バルブマニホールドとは何ですか?コンパクトバルブマニホールドのエンジニア向けガイド

A バルブマニホールド 複数のバルブ、流路、およびポートを 1 つのコンパクトなアセンブリに統合する、単一の機械加工または製造されたブロックであり、個別のバルブ、継手、および相互接続するパイプまたはチューブのネットワークを置き換えます。 その主な目的は、単一の集中ユニットから 1 つ以上の機器接続全体の流体またはガスの圧力を制御、隔離、通気、および均一化することです。 バルブマニホールドは、計装、プロセス制御、油圧、空気圧の基本コンポーネントであり、漏れ箇所を最小限に抑えた限られたスペースで複数の流れ機能を実行する必要があるあらゆる場所で使用されます。

実際には、差圧トランスミッタの 5 バルブ マニホールドが、最大 12 個の個別のパイプ継手と 5 個の個別のバルブ本体を置き換えます。これにより、潜在的な漏れ箇所が 20 以上から 4 か 6 個に減少し、システムの完全性が大幅に向上し、メンテナンス アクセスが簡素化されます。

バルブマニホールドの仕組み

バルブマニホールドは、固体内の一連の内部に開けられた通路を通して流体またはガスを送ることによって機能します。各通路は特定のポート (入口、出口、ベント、均等化) に接続され、マニホールド本体に直接取り付けられたバルブ ステム、ニードル、またはボール機構によって制御されます。各バルブを操作すると、関連する内部通路が開閉し、接続されているプロセスや機器の必要に応じて流れや圧力が決まります。

すべての流路が同じ機械加工ブロック内に含まれているため、バルブ自体の間に外部のチューブやパイプの接続はありません。これにより、同等のマルチバルブ パイプ アセンブリに存在する潜在的な漏れポイントの大部分が排除されます。マニホールドは、IEC 61518 や ASME フランジ面構成などの標準化されたボルト パターンを介して、機器 (通常は圧力トランスミッター、差圧 (DP) セル、または圧力計) に直接取り付けられます。

バルブマニホールドの主な種類とその機能

バルブマニホールドは主に、本体に組み込まれているバルブの数によって分類されます。各構成は、特定の計測およびプロセス制御機能のセットとして機能します。間違ったタイプを選択することは、一般的でコストのかかるエラーです。2 バルブ マニホールドは、3 バルブまたは 5 バルブ マニホールドが提供するイコライゼーションまたは校正機能を実行できません。

2バルブマニホールド

最も単純な構成である 2 バルブ マニホールドには、1 つのブロック バルブ (プロセスを機器から隔離する) と 1 つのベント/ドレン バルブ (メンテナンスのために機器側を減圧する) が含まれます。排他的に使用されます ゲージ圧または絶対圧伝送器 差圧ではなく、単一のプロセス圧力点を測定します。均等化バルブが含まれていないため、差圧機器を安全にゼロ調整したり校正したりするために使用することはできません。

3バルブマニホールド

3 バルブ マニホールドは、差圧 (DP) トランスミッタおよび流量計の標準構成です。これには以下が含まれます:

• ハイサイドブロックバルブ: 高圧プロセス接続をトランスミッタのハイサイドから分離します。
• ローサイドブロックバルブ: 低圧プロセス接続をトランスミッターのローサイドから分離します。
• 均等化バルブ: トランスミッタの高圧側と低圧側を直接接続し、両側を同じ圧力に均等化できます。これは、DP 機器の安全な起動、校正、ゼロ調整に不可欠です。

3 バルブ マニホールドの正しい操作シーケンスは重要です。 停止中は両方のブロック バルブを閉じる前に常に均等化バルブを開き、起動中はブロック バルブを開く前に必ず均等化バルブを閉じてください。 。このシーケンスを逆にすると、トランスミッタのダイアフラムの片側に完全な差圧がかかり、0 ～ 25 mbar 程度の差圧定格の検出素子に永久的な損傷を与える可能性があります。

