1．バルブ選定の要点

1.1 機器または装置におけるバルブの目的を明確にする

バルブの動作条件を決定する：適用媒体の性質、動作圧力、動作温度、動作制御方法など。

1.2 バルブの種類を正しく選択する

バルブタイプの適切な選定は、設計者が製造工程全体と運転条件を完全に把握していることに基づいている。バルブタイプを選定する際には、まず各バルブの構造特性と性能を熟知する必要がある。

1.3 バルブの端部接続部を決定する

ねじ接続、フランジ接続、溶接接続のうち、最初の2つが最も一般的に使用されています。ねじバルブは主に呼び径が50mm未満のバルブです。直径が大きすぎると、接続の設置とシールが非常に困難になります。フランジ接続バルブは設置と分解が容易ですが、ねじバルブよりも重く高価であるため、さまざまな直径と圧力のパイプ接続に適しています。溶接接続は重負荷条件に適しており、フランジ接続よりも信頼性が高いです。ただし、溶接接続バルブの分解と再設置は困難であるため、その使用は通常、長期間確実に動作する場合、または使用条件が過酷で高温の場合に限られます。

1.4 バルブ材料の選定

バルブのシェル、内部部品、シール面の材料を選択する際には、作動媒体の物理的特性（温度、圧力）と化学的特性（腐食性）を考慮するだけでなく、媒体の清浄度（固体粒子の有無）も把握する必要があります。また、国および使用者部門の関連規制も参照する必要があります。バルブ材料を正しく合理的に選択することで、最も経済的な耐用年数と最高の性能を実現できます。バルブ本体材料の選択順序は、鋳鉄-炭素鋼-ステンレス鋼であり、シールリング材料の選択順序は、ゴム-銅-合金鋼-F4です。

1.5 その他

さらに、バルブを通過する流体の流量と圧力レベルを測定し、既存の情報（バルブ製品カタログ、バルブ製品サンプルなど）を用いて適切なバルブを選定する必要があります。

2. 一般的なバルブの概要

バルブには多くの種類があり、その種類は複雑です。主な種類は次のとおりです。ゲートバルブストップバルブ、スロットルバルブ、バタフライバルブプラグバルブ、ボールバルブ、電動バルブ、ダイヤフラムバルブ、チェックバルブ、安全弁、減圧弁、蒸気トラップと緊急遮断弁、その中でも一般的に使用されているものとしては、ゲートバルブ、ストップバルブ、スロットルバルブ、プラグバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブ、チェックバルブ、ダイヤフラムバルブなどがある。

2.1 ゲートバルブ

ゲートバルブは、バルブステムによって駆動され、バルブシートのシール面に沿って上下に動く開閉本体（バルブプレート）を持つバルブで、流体の通路を接続または遮断することができます。ストップバルブと比較すると、ゲートバルブはシール性能が優れ、流体抵抗が少なく、開閉に必要な力が少なく、一定の調整性能があります。最も一般的に使用される遮断弁の1つです。欠点は、サイズが大きく、ストップバルブよりも構造が複雑で、シール面が摩耗しやすく、メンテナンスが難しいことです。一般的に、絞り弁には適していません。ゲートバルブステムのねじの位置によって、昇降ステム型と隠蔽ステム型の2種類に分類できます。ゲートプレートの構造特性によって、くさび型と平行型の2種類に分類できます。

2.2 ストップバルブ

ストップバルブは下方閉鎖型のバルブで、開閉部（バルブディスク）がバルブステムによって駆動され、バルブシート（シール面）の軸に沿って上下に動きます。ゲートバルブと比較すると、調整性能は良好ですが、シール性能は劣り、構造がシンプルで、製造とメンテナンスが容易で、流体抵抗が大きく、価格が安いという特徴があります。一般的に中小径の配管に使用される、広く用いられている遮断弁です。

2.3 ボールバルブ

ボールバルブの開閉部は、円形の貫通孔を持つ球体で構成されており、球体がバルブステムと共に回転することでバルブの開閉が実現されます。ボールバルブは、構造がシンプルで、切り替えが速く、操作が簡単で、小型軽量で、部品点数が少なく、流体抵抗が小さく、シール性が高く、メンテナンスが容易です。

