バルブのタイプおよび機能

一般産業用バルブの基礎知識：バルブの基本的な機能およびタイプ

バルブをどのように分類するのか？

産業用流体システムにおいてバルブが担っている主な機能とは、「開閉」、「流量制御」、「方向制御」、「過剰圧の保護」、「過流防止」の5つです。各バルブには、配管計装図（P&ID）上でよく見かける業界標準記号が割り当てられています。バルブの分類方法および各タイプに該当する記号の両方を理解しておくと、P&ID上のバルブ記号および図示されたバルブの機能との関連性がすぐに分かるため便利です。

1. 開閉：最も基本的なバルブの機能です。開閉用バルブは、流体の流れを開始または停止させます。基本的な機能ながら、開閉用バルブはさまざまなタイプから選ぶことができます。例えば：

   • ボール・バルブ：ハンドルを使用してバルブ内のボールを回転させることでバルブを通る流体を止めたり流したりして、信頼性の高い締め切りを実現します。
   • プラグ・バルブ：ボール・バルブと同様に機能しますが、ボールが無い点が異なります。プラグ・バルブは、ハンドルを使用してバルブ内のプラグを回転させることで、流体を止めたり流したりします。
   • ベローズ･シール・バルブ：ベローズ・シール・バルブの特徴は、長い円筒状のステムに伸び縮みするベローズが付いていることです。ハンドルを回すとアクチュエーターがベローズに押し付けられ、正確に流体を遮断します。
   • ダイヤフラム･バルブ：ベローズ・シール・バルブと同様に動作しますが、アクチュエーターがバルブ・ステム内のベローズを圧縮する代わりに、柔軟なダイヤフラムを押し下げて流体の流れを止めます。

   開閉用バルブは、流体システムの安全性を維持する上で重要な役割を担っています。大半の流体プロセスのオペレーションは高圧・高温下で行われますし、流体の中には有害なものもあります。そのため漏れを阻止してオペレーターに危険が及ばないようにすることが極めて重要です。安全締め切り用バルブを使用すると、漏れが生じた際に、流体の流れをすぐに遮断することができます。開閉用バルブ（またはボール・バルブ）は、P&ID上では蝶ネクタイ形の記号で表します。

2. 流量制御：このタイプのバルブは、システムを通る流れを調節します。単純な流量調節のほか、微量流量調節に使用することも可能です。ニードル・バルブ を使用すると、流量を制御したり、絞ったりすることができます。ハンドルを回してアクチュエーターを微調整し、ステム先端のニードルで流量を制御・遮断します。

   ニードル・バルブは必要に応じて、ベローズ・シール・バルブやダイヤフラム・バルブと同様に開閉することも可能ですが、主な目的は流量を制御することです。流量は、オリフィスのサイズ、ステムのタイプ、ステムの位置によって決まります。ご覧のとおり、流量制御用バルブ（またはニードル・バルブ）は、P&ID上では開閉用バルブに似た記号で表しますが、バルブ内での流量制御機能を示す下向きの三角形が追加されている点が異なります。

3. 方向制御：このタイプのバルブを使用すると、流体を希望する方向に流すことができるほか、システム内の流れの方向を変えることもできます。逆止弁 およびマルチポート・ボール・バルブを使用すると、 流れの方向制御を行うことができます。 逆止弁は逆流を防止し、流体の流れを一定方向に維持します。マルチポート・ボール・バルブは、他のボール・バルブと同様に開閉することが可能ですが、ハンドルを回してさまざまな方向に流体を流すことができます。

   重要なポイントとして、方向制御用バルブは、流れを変える際に開閉することは可能ですが、流量を絞ることはできないことに留意してください。方向制御用バルブ（または逆止弁）は、P&ID上では2本の線の間に右下がりの矢印がある記号で表します。

4. 過剰圧の保護：このタイプのバルブを使用すると、システムの圧力が規定値を超えて上昇するのを防止することができます。圧力逃がし弁 およびラプチャー・ディスクは、最もよく使用されているバルブのタイプです。圧力逃がし装置は、加圧下で稼働するあらゆるシステムにおいて非常に重要な役割を担っており、ブローアウトにつながりかねない過剰圧に対する最後の砦ともいうべき存在となっています。圧力逃がし弁は、所定の圧力レベルで自動的に開状態になるように、または加わる圧力に比例して徐々に開くように調整することが可能です。また、ブリード・バルブおよびパージ・バルブを使用して流体のブリード、ベント、ドレンを行うことで、流体システムのメンテナンスやオペレーションを安全に行うことができます。

   過剰圧保護用バルブを使用すると、過剰圧からプラントを保護しつつ、生産を継続することができます。過剰圧保護用バルブ（または圧力逃がし弁）は、P&ID上では交差する2つの三角形の上にアンテナ状のものがある記号で表します。

5. 過流防止：エクセス・フロー・バルブ（過流防止弁） もまた、システムの安全を確保する役割を担っています。バルブを通過する流量が所定の値に達すると作動し、システム流体の過剰流出を阻止します。バルブの二次側で流れが過剰になると、バルブのポペットが瞬時にトリップ位置または前方位置に移動し、システム流体の過剰流出の大部分を阻止して流体の放出を最小限に抑えます。その後、一次側と二次側の圧力が均等になると、エクセス・フロー・バルブ（過流防止弁）がリセットされます。

   エクセス・フロー・バルブ（過流防止弁）を使用すると、複雑なバイパス機構が不要になるため、メンテナンス時間を削減することができます。過流防止用バルブは、P&ID上では片側が狭くなっている長方形の中央に円がある特徴的な記号で表します。

適切なタイプのバルブを選定するには

流れとそれを制御するためのさまざまなタイプのバルブについて十分に理解することで、流体システムの設計において適切な選定を行うことができます。 しかしながら、本コラム記事はあくまでも入門編にすぎません。次のステップとして、STAMPEDメソッドを用いて産業用流体システムに適したバルブを選定する方法について紹介している コラム記事 も併せてご一読ください。

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