安全弁は、圧力機器内の圧力が許容値を超えるのを防止するための安全装置です。安全弁の機能は、以下の動作プロセスによって実現されます。システムが最大許容圧力に達すると、安全弁は正確に開き、定格開度に迅速に到達し、定格量の作動媒体を排出します。安全弁は開弁状態では排出が安定している必要があります。システム圧力が一定値まで低下すると、安全弁は適時に閉じられ、閉じた状態では密閉状態を維持する必要があります。以下は、安全弁の基本的な性能要件です。
1. 正確に開く
安全弁は、所定の圧力下で確実に所定の開度まで開き、所定の排出容量に達する必要があります。これは安全弁の基本要件です。つまり、安全弁の入口圧力が所定の設定圧力に達したとき、安全弁は正確に開き、速やかに所定の開度まで到達する必要があります。
システム内の圧力が最大許容圧力に達すると、安全弁は圧力上昇に対して鈍感に反応し、ボイラー、圧力容器、パイプラインの破裂や損傷といった危険な状況につながります。特に圧縮性ガス媒体の場合、危険性はさらに高まります。
安全弁の設定圧力は、ボイラー、圧力容器、パイプラインの設計圧力値を超えてはなりません。
安全弁の正圧偏差は、関連法規および規格に明確に規定されています。安全弁を設定圧力に調整する際は、その偏差を規定範囲内に厳密に管理する必要があります。
2. 安定した排出
安全弁は規定の開度に達した後、安定した排出状態を維持し、定格量の作動媒体を排出することができます。媒体排出過程において、良好な機械的特性（周波数ジャンプ、チャタリングなどがない）が維持される必要があります。この要件は非常に重要です。
安全弁は、良好な機械的特性と安定した排出能力を維持するために、合理的な構造と適切な剛性のバネを備える必要があります。安全弁の流路の大きさは、計算に必要なパラメータ要件を満たす必要があります。流路の断面積が小さすぎると、安全弁が開いた後、媒体の過圧部分が時間内に排出できず、システム圧力が上昇し続け、非常に危険です。逆に、流路の断面積が大きすぎると、安全弁が開いた後に圧力が作動圧力以下に急激に低下し、安全弁ディスクが閉じて弁座に激しい衝撃を与えます。しかし、システム圧力上昇要因が排除されていないため、ディスクは再び開いて周波数ジャンプを形成し、その結果、弁座とディスクのシール面が繰り返し衝撃によって損傷します。安全弁を非圧縮性液体に使用する場合、周波数ジャンプによってシステム内でウォーターハンマーが発生することもあります。
安全弁が定格開度に達したときの入口圧力を吐出圧力といいます。安全弁は、異なる流体で使用される場合、または同じ流体であっても異なる作動条件で使用される場合、定格吐出圧力は異なります。これは、関連する規制や規格に明確に規定されています。通常、設定圧力に対する割合で表されます。安全弁の構造設計は、定格吐出圧力が規定範囲内に厳密に制御されるようにする必要があります。
3. 時間内に閉める
安全弁の吐出により媒体圧力が一定値まで低下すると、弁フラップが弁座のシール面に接触し、再び閉弁状態になります。安全弁は適時かつ効果的に着座・閉弁することができ、これは良好な性能を示す重要な指標です。
安全弁が作動しても、必ずしも機器やシステムの運転停止や修理が必要になるわけではありません。安全弁の作動は、システム内の誤操作などの偶発的な要因によって引き起こされる場合があります。この場合、安全弁の戻り圧力が作動圧力より低すぎることは望ましくありません。戻り圧力が低すぎると、エネルギーと媒体の損失が過度になり、システム全体の正常な動作が妨げられます。逆に、シートバック圧力は高すぎません。戻り圧力が開弁圧力に近いと、安全弁が再び開きやすくなり、安全弁が頻繁にジャンプする原因となり、閉じた後のシールの再確立に役立ちません。また、安全弁を確実に閉じることができない場合、シール面間の媒体が完全に遮断されていないため、システムの通常の作動圧力下ではシール性能を回復できません。
安全弁の設計は、迅速かつ効果的に閉じられることを保証するものでなければなりません。ゆっくりとした緩やかな弁座復帰よりも、迅速かつ強力な弁座復帰の方が、密閉性の確立に効果的です。
安全弁の弁座復帰性能は、開弁圧力値によって相対的に測定されます。開弁圧力値は通常、開閉圧力差によって決まります。異なる媒体に使用される安全弁の開弁圧力差はそれぞれ異なり、関連する規制や規格に明確に規定されています。
4. 信頼性の高いシーリング
保護対象システムが通常の作動圧力にある場合、閉じた安全弁は良好で信頼性の高いシール性能を備えています。安全弁からの漏れにより、作動媒体（時には非常に高価または危険な媒体）が失われ、エネルギー消費が増加するだけでなく、作動媒体によって周囲の環境や大気が汚染されます。過度の漏れは、機器やシステムの正常な動作に影響を与え、場合によっては装置の運転停止を余儀なくさせることもあります。また、漏れが継続すると安全弁のシール面が腐食し、安全弁が完全に機能しなくなります。
安全弁が作動した後にシールを再び確立することは、元のシール状態を維持することよりも困難です。安全弁が閉じているため、媒体圧力は弁体のより広い面積に作用しますが、開弁前はシール面によって制限されたより狭い面積にのみ作用します。そのため、安全弁のシール性能は作動後に低下し、失われやすくなります。特に、直動式安全弁のバックシートシールの解決はより困難です。補助操作機構を備えた安全弁では、強制シールによってこの問題を解決します。
安全弁は、遮断弁などに一般的に使用されるバルブに比べて、気密性維持に対する要求が厳しくなります。シール間に大きな力が加わらないため、安全弁ディスクは弁座に密着し、シール比圧の小さいシール圧力を形成するだけです。シール圧力は、安全弁の設定圧力と機器の作動圧力との差によって決まり、通常は小さな値（通常は設定圧力の10%）であるため、安全弁のシール面のサイズと表面粗さには非常に厳しい要求が課せられます。
安全弁の気密性に対する要件は、媒体や使用条件によって異なります。一般的に、金属と金属のシール面を持つ安全弁では、漏れを完全に防ぐことは困難です。金属と非金属のソフトシール構造を持つ安全弁は、はるかに優れたシール性能を発揮します。
投稿日時: 2021年9月2日