正しい安全弁の選び方：ステップバイステップガイド

安全弁は多様であり、圧力システムも多様で複雑であるため、安全弁を選択する際には、システム内の温度、圧力、媒体の相状態などの要因の影響を考慮する必要があります。安全弁の公称圧力、圧力温度定格、スプリングの使用圧力等級、公称直径、基本的な形状を徐々に決定する。最後に、選択する安全弁のモデルを決定する。

I.公称圧力の選択

公称圧力と設定圧力は異なる概念であり、安全弁を決定し選択する際に注意しなければならない。呼び圧力 PN は、圧力に関する参照コードとして使用される丸められた数字で、桁数で表されます。

安全弁において公称圧力とは、安全弁の入口で耐えられる最高圧力を指す。材料と温度に関係します。安全弁の出口にあるフランジの公称圧力は、一般的に入口の圧力より1～3段階低いので、選定時には注意が必要です。

安全弁の公称圧力を決定する場合、公称圧力は設定圧力より大きくなければなりません。理想的には、安全弁を全開にした時の圧力が安全弁の公称圧力を超えないことです。中国の安全弁の公称圧力シリーズは、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10、16、32、40MPaです（注：PNが1.0未満の安全弁は、通常鋳鉄製の弁体を使用しており、圧力容器での使用は推奨されていません）。

II.圧力-温度定格

安全弁を選択する際には、温度の影響を考慮しなければなりません。温度が上昇すると、同じ公称圧力における最大許容作動圧力は、それに応じて低下します。バルブの公称圧力は、保護される媒体、バルブの材質、使用温度、最大使用圧力に基づいて決定されなければならない。

様々な温度におけるバルブの最大許容使用圧力は、以下の式を用いて計算するか、GB/T 9124-2000「鋼管フランジの技術条件」から選択することができる。

白金_マックス=PN[σ]^t /[σ]²⁰⁰

どこ

• [σ]^t - 設計温度 t ℃における材料の許容応力値、MPa；
• [σ]²⁰⁰ - 200 ℃における材料の許容応力値、MPa；
• 白金_マックス- 最大許容使用圧力、MPa；
• PN- 公称圧力、MPa

III.スプリングの使用圧力グレードの決定

安全弁の公称圧力を決定した後、スプリング式安全弁はスプリングの使用圧力等級を選択する必要があります。スプリングの使用圧力等級は、選択されたスプリングの許容使用範囲を意味します。その使用範囲を超えると、安全弁が誤作動を起こす可能性があります。スプリング式安全弁の設定圧力範囲はスプリングの使用圧力等級です。

安全弁の設定圧力はスプリングの圧縮量を変えることによって調整され、安全弁の様々な性能もスプリングによって制御されます。各スプリングは一定の設定圧力範囲内でしか作動しません。この範囲を超えるとスプリングを交換する必要があるため、同じ呼び圧力を持つ安全弁は、スプリングによって設計された設定圧力調整範囲によって、使用圧力等級が分かれています。

安全弁の性能を確保する観点から、ばねの作動圧力範囲の限界が小さいほど、安全弁の性能を確保することができる。現在より一般的な分類方法を表に示す。ユーザーは安全弁のスプリングを選択する時に参考にしてください。

IV.安全弁の呼び径の決定

1.呼び径 DN

呼び径DNは、システム内のすべての配管付属品のサイズを数値で表したもので、丸められた基準値であり、数値上の実際の直径のサイズと完全には一致しない。

安全弁の仕様は呼び径で分けられ、安全弁の入口と出口の呼び径は型式によって異なります。全開型安全弁の出口呼び径は、一般に入口呼び径より一回り大きく、微開型安全弁の入口と出口の呼び径は一般に同じです。

安全弁の呼び径シリーズは下表を参照（単位：mm）

2.呼び径の決定

安全弁の呼び径は、安全吐出量に基づいて決定する必要があるため、まず安全吐出量を算出し、安全吐出量に基づいて安全弁の吐出係数、背圧条件等を考慮して安全弁の流量径を算出する。

