安全弁のD-4とは何ですか？

D-4 が意味するもの 安全弁 — 直接の答え

安全弁の文脈では、 D-4 は、ASME (米国機械学会) 規格によって定義された特定のオリフィスの指定を指します。 特に ASME セクション I およびセクション VIII に準拠し、さらに API 標準 526 によって採用されています。「D」文字はオリフィス サイズ カテゴリを識別しますが、特定のメーカーまたは API 参照の命名規則で使用される「-4」接尾辞は、そのオリフィス クラス内のバリエーションまたはサブタイプを示すことができ、場合によっては D オリフィス範囲内のシート ボア直径、入口サイズのペア、またはメーカー固有のモデル バリアントを反映することがあります。

API 526 の標準 D オリフィスには、 有効流路面積 0.110 平方インチ (71 mm²) 。これは、小さい方の C オリフィス (0.071 平方インチ) と大きい方の E オリフィス (0.196 平方インチ) の間に位置し、石油化学およびプロセス産業における中流量の用途に最も一般的に指定されるオリフィス サイズの 1 つです。メーカーがこの指定に「-4」を追加する場合、通常は特定の入口フランジ サイズまたは圧力クラスのバリエーションを示します。たとえば、特定の ASME 圧力クラスに定格された 1 インチの入口と 2 インチの出口 (1×2 構成) を備えた D オリフィス本体などです。

この指定を理解することは、圧力リリーフ バルブ (PRV) または安全リリーフ バルブ (SRV) を選択、購入、交換する際に非常に重要です。オリフィスのサイズが正しくないと、過圧イベントから機器を保護するのに十分な速さで圧力を解放するバルブの能力に直接影響するからです。

ASME および API オリフィス指定システムの説明

D-4 の意味を完全に理解するには、安全弁業界全体でオリフィスの指定がどのように機能するかを理解する必要があります。 ASME および API 標準化フレームワークは、標準化されたオリフィス流量領域にアルファベット文字を割り当てます。これらの文字は D から T まで続き (一部の文字は省略されます)、それぞれが徐々に大きくなる有効流量面積を表します。

「フランジ付き鋼製圧力リリーフバルブ」というタイトルの API 規格 526 は、石油精製所および関連業界で使用されるフランジ付き安全弁のオリフィスのサイズとバルブ構成を規定する主要文書です。この規格では、オリフィス面積、本体サイズ、圧力定格、材料要件が定められています。 Emerson (Fisher、Crosby)、Curtiss-Wright (Farris)、レーザー、スパイラックス・サルコ、Neles を含むすべての主要な安全弁メーカーは、互換性を確保するために、これらの API 526 オリフィスの指定に基づいて製品ラインを設計しています。

標準 API 526 オリフィス サイズ参照表

メーカーのカタログでオリフィスの文字に続く数字の接尾辞 (「-4」など) は、API 526 自体に由来するものではありません。代わりに、圧力クラス、入口/出口フランジ定格、またはモデル生成に関するメーカー固有のコーディングが反映されます。たとえば、一部のメーカーは、バルブ本体がクラス 150 ではなく ASME クラス 300 フランジに定格されていることを示すために接尾辞を使用しています。この区別は、より高い動作圧力では非常に重要です。また、同じオリフィスファミリー内の従来の安全弁とバランスのとれたベローズまたはパイロット作動バージョンとを区別するためにこれを使用する人もいます。

オリフィスサイズが安全弁の性能にどのように直接影響するか

オリフィスは、安全弁内部の最も性能を決定する部品です。これはリリーフ流体が通過しなければならない最も狭い点であり、その面積によって、所定の圧力差でバルブが吐出できる最大流量が決まります。誤ったオリフィスを選択すると、小さすぎても不必要に大きすぎても、操作上および安全上に重大な影響が生じます。

過小なオリフィス: 過圧のリスク

オリフィスが必要な緩和能力に対して小さすぎると、過圧が発生したときに安全弁が十分な速さで流体を排出できなくなります。システム圧力は許容蓄積限界を超えて上昇し続けます。 ASME セクション VIII では、圧力容器を保護する単一の圧力リリーフ バルブの最大許容蓄積量は次のとおりです。 最大許容作動圧力 (MAWP) を 10% 上回る 非火災の場合は 21%、火災の場合は 21%。バルブのオリフィスが蓄積帯域内で必要な流量を処理できない場合、容器は破裂の危険にさらされ、有毒、可燃性、または高圧の流体が環境に放出され、壊滅的な事態になる可能性があります。

