ピンチバルブ vs ナイフゲートバルブ: 選択ガイド

次のいずれかの選択 ピンチバルブ そして ナイフゲートバルブ ここでは、実際的な問題が 1 つあります。それは、アプリケーションが研磨スラリーの気泡を通さない、漏れのない遮断を優先するか、それとも少量の漏れを許容できるスラッジや固形物の費用対効果の高いコンパクトな隔離ポイントを優先するかです。 直径 1/8 インチを超える粗くて鋭い粒子を含むスラリーの場合、フルポート エラストマー スリーブを備えたピンチ バルブは、金属シートを備えたナイフ ゲート バルブの耐用年数の約 3 ～ 5 倍を提供します。 しかし、ナイフ ゲート バルブは、スペースが限られており、初期資本コストを最小限に抑える必要があり、プロセス流体に柔軟なスリーブを引き裂く可能性のある繊維状固体が含まれている場合には、依然として標準のままです。

動作原理と開閉機構

ピンチ バルブは、2 つの内壁が接触してしっかりとしたシールを形成するまで、弾性エラストマー スリーブを機械的に圧縮することで流れを遮断します。閉鎖機構には、単純な片面ピンチ バー、両側から絞る二重ピンチ機構、またはスリーブを均一に折りたたむ空気圧作動の同心閉鎖機構があります。スリーブ自体がプロセス流体と接触する唯一のコンポーネントであるため、体腔のパージやシートのフラッシングが不要になります。スリーブのフルポート プロファイルは、開いたときにパイプの内径と正確に一致し、直管と同じ圧力損失係数 (Cv) をもたらします。

ナイフ ゲート バルブは、面取りされた鋼ブレード (多くの場合、硬化処理された前縁を備えたステンレス鋼) を、弾性シートを介して、または金属と金属の界面を直接横切って本体底部のスタッフィング ボックスに送り込みます。ブレードは、閉じるストローク中に懸濁物質と繊維束を切断します。シールのために機械的なウェッジに依存するウェッジ ゲートとは異なり、ナイフ ゲートはディスク全体の差圧に依存してディスクを下流のシート面に押し付けるため、設計上一方向シール バルブとなっています。

プロセス流体によって定義されるアプリケーションの境界

スラリーの固体粒子のサイズ、形状、硬度により、どのバルブ タイプが生き残るかが決まります。ピンチ バルブ スリーブは天然ゴム、EPDM、ニトリル、またはクロロブチルから製造されており、ショア硬度はデュロメーター 40A ～ 65A の範囲です。バルブが閉じるときに鋭い角張った粒子がスリーブ表面に捕捉されると、エラストマーは粒子の周囲で変形し、それでもなお、 最大 300 psi で 100% 気泡密封シール 小径バルブに。対照的に、ナイフ ゲート バルブは粒子を金属シートに押し付けて完全に閉じるのを防ぎ、永続的なリーク パスを作成します。シリカ粒子でモース 7 硬度を測定する鉱滓ラインでは、金属シート付きナイフ ゲートは通常、毎回シートを交換する必要があります。 20,000～50,000サイクル 、同じサービスのピンチバルブスリーブが到達する間、 100,000～250,000サイクル .

温度はピンチバルブの制限要因です。エラストマースリーブは上で急速に劣化します。 120°C (250°F) 、高性能フルオロエラストマーコンパウンドであっても、最大連続動作温度が 150°C を超えることはほとんどありません。金属シートとグラファイトまたは PTFE パッキンを備えたナイフ ゲート バルブは、次の条件で確実に動作します。 540°C (1000°F) そしてbove, making them the default choice for fly ash handling, flue gas desulfurization slurry at elevated temperature, and asphalt batch plants.

重要なパフォーマンス指標全体の比較分析

ピンチバルブのスリーブ材質の選択

ピンチバルブスリーブは、同時に閉鎖要素、圧力境界、摩耗面でもあります。材料の選択は、流体の化学的攻撃性、固形分濃度、および動作温度の関数です。純粋な天然ゴムは最高の弾力性と引き裂き強度を提供し、 粒子サイズが最大 2 インチの、pH 中性のミネラルスラリー 。 EPDM スリーブは、希酸および苛性物質を 120°C まで処理し、屋外設置におけるオゾンや紫外線による劣化に耐えます。ニトリルスリーブは炭化水素ベースの流体に耐性があるため、アスファルト含有量が 5% を超える可能性があるオイルサンド尾鉱に適しています。クロロブチルスリーブは耐薬品性と低いガス透過性を兼ね備えており、パルプ工場の二酸化塩素漂白スラリー用に指定されています。

内側のカーカスが裂けても外側のボディには圧力がかかるため、スリーブの破損が致命的な影響を及ぼすことはほとんどありません。観察可能な破損モードは、強化層を通るピンホール漏れであり、これは徐々に拡大します。プラントオペレータは、漏洩が許容できない速度に達した場合に、スリーブ交換のための計画停止をスケジュールできます。 6 インチのラインで 1 時間あたり 5 ～ 10 ガロン .

ナイフゲートシートの構成とパッキンの完全性

ナイフ ゲート バルブのアキレス腱は、ブレードの下の体腔です。固体粒子はこのデッド ゾーンに蓄積し、ブレードが完全に固定できなくなるまでサイクルごとに圧縮されます。設計上の緩和策としては、固形物を出口に向けて導く傾斜した本体床、定期的にフラッシングするために本体の底部にドリルで開けられたパージポート、またはブレードが流れの流れから完全に後退して蓄積された物質を充填領域に引きずり込むボンネットレス設計が含まれます。この最後のデザインは、密閉された本体を備えた双方向ナイフ ゲートとして知られており、 雑巾と砂の濃度が 3% を超える廃水一次汚泥 .