安全弁の口径を決定する場合、定格吐出量が安全吐出量より大きく、かつ安全吐出量にできるだけ近い安全弁を選択することが最も基本的な原則である。異常な過圧が発生した場合に、過大な過圧を防止するために必要な吐出量（安全吐出量）は、システムや機器の使用条件、過圧の発生原因などにより決定されます。

3.フロー径

安全弁の場合、流路径は弁座スロートの最小断面径であり、流路径は安全弁の吐出容量に直接影響する。安全弁を選定する場合、まず圧力系統の安全吐出量に基づき、保護系統が必要とする最小吐出面積を算出し、次に流量直径 d ₀ .次に、安全弁の呼び径を決定します。以下の表を参照してください。

呼び径DNとフロー径d₀ (単位：mm）

V.安全弁タイプの選択

安全弁を選定する場合、呼び圧力、温度-圧力、ばね作動圧力レベル、呼び径を決定することに加え、作動媒体に応じた適切な安全弁の構造、弁本体及び主要内部部品の材質を選択する必要がある。

安全弁タイプ選択の基本原則

(1) ガスまたは蒸気の排出には、フルリフト安全弁を使用する。

(2) 液体を排出する場合は、フルリフトまたはローリフトの安全弁を使用する。

(3) レンチ付き安全弁は、蒸気または空気の排出に使用できる。

(4) 設定圧力3.0MPa以上、温度235℃以上のガスに使用される安全弁については、吐出媒体が直接スプリングを侵食しないよう、ヒートシンク付きの安全弁の使用を検討すること。

(5) 吐出媒体が大気に漏れることが許容される場合は、開放形のボンネット形安全弁を使用する。大気への漏洩が許されない場合は、閉止安全弁を使用する。

(6) 強毒性、強腐食性、極めて危険な媒体を排出する場合は、ベローズ式安全弁を選択する。

(7) 背圧が高い場合は、背圧平衡式安全弁またはパイロット操作式安全弁を選択する。

(8) 重要な状況においては、2 つの安全弁を互いのバックアップとして設置する必要がある場 合がある。つの安全弁の入口と出口の隔離弁は、いつでも（保守点検期間を含む）容器の必要な排出領域を満たすことができるように、機械的な連動装置を採用すべきである。

2.安全弁を選択する際には、以下の項目も決定する必要がある。

(1) 閉じているか開いているか：

密閉式安全弁のボンネットとキャップは密閉されている。その機能は、第一に、気密性能を必要とせず、粉塵等の外部汚染物から内部部品を保護することであり、第二に、有毒、可燃性等の媒体の流出防止や媒体の回収に使用されるため、気密試験が必要となる。密閉型が選択され、出口側の気密試験が必要な場合は、注文時に指定する必要がある。気密試験圧力は一般的に0.6MPaに設定されている。

開放型安全弁はボンネットが開いているため、スプリングチャンバー内の温度を下げるのに役立ち、主に蒸気などの媒体に使用される。

(2) リフティング・レンチの有無：

安全弁に定期的な開度テストが必要な場合は、昇降レンチを装備した安全弁を選択する。媒体圧力が設定圧力の75%以上になると、リフトレンチを使って弁体を弁座から少し持ち上げ、弁開口部の柔軟性をチェックすることができます。

3.特殊構造の安全弁の選択

(1) ラジエーター安全弁付き。

スプリング室の温度を下げるため、媒体温度が高い場合に使用される。一般に、閉鎖式安全弁の温度が250℃を超え、開放式安全弁の温度が350℃を超える場合は、放熱器付安全弁を選択する。

(2) ベローズ式安全弁。

主に以下の2つの場面で使われる：

1）背圧のバランスに使用：背圧バランスベローズ安全弁のベローズの有効直径は、バルブシール面の平均直径に等しい。安全弁が開く前、弁体にかかる背圧の力は平衡状態にある。背圧の変化は設定圧力に影響しません。背圧が変動し、その変化が設定圧力の10%を超える場合は、このタイプの安全弁を選択する必要があります。

