高性能ダブル偏心バタフライバルブ：過酷なプロセスラインにおける防火安全性と漏れゼロを実現するエンジニアリング

導入

現代の化学処理、石油・ガス精製、重工業配管ネットワークでは、コンパクトで軽量な遮断弁の需要が仕様の根本的な変化を促しています。ゲート弁とボール弁は、長い間、確実な遮断のための標準的な選択肢でしたが、その重量、外形寸法、および大口径での作動コストは、実際の経済的障壁となっています。業界の対応は、高性能バタフライバルブ.

これらのうち、二重偏心バタフライバルブダブルオフセットバタフライバルブとも呼ばれるこのバルブは、高圧、極端な温度、揮発性媒体を扱う用途において、エンジニアリングの標準となっています。危険な炭化水素環境で使用される場合、検証可能な耐火シール技術の統合はオプションではなく、従業員の安全確保と製油所における壊滅的な事故の防止を目的とした法令遵守義務となっています。

1. ダブルオフセットの幾何学

標準的な同心型バタフライバルブ（シャフトがディスクとシートの中心を直接貫通する構造）では、90°の回転全体にわたって連続的な高摩擦接触が発生します。そのため、シートの摩耗が急速に進み、局所的な破損や作動トルクの上昇につながります。

二重偏心バタフライバルブは、2つの異なる幾何学的オフセットによってこの摩擦問題を解決します。

第一オフセットシャフトはバルブシートのシール面の後ろに配置されています。これにより、ディスクが360°全周にわたって連続的にシールすることが可能になります。

セカンドオフセットシャフトは、パイプ穴の中心線から横方向にずれている。

キャミング効果

これら2つのオフセットが組み合わさることで、エンジニアがカムのような動作と呼ぶ効果を生み出します。バルブが開き始めると、ディスクは回転開始後1～3度以内にシートから持ち上がります。バルブの可動範囲の約95%において、ディスクとシートの接触はほぼゼロになります。これにより摩擦が最小限に抑えられ、作動トルクが低減され、PTFEやRTFEなどの軟質エラストマーまたはポリマー製シートの耐用年数が大幅に延長されます。

現場データによると、適切にメンテナンスされたダブル偏心バタフライバルブは、中圧用途において15～20年の耐用年数を達成することが多く、中には100万回以上の作動サイクルを実現する設計もあります。摩擦の低減はメンテナンス頻度の低下にもつながり、バルブシートの寿命は通常、シングル偏心設計の3～5倍になります。

2. 耐火性シート設計

石油精製所や化学プラントでは、配管部品はプラント火災が本格化した場合でも、シール性能を維持しなければなりません。真の耐火性を実現するには、高度に専門化された二重座面構造が必要となります。

耐火座席の構造には、2つの密閉要素が順次作動するようになっている。

通常動作（ソフトシールが主力）：

標準的な運転条件下では、弾力性のあるPTFE、RTFE、またはDevlon製のシートが主要なシール要素として機能し、ディスクのエッジと完全に密着することで、API 598またはISO 5208のレートA要件に準拠した気密性の高い遮断を実現します。このモードでは、バルブは漏れゼロの性能を発揮します。

火災暴露（金属シールが作動した場合）：

工場火災発生時、周囲温度が約540℃（1,000°F）を超えると、一次軟質シートが軟化、分解し、最終的に燃え尽きます。この時点で、あらかじめ加圧された二次金属シート（通常はインコネル718または625製）が配管圧力によって変形し、ディスクの縁に密着して金属同士のバリアを形成します。一部の設計では、API 607第6版に準拠したインコネル625製のバックアップを備えたRPTFE製一次シートを使用しています。

この二次的な金属間バリアにより、API 607 および ISO 10497 (旧 BS 6755 パート 2) を含む厳格な耐火試験規格への準拠が保証されます。API 607 では、火災試験中にバルブを開閉サイクルさせることで、炎に包まれた状態でも機構が機能し続けることを確認する必要があります。この試験では、バルブを 750～1,000℃ に 30 分間さらし、火災暴露時と火災後の冷却段階の両方について漏洩限度が規定されています。

防火認証はバルブの設計に対して適用されるものであり、個々のバルブに対して適用されるものではないことに留意すべきである。設計がAPI 607試験に合格すれば、その設計ファミリーに属するすべてのバルブは、個別の防火試験を受けることなく認証される。

3．高性能同心バタフライバルブと標準同心バタフライバルブの比較

配管レイアウトを評価する調達担当者は、予算重視の同軸バタフライバルブを選択したくなることがある。しかし、高圧で過酷な使用環境の配管には、高性能バタフライバルブの機械的堅牢性が求められる。