5バルブマニホールド

5 バルブマニホールドは、3 バルブ構成に 2 つのベントバルブ (トランスミッターの両側に 1 つずつ) を追加します。これにより、プロセス接続を切断することなく、メンテナンス、校正、またはパージのために機器の高圧側と低圧側を独立して通気または排出することができます。 5 バルブマニホールドは、次のような用途に適しています。 頻繁な校正、液体が満たされたライン、または腐食性のサービス 独立した通気が安全上または運用上必要になります。これは、ほとんどの海洋石油、ガス、および化学プラントの計装設備で指定されている規格です。

油圧および空圧バルブマニホールド

油圧および空圧システムのバルブマニホールドは、計装以外にも、別の主な機能を果たします。つまり、加圧流体または空気を単一の供給ラインから複数のアクチュエータ、シリンダ、または回路に同時に分配します。油圧バルブマニホールドブロックには、 4～24個の電磁切換弁 単一のボディで、それぞれが独立したアクチュエータを制御します。これにより、個別に配管された同数のバルブ ステーションが置き換えられ、設置時間、シ​​ステムの総体積、潜在的な漏れ箇所がステーション数に比例して削減されます。

バルブマニホールドの種類の概要

バルブマニホールドが使用される場所: 主要な産業と用途

バルブマニホールドは、制御された測定可能な流体またはガスの流れを必要とするほぼすべての業界で使用されています。これらの採用は、計画外のダウンタイムやプロセス漏れによって高い運用コストや安全コストがかかる環境で、設置の複雑さを軽減し、漏れ経路を最小限に抑え、メンテナンスへのアクセスを改善する必要があるために推進されています。

石油とガス

上流、中流、および下流の石油およびガス事業は、計装バルブマニホールドの最大の単一市場です。オフショアプラットフォームでは、通常、流量、レベル、または密度を監視するすべての差圧トランスミッターは、次の定格の 5 バルブマニホールドによって提供されます。 最大 ASME 2500# (420 bar / 6,090 PSI) の圧力クラス サワーサービス用の NACE MR0175 に準拠した材料。単一のオフショア生産プラットフォームには、計装ループ数全体にわたって数千のバルブ マニホールド アセンブリが含まれる場合があります。

化学および石油化学処理

化学プラントでは、腐食性の高いプロセス媒体に耐えるマニホールドが必要です。 二相ステンレス鋼 (UNS S31803)、ハステロイ C-276、およびモネル 400 マニホールド本体は、酸、塩化物、酸化性の使用環境向けの標準仕様です。これらの設定では、マニホールドの価値はリーク削減を超えて拡張されます。また、計器ループのすべての隔離機能とベント機能を単一の監査可能なアセンブリ ポイントに統合することにより、プロセス ハザード分析 (PHA) の実行も簡素化されます。

水と廃水の処理

水処理における流量測定は、オリフィス プレート、ベンチュリ、V コーン間の差圧に大きく依存します。これらのすべてには、DP トランスミッタ用の 3 バルブまたは 5 バルブ マニホールドが必要です。これらの低圧用途 (通常は 16 bar 未満) では、EPDM または PTFE シートを備えた炭素鋼または 316 ステンレス鋼のマニホールドが標準です。水道のマニホールドは、タンクや浄化装置の圧力計やレベル発信器を接続するためにも使用されます。

発電

発電所の蒸気および給水システムは、極度の圧力と温度で動作します。 超臨界蒸気用途で 350 bar および 600°C 。これらのサービス用の高圧計装マニホールドは合金鋼 (ASTM A182 F22 または F91 など) から鍛造され、定格使用圧力の 1.5 倍の静水圧までテストされます。ここのバルブマニホールドは、故障するとタービン保護やボイラーの安全システムに影響を与える可能性がある重要な流量、圧力、レベル計器を隔離します。

油圧機械と産業オートメーション

移動式機器 (掘削機、クレーン、プレス機) および固定産業機械の油圧バルブ マニホールドは、方向制御バルブ、リリーフ バルブ、チェック バルブ、および流量制御を単一のカスタム ポート ブロックに統合します。たとえば、6 軸ロボット アームのマニホールドには、ペーパーバック本サイズのブロックに 6 つの独立したシリンダー回路を制御する 12 個のソレノイド バルブが組み込まれており、数メートルの油圧チューブと数十の継手を必要とする従来の同等の回路を置き換えることができます。