特大オリフィス: ビビリと不安定性

オリフィスが必要よりも大幅に大きいと、別の、しかし同様に深刻な問題、つまりチャタリングが発生します。動作圧力が設定圧力に近いが、必要な流量がバルブの定格容量よりもはるかに小さい場合、バルブが短時間開き、流体の小さなバーストが放出され、ディスクの揚力が失われ、パチンと閉まり、すぐに再び開くサイクルになります。この急速なハンマリングは、場合によっては 1 分間に数十回発生し、バルブ シートとディスクを急速に侵食します。チャタリングする安全弁は数時間以内に破壊される可能性があり、座面が損傷すると継続的に漏れが発生します。 D オリフィスのサイズは、単に一般的なサイズであるという理由だけでなく、計算された必要な緩和能力がその範囲内にある場合に特に適切です。

安全弁の流量計算式

ガスおよび蒸気サービスの場合、必要なオリフィス面積は、次の ASME/API 式を使用して計算されます。

• A = W / (C × K × P₁ × √(M / T × Z))
• ここで、A = 必要な有効放電面積 (in²)
• W = 必要なリリーフ能力 (ポンド/時)
• C = 比熱の比に基づく気体定数
• K = 吐出係数 (認定バルブの場合、通常は 0.975)
• P₁ = リリーフ圧力 (psia) (設定圧力 × 1.1 14.7 (10% 蓄積の場合))
• M = ガスの分子量、T = 絶対温度 (°R)、Z = 圧縮率

必要な面積が計算されたら、エンジニアは計算された面積以上の次の標準 API オリフィス サイズを選択します。計算の結果、必要な面積が 0.095 平方インチである場合、D オリフィス (0.110 平方インチ) が正しい選択となります。計算の結果が 0.115 平方インチの場合、D オリフィスでは不十分であるため、E オリフィス (0.196 平方インチ) を選択する必要があります。

Dオリフィスを使用した安全弁の種類

D オリフィスの指定は、それぞれが異なる使用条件に合わせて設計された複数の安全弁タイプに適用されます。どのバルブ タイプがアプリケーションに適しているかを理解することは、正しいオリフィス サイズを選択することと同じくらい重要です。

従来のバネ式安全弁

最も広く使用されている設計であるこれらのバルブは、システム圧力によってディスクが強制的に開くまで、スプリングを利用してディスクをシートに保持します。 D オリフィスの従来型安全弁は、通常、比較的安定した背圧 (設定圧力の 10% 未満) を備えたボイラー、圧縮空気システム、およびガス処理装置での蒸気サービス向けに仕様化されています。バネ力は設定圧力に合わせて調整されます。入口圧力が設定値に達すると、ディスクが上昇し、流体が D オリフィスの開口部を通って流れます。 Emerson Crosby シリーズ 900 および Farris 2600 シリーズは、D オリフィス構成で製造されたよく知られた例です。

バランスベローズ安全弁

これらのバルブには、スプリングを出口側から隔離するベローズアセンブリが組み込まれており、設定圧力を背圧から独立させます。 D オリフィス バランス ベローズ バルブは、重畳または蓄積された背圧が設定圧力の 10% を超える場合に適しています。たとえば、複数のバルブが共通のヘッダーに排出されるフレア ヘッダーの場合です。ベローズがないと、背圧が変化すると設定値が変動し、バルブが正しい圧力で開くことができなくなったり、バルブが早まって開いたりする可能性があります。

パイロット操作式圧力リリーフバルブ

パイロット操作バルブは、小さなパイロット バルブを使用してシステム圧力を感知し、大きなメイン バルブを制御します。最大で動作可能 設定圧力の98% 漏れなし — ばね式バルブの約 90 ～ 92% と比較して — 設計限界近くで動作するシステムに最適です。これらの設計は一般に大流量アプリケーションに好まれるため、D オリフィス サイズはパイロット操作バルブではあまり一般的ではありませんが、小流量ストリームでの正確な設定圧力制御と組み合わせた厳密な遮断を必要とするアプリケーションにも利用できます。

D オリフィス安全弁の産業用途

D オリフィスは、API 526 規格の最小のフランジ付き安全弁オリフィスの 1 つであり、流量要件は中程度だが、信頼性と規格への準拠が交渉の余地のない特定の用途に適しています。