2.4 スロットルバルブ

スロットルバルブは、バルブディスクを除けば、基本的にストップバルブと同じ構造です。バルブディスクは絞り弁であり、形状によって特性が異なります。バルブシートの直径は大きすぎないようにする必要があります。なぜなら、開口高さが小さく、流体流量が増加するため、バルブディスクの摩耗が加速するからです。スロットルバルブは、小型軽量で調整性能に優れていますが、調整精度は高くありません。

2.5 プラグバルブ

プラグバルブは、貫通孔を有するプラグ本体を開閉部として使用し、プラグ本体がバルブステムと共に回転することで開閉を行います。プラグバルブは、構造がシンプルで、開閉が速く、操作が容易で、流体抵抗が小さく、部品点数が少なく、軽量です。プラグバルブには、直通型、三方型、四方型があります。直通型プラグバルブは流体の遮断に使用され、三方型および四方型プラグバルブは流体の流れ方向の変更または分岐に使用されます。

2.6 バタフライバルブ

バタフライバルブは、バルブ本体内の固定軸を中心にバタフライプレートが90度回転することで開閉動作を行うバルブです。バタフライバルブは小型軽量で構造がシンプル、かつ構成部品点数も少ないのが特徴です。

また、90°回転させることで素早く開閉でき、操作も簡単です。バタフライバルブが全開位置にあるとき、媒体がバルブ本体を通過する際の抵抗はバタフライプレートの厚さのみになります。そのため、バルブによって発生する圧力損失は非常に小さく、流量制御特性に優れています。バタフライバルブは、弾性ソフトシールと金属ハードシールの2種類のシール方式に分けられます。弾性シールバルブの場合、シールリングはバルブ本体に埋め込まれるか、バタフライプレートの外周に取り付けられます。シール性能に優れ、絞り弁としてだけでなく、中真空配管や腐食性媒体にも使用できます。金属シールバルブは一般的に弾性シールバルブよりも長寿命ですが、完全なシールを実現するのは困難です。通常、流量と圧力損失が大きく変動し、優れた絞り弁性能が要求される場合に使用されます。金属シールはより高い動作温度に対応できますが、弾性シールは温度によって制限されるという欠点があります。

2.7 チェックバルブ

逆止弁は、流体の逆流を自動的に防止できる弁です。逆止弁の弁板は流体圧力の作用で開き、流体は入口側から出口側に流れます。入口側の圧力が出口側の圧力よりも低い場合、弁板は流体圧力差や自重などの要因の作用で自動的に閉じ、流体の逆流を防ぎます。構造形式によって、リフト逆止弁とスイング逆止弁に分けられます。リフト逆止弁はスイング逆止弁よりもシール性が高く、流体抵抗も大きくなります。ポンプ吸込管の吸込口には、フート弁を選択する必要があります。その機能は、ポンプの起動前にポンプの吸込管に水を満たすこと、ポンプの停止後に再始動に備えて吸込管とポンプ本体に水を満たしておくことです。フート弁は通常、ポンプの吸込口の垂直管にのみ設置され、媒体は下から上に流れます。

2.8 ダイヤフラムバルブ

ダイヤフラムバルブの開閉部分はゴム製のダイヤフラムで、バルブ本体とバルブカバーの間に挟まれています。

ダイヤフラムの突出部は弁軸に固定され、弁本体はゴムで覆われています。流体は弁カバーの内部空洞に入り込まないため、弁軸にグランドパッキンは不要です。ダイヤフラム弁は、構造がシンプルで、シール性能が高く、メンテナンスが容易で、流体抵抗が低いという特長があります。ダイヤフラム弁は、堰型、直通型、直角型、直流型に分類されます。

3. 一般的なバルブ選定手順

3.1 ゲートバルブの選定手順

一般的に、ゲートバルブを最初に選択すべきです。ゲートバルブは、蒸気、油などの媒体に加え、粒状固体を含む高粘度の媒体にも適しており、ベントバルブや低真空システム用バルブとしても適しています。固体粒子を含む媒体の場合、ゲートバルブ本体には1つまたは2つのパージ穴が必要です。低温媒体の場合は、低温専用のゲートバルブを選択する必要があります。

3.2 ストップバルブの選定手順

ストップバルブは、流体抵抗に対する要求が低い配管、つまり圧力損失をあまり考慮しない配管、および高温高圧の媒体を扱う配管や装置に適しています。DN < 200mm の蒸気やその他の媒体の配管に適しています。ニードルバルブ、計器バルブ、サンプリングバルブ、圧力計バルブなどの小型バルブにはストップバルブを使用できます。ストップバルブには流量調整または圧力調整機能がありますが、調整精度は高くなく、配管径が比較的小さいため、ストップバルブまたはスロットルバルブを選択する必要があります。毒性の高い媒体には、ベローズシール式ストップバルブを選択する必要があります。ただし、ストップバルブは、高粘度の媒体や沈殿しやすい粒子を含む媒体には使用しないでください。また、ベントバルブや低真空システムのバルブとしても使用しないでください。