バルブマニホールド材質：使用条件に応じた選択

材料の選択は、バルブマニホールドの仕様において技術的に最も重要な決定です。本体の材質は、プロセス流体と適合し、動作温度と圧力に耐性があり、該当する業界規格に準拠している必要があります。材料の選択を誤ると、腐食、応力亀裂、またはプロセス化学との不適合が発生し、設置後に修正するには多額の費用がかかる障害が発生します。

取り付け構成: バルブマニホールドと機器の接続方法

バルブマニホールドはいくつかの取り付けスタイルで製造されており、それぞれマニホールドがトランスミッタおよびプロセス配管に物理的に接続する方法を定義します。間違った取り付けスタイルを指定すると、ボルト パターンが一致せず、フェース ガスケットが互換性がなく、取り付け後にバルブ ハンドルにアクセスできなくなる可能性があります。

• ダイレクトマウント (一体型マウント): マニホールドは、送信機の標準ボルト穴パターン (通常は IEC 61518 または同等) を使用して、送信機本体に直接ボルトで固定されます。これにより、マニホールドと機器の間に外部導圧線のない、コンパクトで剛性の高いアセンブリが作成されます。これは新規設置に推奨される構成であり、中間接続をすべて排除することでアセンブリの全高を削減します。
• リモートマウント: マニホールドはトランスミッタとは別に (通常はパイプ スタンド、ブラケット、または壁に) 取り付けられ、短いチューブを介してトランスミッタに接続されます。これは、プロセス接続におけるスペースの制約、振動、または高い周囲温度により、トランスミッタをプロセスのタッピングポイントから物理的に分離する必要がある場合に使用されます。
• コプレーナマウント: DP トランスミッタ (Rosemount 3051 シリーズなど) の共面フランジと嵌合するように設計された平面マニホールド。同一平面上にある面により、単一の平らなボルト締結面にデュアル チャンバー ポートの配置が提供され、単一のガスケット セットとボルト パターンでハイサイドとローサイドの両方の接続を同時に行うことができます。
• インライン (パイプ) マウント: マニホールドはプロセス ラインまたはインパルス チューブに直接取り付けられ、トランスミッタはチューブ継手を介してマニホールドの計器ポートに接続されます。直接取り付けアセンブリに対応するために既存の配管配置を変更できない改造用途で一般的です。

バルブマニホールドの主要な規格と認証

規制産業または安全性が重要な産業で使用されるバルブマニホールドは、特定の設計、材料、試験、および文書化の基準に準拠する必要があります。該当する認証への準拠を確認せずにマニホールドを購入することはよくある調達ミスであり、検査や試運転の段階でプロジェクトの遅延を引き起こす可能性があります。

• PED 2014/68/EU (圧力機器指令): 欧州連合における圧力ベアリング機器の設計、製造、適合性評価を管理します。定義された圧力容積閾値を超えるマニホールドには、PED に基づく CE マーキングが必要です。
• ASME B16.34: フランジ付き、ネジ付き、溶接端の構成で使用されるバルブの米国規格。北米の設備で使用されるバルブマニホールドの圧力温度定格、材料、テスト、およびマーキング要件を定義します。
• NACE MR0175 / ISO 15156: 硫化水素 (H₂S) を含む環境で使用される機器の材料要件標準 - オイルおよびガスサワーサービス用途には必須です。マニホールド本体、ステム、シートの最大硬度制限と承認された合金を指定します。
• IEC 61518: 計装マニホールドと DP トランスミッターの間の直接取り付け接続用のボルト パターン、フランジ面の寸法、およびガスケットの仕様を定義し、異なるメーカーの製品間の互換性を確保します。
• SIL (IEC 61511 / IEC 61508): 安全計装システム (SIS) で使用されるマニホールドの場合、安全度レベルの評価が必要になる場合があります。 SIS アプリケーションのサプライヤーは、SIL 検証計算をサポートするために、故障モードと影響データ (FMEDA レポート) を提供する必要があります。

適切なバルブマニホールドの選択方法: 実践的な仕様ガイド

マニホールドを正しく選択するには、サプライヤーに連絡するか注文する前に 7 つのパラメータを定義する必要があります。これらのいずれかが欠けていると、不一致、安全でない、または非準拠のインストールが行われます。