• ボイラー蒸気ドラム: 15 ～ 250 psig の圧力で蒸気を生成する小型パッケージのボイラーでは、D オリフィス安全弁が頻繁に使用されます。これらの圧力と 2,000 ～ 10,000 ポンド/時間の蒸気の典型的なボイラー容量では、D オリフィスは過剰な仕様を持たずに適切な逃がし能力を提供します。
• 熱交換器: 化学プラントのシェルアンドチューブ熱交換器には、多くの場合、熱緩和保護が必要です。 D オリフィスは、必要な流量が小さいものの、ASME セクション VIII に基づくコード準拠のために認定されたフランジ付きバルブが必要な液体の熱緩和シナリオに最適です。
• 圧縮空気システム: 100 ～ 300 psig の動作圧力を持つ産業施設のエアコンプレッサー レシーバーおよび分配ヘッダーでは、容器容積に対して中程度の流量要件があるため、一般に D オリフィス安全バルブが指定されています。
• ガス処理装置： 上流の石油およびガスの操作における分離器、スクラバー、およびフラッシュ ドラムでは、リリーフ条件でのガス流量が 0.110 インチ平方の容量範囲内にある場合、D オリフィス圧力リリーフ バルブが必要になる場合があります。
• 医薬品および食品加工容器: これらの業界の小型反応器や貯蔵容器は、中程度の圧力制限と組み合わせた厳格な衛生要件の下で動作することが多いため、D オリフィスはフランジ付き安全弁の適切な選択肢となります。

安全弁における D-4 のメーカー固有の解釈

API 526 はオリフィス文字を標準化していますが、数字の接尾辞はメーカーによって異なります。いくつかの主要な安全弁メーカーが、D オリフィスの指定に添えて数字の接尾辞をどのように使用しているかを次に示します。

クロスビー（エマーソン）

Crosby の JOS-E および JBS-E シリーズでは、モデル番号文字列に API オリフィス文字が使用されています。 「1-D-2」構成として注文されたバルブは、1 インチの入口、D オリフィス、および 2 インチの出口を指定します。 Crosby では、D-4 と同様に、オリフィス文字の後に数字の接尾辞を使用しません。代わりに、数値要素はモデル番号構造内の本体接続サイズを参照します。

ファリス・エンジニアリング (カーチス・ライト)

Farris では、シリーズ番号 (2600、2700 など) とオリフィスの指定を組み合わせて使用します。それらの注文コードには、シリーズの末尾とは別にオリフィス文字が含まれていますが、一部の文書では、オリフィス文字に続く数字がスプリング ケースまたは圧力範囲設定グループを示す組み合わせコードを参照しています。この文脈では、「D4」は、特定のスプリング範囲グループ番号 4 用に構成された D オリフィス バルブを指す場合があります。

Leser

世界的に強いプレゼンスを持つドイツのメーカーである Leser は、フランジ付きバルブ シリーズ (タイプ 441、459、526) で API オリフィス文字を使用していますが、完全なモデル コードの構造は異なります。同社のシステムの接尾辞番号は通常、本体材質グループまたは圧力クラス (たとえば、クラス 150 対クラス 300 フランジ) に対応しています。 Leser ドキュメントの「D-4」表記では、「-4」が材料グループ、圧力クラス、またはサービス構成を指しているかどうかを確認するために、特定の製品カタログを相互参照する必要があります。

Spirax Sarco

Spirax Sarco は、蒸気と凝縮水の用途に重点を置いています。蒸気サービス用のフランジ付き安全バルブは、特定の製品ラインで API オリフィス指定を使用しており、圧力定格またはトリム構成を示す数値修飾子が付いています。 D-4 参照を含む Spirax Sarco の文書を確認すると、「-4」は D オリフィス本体サイズ内の特定の設定圧力範囲ブラケットを示している可能性が高くなります。

重要な点は次のとおりです。D-4 のような指定を見つけた場合は、必ず特定のメーカーのデータシートまたは注文ガイドを参照してください。 API レターはフロー領域を標準化します。数字の接尾辞は独自のものであり、メーカーによって異なります。メーカー固有の意味を確認せずにコードのみに基づいて安全バルブを注文すると、用途に合わせて誤った圧力クラス、トリム材料、または構成のバルブが届く可能性があります。