2) 腐食性媒体で使用。ベローズはスプリングとガイド機構を媒体から隔離し、媒体による腐食でこれらの重要な部品が故障するのを防ぎます。

安全弁の公称圧力、圧力温度定格、スプリング作動圧力定格、公称直径、および基本的なタイプを決定した後、最終的に選択する安全弁のモデルを決定することができます。

4.選考例

安全弁の選定は、作業条件の具体的なパラメータに基づいて行われる。ここでは、45×10℃のキシレンジョイントユニットプロセスシステムを例に、3つの異なる状態に対する安全弁の選択プロセスを説明する。⁴ t/a（スプリング式安全弁を例に）。

(1) ガス媒体に使用

1) プロセスパラメーター

• タグ番号SV-501
• 動作温度40℃
• 設定開口圧力：0.98MPa
• 背圧：大気圧
• 設計吐出量（定格吐出量Wとみなす_r ):4660kg/h
• 媒体：精製圧縮空気。

2) 選考ステップ

• 該当する計算式を選択します：媒体は精製空気であるため、気体媒体の計算式を使用する。
• 気体の物性表を確認する：空気の断熱指数Kは1.40である。
• C値が2.7である場合、K値に対応するC値を求める。
• 媒体の流量を決定する：（GB/T12241-2005に従い、ガスの流れが臨界か亜臨界かを判定する）具体的な判定式と記号の定義は規格に記載されている。
• 関連式に従って変位を計算する。
• 全開安全弁型式A42Y、定格吐出係数0.75を選択する。安全弁の定格吐出量はW_r =Wt×0.75
• 上式に代入するとこうなる：6213=7.49d ₀² , d₀ =28.8(mm)
• いつ₀ =32 の場合、全開安全弁の呼び径は DN50（P_N は1.6MPa）。
• 材質を決める：媒体は精製された圧縮空気であるため、炭素鋼のバルブボディを使用することができます。

3) モデルの決定

計算によって、A42Y16C-DN50全開安全弁を選択することができ、選択プロセスを終了する。

(2) 蒸気媒体の場合

1) プロセスパラメーター

• タグ番号SV-407
• 動作温度350℃
• 設定開口圧力：2.64MPa
• 背圧：大気圧
• 設計吐出量34450kg/h

2) 選考ステップ

適用式を選択する：媒体は蒸気であり、入口圧力は設定開放圧力2.64MPa<11MPa、運転温度は350℃であるため、過熱蒸気係数表を参照し、絶対圧力2.74MPaにおける蒸気の飽和温度は230℃であり、これに対応する過熱蒸気補正係数は0.87であるため、蒸気の計算式を使用します。

該当する計算式を決定する：Wtsh=5.25AP_dKsh.

全開形安全弁A48Y型（蒸気用）、定格吐出係数0.75をご使用ください。

安全弁の定格吐出量Wrsh=Wtsh×0.75。

上式に代入して求める：Wtsh×0.75=5.25×d₀² ×π/4×(2.64×1.03+0.1)×0.87、したがってd₀ =67.

関連テーブルをチェックする。 ₀ =80の場合、全開型安全弁に対応する呼び径はDN125となる。

炭素鋼弁体の使用温度が350℃で、開弁圧力（絶対圧）が2.74Mpaの場合、選択された安全弁の公称圧力は4.0Mpaである。

3) モデルの決定

以上の手順で、A48Y40-DN125を選択することができる。

注：呼び径 DN125 は特殊であり、一般的には使用されない。DN150 を選択した場合、対応する安全弁のスロート径は d₀ =100であり、計算されたd₀ (67)、安全弁の頻繁なジャンピングを引き起こす（安全弁の選択されたスロート径が大きすぎる場合）。