意を払い、決して油断してはならない！ 　　 連動切替スイッチを備えていない連動システムでは、誤動作を防ぐため、現場で電磁弁のピンや調節弁のハンドルの位置制限、またはバルブシャフトの固定といった「物理的な対策」を講じる必要がある；モーターをMAN位置に設定するか、入力信号側で常開または常閉接点に基づく短絡後開路方式などの「強制的な対策」を講じた上で、メンテナンスを行う。