3.3 ボールバルブの選定手順

ボールバルブは、低温、高圧、高粘度の媒体に適しています。ほとんどのボールバルブは、固体粒子が懸濁した媒体で使用でき、シールの材質要件に応じて粉末状および粒状の媒体にも使用できます。フルチャンネルボールバルブは流量調整には適していませんが、迅速な開閉が必要な場面に適しており、事故時の緊急遮断に便利です。ボールバルブは通常、シール性能が厳しく、摩耗、収縮チャネル、迅速な開閉、高圧遮断（大きな圧力差）、低騒音、ガス化現象、小さな操作トルク、小さな流体抵抗が求められるパイプラインに推奨されます。ボールバルブは、軽量構造、低圧遮断、腐食性媒体に適しています。ボールバルブは、低温および極低温媒体にも最適なバルブです。低温媒体用のパイプラインシステムおよびデバイスには、バルブカバー付きの低温ボールバルブを選択する必要があります。フローティングボールバルブを使用する場合は、バルブシートの材質がボールと作動媒体の荷重に耐えられる必要があります。大口径ボールバルブは操作時に大きな力を必要とするため、DN≥200mmのボールバルブにはウォームギア伝動方式を採用すべきである。固定式ボールバルブは、大口径かつ高圧の用途に適している。さらに、毒性の高いプロセス材料や可燃性媒体の配管に使用されるボールバルブは、耐火性および帯電防止構造を備えている必要がある。

3.4 スロットルバルブの選定手順

スロットルバルブは、媒体温度が低く圧力が高い状況に適しており、流量と圧力の調整が必要な箇所に適しています。高粘度の媒体や固体粒子を含む媒体には適しておらず、遮断弁としても適していません。

3.5 プラグバルブの選定手順

プラグバルブは、素早い開閉が求められる場面に適しています。一般的に、蒸気や高温の流体には適していません。低温で高粘度の流体、および浮遊粒子を含む流体に使用されます。

3.6 バタフライバルブの選定手順

バタフライバルブは、大口径（DN≧600mmなど）かつ構造長が短い用途、および流量調整と迅速な開閉が求められる用途に適しています。一般的に、水、油、圧縮空気などの流体に使用され、温度は80℃以下、圧力は1.0MPa以下です。バタフライバルブはゲートバルブやボールバルブに比べて圧力損失が大きいため、圧力損失に対する要求が緩い配管システムに適しています。

3.7 チェックバルブの選定手順

チェックバルブは一般的に清浄な媒体に適しており、固体粒子や高粘度の媒体には適していません。DN≤40mm の場合は、リフティング チェックバルブの使用をお勧めします (水平配管にのみ設置可能)。DN＝50〜400mm の場合は、スイング リフティング チェックバルブの使用をお勧めします (水平配管と垂直配管の両方に設置可能。垂直配管に設置する場合は、媒体の流れ方向は下から上にする必要があります)。DN≥450mm の場合は、バッファ チェックバルブの使用をお勧めします。DN＝100〜400mm の場合は、ウェハ チェックバルブも使用できます。スイング チェックバルブは非常に高い使用圧力にすることができ、PN は 42MPa に達し、シェルとシールの材質の違いにより、あらゆる使用媒体とあらゆる使用温度範囲に適用できます。媒体は、水、蒸気、ガス、腐食性媒体、油、医薬品などです。媒体の使用温度範囲は -196〜800℃ です。

3.8 ダイヤフラムバルブの選定手順

ダイヤフラムバルブは、作動温度が200℃未満、圧力が1.0MPa未満の油、水、酸性媒体、および懸濁物質を含む媒体に適していますが、有機溶剤や強酸化剤には適していません。堰型ダイヤフラムバルブは、研磨性のある粒状媒体に適しています。堰型ダイヤフラムバルブの選定には、流量特性表を使用する必要があります。直通型ダイヤフラムバルブは、粘性流体、セメントスラリー、および沈殿性媒体に適しています。特別な要件がない限り、ダイヤフラムバルブは真空配管および真空装置には使用しないでください。