1. 楽器の種類: マニホールドがゲージ圧トランスミッタ (2 バルブ)、DP トランスミッタまたは流量計 (3 バルブまたは 5 バルブ)、または油圧/空圧アクチュエータ回路 (マルチステーション マニホールド ブロック) として機能するかどうかを識別します。
2. 最大許容作動圧力 (MAWP): マニホールドがさらされる最大プロセス圧力を指定します。安全マージンを確保するために、システムの最大動作圧力より少なくとも 10 ～ 25% 高い圧力定格のマニホールドを選択してください。
3. 動作温度範囲: 材料とシールの適合性を確認するために、最小値 (寒冷地での始動または極低温サービスの場合) と最大値 (蒸気または高温プロセス サービスの場合) の両方を含めます。
4. プロセス流体: 流体の名前と関連する特性 (腐食性、粘度、硫化水素含有量、塩化物濃度、液体、気体、または二相混合物かどうか) によって流体を識別します。これにより、ボディと内部シール/シートの両方の材料の選択が決まります。
5. 取り付けスタイル: トランスミッタのモデルと物理的な設置上の制約に基づいて、ダイレクト マウント、コプレーナ、リモート、またはインライン マウントが必要かどうかを確認します。
6. プロセス接続のサイズと規格: 既存の導圧配管またはプロセスタップ構成に一致するように、入口/出口ポートのねじサイズ (例: 1/2 インチ NPT、1/4 インチ BSP、または ASME 150# / 300# に準拠したフランジ付き) を指定します。
7. 適用される規格と認証: 必須規格 (PED、ASME B16.34、NACE MR0175、SIL) をリストし、関連する証明書 (材料試験報告書 (MTR)、静水圧試験証明書、寸法検査記録) を注文文書パッケージの一部として要求します。

バルブマニホールドのメンテナンスと一般的な故障モード

バルブマニホールドは一般にメンテナンスの手間がかからないコンポーネントですが、メンテナンスフリーではありません。最も頻繁に発生する故障モードを理解することで、メンテナンス チームはプロセスの漏れや機器のエラーに発展する前に問題を特定できます。

• バルブステムのパッキン漏れ: 最も一般的な故障モード。バルブステム周囲の PTFE またはグラファイトパッキンは、熱サイクルや繰り返しの動作により劣化します。症状としては、ステム周囲の目に見える滲みや、測定器の読み取り値の一貫性の測定可能な低下などがあります。解決策: パッキン グランド ナットを 4 分の 1 回転締めます。漏れが続く場合は、マニホールドを隔離し減圧した状態でパッキンを交換してください。
• シート漏れ（内部通過）： 閉じたときに完全に遮断できず、プロセス流体が機器側に通過してしまうバルブ。シート上の破片、研磨媒体によるシートの浸食、または針先の損傷が原因です。診断には、機器側を加圧し、ブロックバルブを閉じた状態で圧力上昇を監視する必要があります。
• 本体の腐食または侵食: 激しい化学薬品や高速流体の用途では、マニホールド本体自体が外部で腐食したり、内部で腐食したりする可能性があります。定期的な目視検査と指定間隔での超音波肉厚検査が標準的な検出方法です。 壁厚測定値が設計最小値の 87.5% を下回っている場合は、直ちに交換する必要があります。 ほとんどの業界の圧力機器の検査規定に従っています。
• 誤った操作シーケンスによる損傷: 3 バルブマニホールドで指摘したように、均等化バルブを閉じる前にブロックバルブを開いて DP トランスミッタの片側に全差圧を加えるのは、トランスミッタのセンシングエレメントに永久的な損傷を与える一般的な試運転エラーです。バルブマニホールドのすべての操作手順は機器に掲示され、オペレータートレーニングプログラムに組み込まれている必要があります。
• バルブステムの固着または凍結: 屋外または海上の設置では、塩気、極端な温度、または頻度の低い操作にさらされたバルブステムは、腐食やスケールの蓄積により焼き付く可能性があります。予防メンテナンスには、各バルブを少なくとも四半期ごとにサイクルし、露出したステムのネジ山に防食グリースを毎年塗布することが含まれます。