2016年に初版が発行されたAPI 641は、バタフライバルブ、ボールバルブ、プラグバルブなどの四分の一回転バルブの漏洩ガス排出試験を規定している。この規格では、動的測定と静的測定の両方を含む、610回の機械的サイクルと3回の熱的サイクルが規定されている。

4．アクチュエータのサイズ選定とコストへの影響

ダブルオフセット形状は、同心形状に固有の摩擦抵抗を排除するため、バルブのトルク特性を根本的に変化させる。

二重偏心バタフライバルブでは、最大トルクは閉鎖の最後の 5° の間にのみ発生します。エンジニアはこれを着座トルク回転トルク（ディスクを残りの回転角度まで動かすのに必要な力）は非常に低い。

自動化されたループの場合、このトルクプロファイルは大きな経済的メリットをもたらします。

・小型アクチュエータ空気圧アクチュエータや多回転電動モーターは、ボールバルブや仕様の不十分な同心バルブと比較して、20%～35%小型化できます。一部の情報源によると、トルク要件はミッドラインバタフライバルブよりも30%～50%低いとのことです。

•環境負荷の低減アクチュエータが小型化すれば、スキッドの軽量化とパイプラックの構造支持コストの削減に直接つながります。

•エネルギー消費量の削減空気圧式スプリングリターンアクチュエータは、制御に必要な空気量が少なく、コンプレッサーステーション全体のユーティリティ負荷を軽減します。

アクチュエータ選定の実用的なガイドライン：バルブの要求トルクが80Nmの場合、安全率を考慮して、アクチュエータは100Nm以上のサイズに選定する必要があります。ダブルエキセントリック設計はトルク特性が低いため、同心バルブの場合よりも小さい基準値でこの安全率を適用できる場合が多くあります。

5．材料選定と用途に関する考慮事項

適切な材料を選択すれば、ダブル偏心バタフライバルブは幅広い使用条件に対応できる汎用性を備えています。

本体材質：

一般的な材質としては、ダクタイル鋳鉄、鋳鋼（WCB）、ステンレス鋼（CF8M）などがある。腐食性の高い化学薬品や海水環境向けには、スーパーデュプレックス鋼やニッケル基合金も利用可能である。

座席オプション：

軟質シート（PTFE、RTFE、Devlon）は、一般的なプロセス用途において気密性の高い遮断を実現します。金属シート（インコネル、ステライト）は、耐熱温度を600℃まで拡張し、本質的に耐火性を備えています。

ディスク素材：

選択肢は、エポキシ樹脂コーティングされたダクタイル鋳鉄から、SS304、SS316、二相ステンレス鋼まで多岐にわたります。

鉱山残渣、フライアッシュ、ボーキサイトなどの研磨性スラリーを扱う場合、ダブル偏心設計は同心バルブよりも優れています。これは、ディスクのカム動作によって媒体がシール面から払い出され、粒子の捕捉やシートの損傷が軽減されるためです。極低温LNG用途では、特殊処理された材料と深冷プロセスにより、-196℃までの低温でも信頼性の高い運転が可能です。

ニューサウスウェールズ州とのパートナーシップ：エンジニアリングの信頼性

石油化学精製所、海洋掘削プラットフォーム、あるいは重要な化学処理装置など、どのような設備を設計する場合でも、適切なバルブ仕様を選択することが、プラントの長期的な稼働時間と安全性を左右します。

NSWバルブカンパニーにて（nswvalve.com当社は、最も過酷なプラント環境向けに設計された、API 607認証取得済みの耐火性ダブル偏心バタフライバルブを製造しています。ISO規格に準拠した当社の製造施設では、厳格な材料識別（PMI）、非破壊検査（NDE）、精密CNC加工を採用し、漏れのない性能、最小限の操作トルク、完全な冶金トレーサビリティを備えたバルブを提供しています。

当社では、気密性の高い遮断を実現するソフトシート、炭化水素用途向けの耐火シート、高温用途向けのメタルシートなど、幅広いシート構成をご用意しており、いずれも手動、ギア式、空気圧式、電動式のいずれかの操作方法に対応可能です。

エンジニアリングチームへのお問い合わせはnswvalve.comデータシートの提出、カスタム合金構成（スーパーデュプレックスやモネルなど）に関するご相談、または公式API 607試験報告書のご請求は、本日中にご連絡ください。

技術参考文献

•API 607：四分の一回転弁および非金属製シートを備えた弁の耐火試験

•API 609バタフライバルブ：ダブルフランジ型、ラグ型、ウェハー型

•API 641: 四分の一回転バルブの漏洩ガス試験

•ISO 10497バルブの耐火性試験要件

•ISO 15848-1工業用バルブ ― 漏洩ガスの測定、試験および認定手順

•ASME B16.34バルブ - フランジ式、ねじ込み式、溶接式