安全弁のサイズ設定: D オリフィス選択の段階的なプロセス

安全弁の適切なサイズ設定は、ASME および API コードによって管理される正式なエンジニアリング プロセスです。これには複数の連続した手順が含まれており、急いで手順を実行したり、検証手順を省略したりすることが現場で問題を引き起こす一般的な原因です。

1. 緩和シナリオを特定します。 出口の詰まり、火災、設備の故障、制御バルブの故障、熱膨張、その他の原因など、どの過圧シナリオが影響しているかを判断します。各シナリオでは、必要な緩和率が異なります。
2. 必要な緩和容量を計算します。 支配シナリオに基づいて、リリーフする必要がある流体の質量流量または体積流量を計算します。ガス システムの出口が詰まったシナリオの場合、これは通常、最大入口流量になります。液体で満たされた容器での火災の場合、計算は濡れた表面積に基づいた API 521 の入熱公式に従います。
3. 緩和条件を決定します。 流体の組成、緩和条件での温度、入口圧力 (設定圧力と適用可能な累積圧力)、および出口の背圧を特定します。これらのパラメータは、オリフィス面積の計算に直接入力されます。
4. 必要なオリフィス面積を計算します。 適切な API/ASME 式を適用します (ガス、蒸気、または液体のサービス式は異なります)。これにより、最小必要な有効流量面積が平方インチまたは mm² で得られます。
5. 次に大きい標準オリフィスを選択します: 計算された必要な面積を API 526 オリフィス テーブルと比較し、要件を超える次に利用可能なサイズを選択します。計算された面積が 0.095 平方インチの場合、D オリフィス (0.110 平方インチ) が選択されます。 0.112 平方インチの場合は、E オリフィス (0.196 平方インチ) まで移動します。
6. バックプレッシャの互換性を確認します。 選択したバルブのタイプ (従来型、バランスのとれたベローズ、またはパイロット操作) が、予想される背圧レベルに適切であることを確認します。
7. 完全なバルブ構成を指定します。 入口および出口のフランジ定格 (ASME クラス 150、300、600 など)、本体およびトリムの材質 (炭素鋼、ステンレス鋼、合金)、キャップのスタイル (オープンまたはクローズ)、およびソフト シートやテスト ギャグなどの特別な要件を決定します。

D オリフィス安全弁を指定する際のよくある間違い

経験豊富な技術者でも安全弁の仕様を間違えることがあります。以下の間違いは、D オリフィスおよびその他の標準的なオリフィス安全弁に関する業界の検査や事後調査で繰り返し発生しています。

• 必要な容量ではなく定格容量を使用する: 安全バルブのデータシートには、指定された条件でバルブを通過する実際の定格流量がリストされています。エンジニアは、この数値を、過圧状態で必要なリリーフ流量ではなく、システムの通常の動作流量と一致させることがあります。通常の動作条件ではなく、緩和シナリオによって、必要な容量が増加します。
• バックプレッシャーを無視する: 背圧が設定圧力の 15% ～ 40% の間で変化するヘッダーに従来のバネ式 D オリフィス安全弁を取り付けると、設定圧力の大幅なドリフトが発生します。高背圧用途では、バランスの取れたベローズまたはパイロット操作バルブを使用する必要があります。
• 紛らわしいオリフィス面積とボア直径: 「D」の指定は有効排出面積を指し、排出係数 (Kd) を考慮します。実際の物理的なオリフィス径は、有効断面積から計算される等価面積よりも大きくなります。サイジング計算では、有効面積を物理的なボアの測定値に置き換えないでください。
• 同等性を検証せずに別のメーカーに交換する場合: メーカー A の D オリフィス バルブとメーカー B の D オリフィス バルブは同じ有効流量面積 (0.110 平方インチ) を持っていますが、物理的寸法、バネ範囲、材料オプション、および数値モデルの接尾辞が異なる場合があります。部品番号を相互参照する前に、必ずメーカーに確認してください。
• 設定圧力が動作圧力に近すぎる場合: 安全弁は通常、少なくとも設定する必要があります 通常の動作圧力より 10% 高い 煮詰まりやシートの損傷を防ぎます。日常的に 97 psig で動作するシステム上で D オリフィス バルブを 100 psig に設定すると、シートの摩耗が加速し、解放後にしっかりと再装着できない可能性があります。

