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ナイフゲートバルブ

爆発において先行して進行する圧力波を感知して、ナイフゲートバルブを強制的に閉止して機械的に遮断するアクティブシステム。
ニックネームは「ギロチン」。

ナイフゲートバルブの役目

爆発事故で恐ろしい現象の一つは、爆発が次々と伝ぱんしてゆき、被害がプラント全体に及ぶことがあるという点です。(参考:「伝ぱんする爆発の恐ろしさ」)

そのため、爆発の発生が予想される機器本体を防護するだけでなく、接続された配管にも、爆発を遮断するための装置が必要となります。

ナイフゲートバルブは配管やダクトを高速な機械式遮断弁で強制的に閉鎖し、火炎伝ぱんをブロックし、大切な機器と人命を事故から守ります。

ナイフゲートバルブとは

図1のように機器Aで発生した爆発において先行して進行する圧力波を感知して、ナイフゲートバルブを強制的に閉止して機械的に遮断するアクティブシステムです。

作動時間はナイフゲートバルブ本体(感知、制御系を除く)で内径部の駆動距離1インチ(24.5mm)につき5/1000秒と非常に高速です。

図1:ナイフゲートバルブの作動メカニズム
ナイフゲートバルブの作動メカニズム 機器A 機器B 遮断 制御

たとえば口径6インチの場合、30/1000秒でバルブを閉止します。この高速な閉止速度による遮断性能により、従来ベンテックスバルブなどでは実現できなっかった比較的短い距離の配管での使用が可能となりました。また、耐爆封じ込め容器(12bar Shock Resistant Vessel)での封じ込め遮断バルブとして使用できます。

図2:ナイフゲートバルブ遮断プロセス
ナイフゲートバルブ遮断フロー 機器内で着火が起こる ディテクターが機器内で発生した爆発圧力を感知 着火 感知 GCAのN2ガスによりエアシリンダーが駆動してバルブを閉鎖 遮断

爆発遮断の目的は火災、爆発火炎の配管内での伝ぱんをブロックするための高速遮断です。このため、作動方式は市販の緊急遮断弁などの低速で作動するバルブ異なる特殊な設計が施されています。

遮断方式は構造的に最も遮断遂行時間の短いナイフゲート式を採用し、その作動には直結されたガスシリンダーが使用されています。ガスシリンダーを駆動するのはN₂ガスで、ガスカートリッジ・アクチュエーター(GCA)により瞬時にN₂ガスを発生させます。またナイフゲートバルブはクリーンシート設計を持ち配管と一体に直線上に取り付けられ、両方向からの火炎、爆発をブロックできます。

クリーンシート設計はプロセス粉じんの積層を防止し、内部構造物のない設計のため空気輸送は阻害なくスムーズに行えます。

ナイフゲートバブルの外部は人員に危険をおよばさないように可動部をなくし、プロセス内容物を外部へ放出しない設計になっています。

ナイフゲートバルブの分解は現場での点検を容易にするために配管に取り付けたまま、上部および底部から行えます。また現場でのメンテナンスを容易にするためにガスカートリッジ・アクチュエーター、エアシリンダーはモジュラー(パーツ単位交換可能)構造で設計されています。

図3:ナイフゲートバルブ部位名称
ナイフゲートバルブ部位名称 ナイフゲート位置 センサー (オプション) クリーンシート 設計フランジ ガスカートリッジ・ アクチュエーター (GCA) 端子箱 エアシリンダー 機械式 ロックアウト
写真1:ナイフゲートバルブが設置された集じん機
ナイフゲートバルブが設置された集じん機

システム構成

ディテクター(爆発感知器)

超高速トランスデューサーを使用。他のファイク爆発防護アクティブシステムと共用可。

圧力ディテクター
写真2:圧力ディテクター
オプティカルディテクター
写真3:オプティカルディテクター

コントロールパネル

システムのコントロールパネル、回路の監視、停電時のバッテリーバックアップを行う。他のファイク爆発防護アクティブシステムと共用可。

ナイフゲートバルブ

ガスカートリッジ・アクチュエーターにより発生するN2ガスをエアシリンダーに導き、ピストンの前進がナイフゲートバルブを瞬時に閉止する構造を持つ。口径は2インチから最大24インチまで。

爆発遮断弁の設計パラメータ

爆発遮断弁の設置距離を決定するためには、次に示す設計パラメータが必要になります。

爆発遮断弁は、着火元となる機器からの距離が近すぎても遠すぎても性能を発揮することができません。

  • KG値(ガスの場合)
  • Kst値(粉体の場合)
  • Pmax
  • プロセスのレイアウト(機器と遮断弁の間に設置できるエルボは最大2個までのため)
  • 配管径
  • 機器体積
  • 流速
  • 運転圧力
  • 最大運転圧力
  • 運転温度
  • 圧力ディテクターの設定圧力(圧力ディテクターの設定圧力は、爆発放散口の設定破裂圧力、または爆発抑止システムの作動圧力との兼ね合いで適宜決定されます)

製品諸元

表1:ナイフゲートバルブ性能
ナイフゲートバルブ性能 遮断弁口径 使用可能温度 使用可能運転圧力 耐爆発圧力 接続フランジ 材質 塗装 粉じんの爆発指数(標準値) ガスの燃焼速度 設置可能エルボの数量 最小セット圧力 標準セット圧力 プロセス温度 周辺環境温度 接粉部 フランジ 本体 2インチ から 24インチ まで -28℃ から 260℃ まで -28℃ から 54℃ まで フルバキュームから+2barG (+0.2MPaG)まで 10barG (1MPaG) ANSI150(標準) DINフランジ仕様、サニタリー仕様もご用意できます。 316ステンレス 316ステンレス カーボンスチール 黒色ウレタンエナメル塗装 25×10²kPa・m/s〜300×10²kPa・m/s ※1 30cm/s〜60cm/s 着火源と遮断弁間に設置できるエルボの最大数は2台まで 6.9kPaG(運転圧力が負担〜大気圧時) 10.3kPaG
図4:ナイフゲートバルブ正面・側面図
ナイフゲートバルブ正面・側面図 正面図 側面図 B APPROX D A ID PCD C
表2:ナイフゲートバルブ寸法・重量
ナイフゲートバルブ寸法・重量 遮断弁口径 2インチ 3インチ 4インチ 6インチ 8インチ 10インチ 12インチ 14インチ 16インチ 18インチ 20インチ 24インチ 内径ID 50.8 76.2 101.6 152.4 203.2 254.0 304.8 355.6 406.4 457.2 508.0 609.6 121 152 191 241 298 362 432 476 540 578 635 743 830 1000 1000 1300 1500 1600 2000 2200 2400 2700 2900 3500 180 260 260 350 420 500 520 620 640 840 900 1100 34 66 68 100 150 220 270 380 440 510 690 830 ボルト サークル PCD B (mm) 140 230 230 290 350 410 530 580 640 710 770 910 A (mm) C (mm) D (mm) 重量 (kg) 89 110 110 110 110 120 210 210 210 210 170 170

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