パッキンググランドは主な逃散放出源です。ナイフ ゲート バルブが研磨スラリーを通過すると、ブレードの表面に砂が堆積し、各サイクル中にパッキン リングが摩耗します。ライブロードされた PTFE またはグラファイトパッキンは、一定のグランド力を維持する皿バネによって付勢され、パッキンの寿命を延ばします。 単純なボルト締め式グランドフォロアと比較して 2 ～ 3 倍 。活荷重がかかっている場合でも、ダイナミック ステム シールのないピンチ バルブではパッキンのメンテナンスが不要であるのに比べ、過酷なスラリー使用におけるナイフ ゲート バルブでは 10,000 サイクルごとにパッキンの調整または交換が必要です。

コスト構造とライフサイクル全体の経済性

購入価格の比較は簡単ですが、単独で考えると誤解を招きます。手動の 6 インチ炭素鋼ナイフ ゲート バルブのコストは約 400ドルから700ドル 、一方、手動ピンチ機構を備えた同等のピンチバルブはコストがかかります 800ドルから1,500ドル 。ナイフゲートは明らかに初日の方が安いです。ただし、総所有コストの計算には、計画されたメンテナンス作業、交換用のシート キットまたはスリーブ、および生産のダウンタイムが含まれている必要があります。

6 インチの尾滓ラインを備えた 24 時間年中無休で稼働する鉱物処理プラントの場合、ナイフ ゲート バルブは 8 か月ごとにシート交換、24 か月ごとにバルブ全体を交換する必要があり、3 年間の総コストは約 部品代と 2 回の計画停止を含む $3,200 。ピンチバルブは 18 か月で 1 つのスリーブを交換する必要があり、本体のメンテナンスは不要で、合計 3 年間は交換できます。 1 回の短いシャットダウンを含む $2,100 。ピンチバルブが経済的に支配的になるクロスオーバーポイントは、およそ次の時点で発生します。 14 ～ 18 か月の継続勤務 ほとんどの研磨用途に使用できます。例外は、上水またはスクリーン排水サービスです。この場合、弾性シートを備えたナイフ ゲート バルブは 10 年間メンテナンスフリーで動作し、ピンチ バルブの高い初期コストは決して回収されません。

設置方向と配管統合の制約

ピンチバルブは軸対称で、性能に影響を与えることなくどの向きでも取り付けることができます。スリーブの開閉力は重力の影響を受けません。この柔軟性により、水平、垂直上昇流、および垂直下降流の設置が可能ですが、通常は閉じているバルブを通って上向きに流れを伴う垂直設置では、密なスラリーのカラムに対してスリーブの閉鎖が速すぎるとウォーターハンマー効果が発生する可能性があります。制御された閉店時間 バルブ直径 1 インチあたり 1.5 ～ 2 秒 圧力サージを軽減します。

ナイフ ゲート バルブは、ステムが垂直でブレードがパイプ軸を横切って水平に移動するように取り付けるのが最適です。ステムがパイプの中心線よりも下に水平になるようにナイフ ゲートを取り付けると、スタッフィング ボックスが最下点に配置され、固形物がパッキン内に沈降し、ステムの漏れが促進されます。パイプ上の水平ステムの向きも許容されますが、片持ち梁の重量によるブレードのたわみを防ぐためにヨーク サポートが必要です。超短い面間寸法は、24 インチのスプールピースを取り外すことが構造的に不可能な既存のパイプラックに後付けする場合に決定的な利点となりますが、最小限の配管変更で 6 インチの隙間を切り、ナイフゲートバルブを滑り込ませることができます。

信頼性の高い遠隔操作のための作動戦略

どちらのバルブ タイプも、手動ハンドホイール、空気圧シリンダー、電気モーター オペレーター、および油圧アクチュエーターを備えて提供されます。作動の選択は、利用可能なユーティリティと閉鎖速度の要件によって決まります。圧縮空気を使用して一体型のジャケット本体を介してスリーブを直接折りたたむ空気圧ピンチバルブにより、機械的なピンチ機構が完全に不要になります。これらの「空気作動式」ピンチバルブは、圧力をかけると閉じます。 ライン圧力より 20 ～ 30 psi 高い スリーブと外側本体の間の環状空間に圧力を加え、360 度均一な圧縮と最大のスリーブ寿命を実現します。この設計は、年間 50,000 回の動作を超えるハイサイクル アプリケーションの標準です。

ナイフ ゲート バルブの作動では、スラリー カラムを切断するのに必要なせん断力、シート面に対するブレードの滑り摩擦、ブレード周囲のパッキン摩擦という 3 つの異なる力を克服する必要があります。沈殿した固形物を切断する際に、50 psi のライン圧力に対して 12 インチのナイフ ゲート バルブを閉じるには、 2,500 ～ 4,000 ポンドの直線推力 。ストローク途中で停止する過大な空気圧シリンダを指定すると、試運転でよくある失敗です。シリンダー直径は、メーカーのカタログに掲載されている浄水離脱トルクではなく、最大差圧と最悪の場合の固体負荷に基づいて選択する必要があります。