D オリフィス安全弁のメンテナンスとテストの要件

適切なサイズで取り付けられた D オリフィス安全弁であっても、機能を維持し規格に準拠するためには、定期的なメンテナンスとテストが必要です。安全弁のテスト間隔に関する法的要件は異なりますが、ほとんどの規制枠組みと業界のベストプラクティスは次のガイドラインに従っています。

テスト間隔

全国ボイラーおよび圧力容器検査官委員会 (NB-23) および米国のほとんどの州管轄区域では、ボイラーの安全弁を少なくとも年に 1 回テストすることを義務付けています。 ASME セクション VIII に基づく圧力容器の場合、試験間隔は所有者のリスクベース検査 (RBI) プログラムによって規定されることが多く、保守の厳しさとバルブの履歴に応じて 2 ～ 5 年の間隔が指定される場合があります。 API 576 — 「圧力逃がし装置の検査」 — は、D オリフィス構成を含む圧力逃がしバルブの検査間隔、試験方法、および合格基準に関する詳細なガイダンスを提供します。

ベンチテストとインプレーステスト

安全バルブは、テストリフトレバーを使用して所定の位置（提供されており、システム圧力が十分である場合）、または使用を停止した後にテストベンチでテストできます。ベンチテストはより包括的で、修理後にバルブを再認定する必要がある場合、または現場テストで設定圧力を正確に検証できない場合に必要です。ベンチテスト中、D オリフィス安全バルブは、カチッと開くまで増加する入口圧力にさらされます。設定圧力が確認され、再装着後にバルブのシートの締め付けが検査されます。

一般的なメンテナンスの問題

• シート漏れ： 検査中に見つかる最も一般的な問題。シートのプロセス汚染、びびり損傷、または腐食が原因です。 D オリフィスは小さなバルブであるため、シートを詰まらせる粒子汚染の影響を特に受けやすくなります。
• ばねの疲労または腐食: スプリングは時間の経過とともに、特に高温や腐食性の環境での使用では張力を失います。スプリングが疲労すると、設定圧力が下方にドリフトします。
• 入口の詰まり: 入口にゴミが蓄積すると、D オリフィスを通る流れが制限され、バルブがフルリフトに達することが妨げられる場合があります。吸気スクリーンを使用する場合は、定期的に清掃する必要があります。
• 出口背圧の上昇: 吐出配管が部分的に詰まっていると背圧が増加し、従来の（非平衡型）安全弁の設定圧力と逃がし能力に影響を与えます。

Dオリフィス指定の安全弁に関する規制基準

安全弁 (D および D-4 オリフィス指定のものも含む) は、階層化された一連の規格と規格に準拠する必要があります。特定の設置にどの規格が適用されるかを理解することは、法的遵守と安全な操作のために不可欠です。

• ASME セクション I: 発電ボイラーをカバーします。ボイラーの安全弁は ASME 認定を受けており、認定された試験機関での容量認定試験に合格したことを示す「V」コード記号が刻印されている必要があります。
• ASME セクション VIII: 圧力容器をカバーします。圧力リリーフバルブには、圧力リリーフバルブの場合は「UV」スタンプ、またはラプチャーディスクの場合は「UD」スタンプが付いている必要があります。 D オリフィスはセクション VIII アプリケーションで一般的に使用されます。
• API標準526: 石油および化学産業で使用されるフランジ付き鋼製圧力リリーフバルブの寸法および材質の標準を確立します。 D オリフィスの有効面積を 0.110 インチ平方として定義します。
• API 標準 520 (パート I および II): 圧力軽減装置のサイズ設定、選択、取り付けに関するガイダンスを提供します。パート I ではデザインとサイジングについて説明します。パート II では、チャタリングや過剰な背圧を防ぐための入口および出口の配管設計を含む設置要件について説明します。
• API標準521: フレアおよびベント システム設計を含む、圧力解放および減圧システムについて説明します。安全弁の吐出システムを設計する際に必ず読んでください。
• PED (圧力機器指令) 2014/68/EU: EU 加盟国で使用される安全弁を含む、圧力逃がし装置を管理する欧州の同等の枠組み。
• 国家委員会検査コード (NBIC / NB-23): 主に米国とカナダ全土で圧力解放装置を導入している管轄区域での圧力解放装置の設置、検査、修理を管理します。