LNG用バルブ：極低温用途における8つの選定基準

LNG用バルブは、液化天然ガスの生産、貯蔵、輸送、積載、荷下ろし、再ガス化システム全般において使用される、極めて重要な流量制御部品です。その主な機能には、LNGパイプラインの遮断、流量および圧力の調整、逆流の防止、緊急停止手順の制御、および危険な運転状態から設備を保護することが含まれます。.

液化天然ガス（LNG）とは、約−162°C（または−260°F）まで冷却され、液体として貯蔵・輸送できるようになった天然ガスのことです。この温度では、一般的な工業用バルブにおいて、材料の脆化、シール材の収縮、過度の漏れ、作動トルクの増加、あるいは熱収縮による損傷が生じる可能性があります。.

したがって、信頼性の高い LNG用バルブ は、完全な極低温アセンブリとして設計されなければなりません。バルブ本体の材質、シート、ステムパッキン、ボンネット延長部、キャビティ圧力逃がし機構、アクチュエータ、試験手順、および設置方向は、すべて実際のLNGプロセス条件に基づいて評価されなければなりません。.

福建JSTバルブ製造株式会社は、産業用バルブエンジニアリングにおいて33年近くの経験を有しています。JSTバルブは、低温、腐食性、高圧、研磨性などの過酷な産業用途向けに、カスタマイズされたバルブソリューションを提供しています。 バルブの構造、材質、シールシステム、アクチュエータ、および試験要件は、お客様のデータシートやプロジェクト仕様に応じて設定可能です。.

LNG用バルブとは何ですか？

LNG用バルブとは、液化天然ガス（LNG）および関連する極低温プロセスシステム向けに設計または選定されたバルブのことです。 設置場所によっては、LNG、低温の天然ガス蒸気、ボイルオフガス、冷媒、ユーティリティ流体、あるいは主要な極低温プロセス温度よりも高い温度の天然ガスと直接接触する場合があります。.

LNGターミナル内のすべてのバルブが−162°Cで動作するわけではありません。 上流側のガス処理ライン、コンプレッサシステム、ボイルオフガス処理装置、ユーティリティ設備、および再ガス化ガスパイプラインは、これらとは大きく異なる温度や圧力下で稼働する場合があります。したがって、バルブのデータシートに記載されている設計温度は、LNG全般に関連する一般的な温度ではなく、実際のプロセス設置場所の条件を反映したものでなければなりません。.

適切に選定されたLNG用バルブは、通常運転、冷却、起動、停止、および緊急時において、圧力保持性、シート気密性、許容可能な操作トルク、ステムシール性能、および確実な作動を維持しなければならない。.

LNG用バルブの用途

LNG施設には多くのプロセス段階があり、それぞれでバルブの役割が異なります。代表的な用途としては、次のようなものがあります：

• 天然ガスの前処理および不純物除去システム
• 液化ラインおよび冷媒回路
• 極低温LNG貯蔵タンクおよび関連配管
• LNG積込アームおよび船舶用積込システム
• LNG運搬船の積載・荷下ろし用マニホールド
• トラック、鉄道、コンテナ、および燃料補給ステーション
• ボイルオフガス回収・圧縮システム
• LNGポンプ、気化器、および再ガス化設備
• 燃料ガス供給パイプラインおよびガス送出パイプライン
• 緊急停止およびプロセス隔離システム

極低温LNGサービスが困難な理由

極低温では、バルブの材質が収縮します。部品ごとに収縮率が異なる場合があり、その結果、ボール、ディスク、シート、ステム、ボディ、ボンネット、パッキン、およびベアリング間のクリアランスが変化することがあります。常温では適切に密閉されていたバルブでも、冷却後は動作が異なる場合があります。.

また、低温により、不適切な材料の靭性や柔軟性が低下する可能性もあります。すべてのポリマーやエラストマーがLNGの温度条件下で十分な特性を維持できるわけではないため、軟質シートやエラストマー製シールは慎重に選定する必要があります。.

もう一つの懸念事項は、閉じ込められた液体です。密閉されたキャビティ内にLNGが閉じ込められた状態で、その後熱を吸収すると、LNGが気化してキャビティ内の圧力が急激に上昇する可能性があります。そのため、極低温用ボールバルブには、自己開放式シート設計やその他の工学的に設計された圧力逃がし方法など、プロジェクトで承認されたキャビティ圧力逃がし機構が必要となる場合があります。.

LNG用バルブの選定基準8項目

1. 最低設計温度

最低設計温度は、LNG用バルブを選定する際に最初に必要となるパラメータの一つです。この温度によって、本体、ボンネット、ステム、ボルト類、シート、パッキング、ガスケット、およびアクチュエータに使用可能な材料が決まります。.

バルブの仕様書では、通常動作温度、最低動作温度、最低設計金属温度、冷却条件、および低温蒸気への曝露の可能性を区別して明記する必要があります。「LNG用」とだけ指定するだけでは、正確なバルブの選定には不十分です。.

2. バルブ本体およびトリムの材質

オーステナイト系ステンレス鋼は、極低温でも十分な靭性を維持できるため、LNGの極低温環境下での直接使用に一般的に採用されています。用途によっては、特定のニッケル合金やその他の低温使用に適した材料が指定される場合もあります。.

低温用炭素鋼は、その認定温度限界が適切である場合に限り、LNG施設の比較的温度の高い箇所で使用することができますが、LNGの最高温度に達する可能性がある配管には、安易に使用すべきではありません。.

最終的な材料の選定は、設計温度、圧力クラス、プロセス組成、耐食性要件、衝撃試験要件、適用される規格、および顧客が承認した材料仕様に基づいて行う必要があります。.

3. ボンネットおよびステムシールの保護範囲の拡大

多くの極低温用 LNG用バルブ では、延長ボンネットまたは延長ステム構造が採用されています。この延長構造により、パッキンやステムシール部品を、最も低温となるプロセス領域からより離れた位置に配置することが可能になります。.

ボンネット延長部の長さと取り付け方向は、慎重に選定する必要があります。また、設計にあたっては、断熱材の厚さ、作業のしやすさ、結露の発生、アクチュエータの取り付け、熱伝導、および低温蒸気がパッキン部に到達する可能性についても考慮する必要があります。.

4. シートの設計と漏れ性能

シート設計は、遮断性能、作動トルク、摩耗、キャビティ圧力、および耐用年数に直接的な影響を及ぼします。極低温用シートは、必要なシール荷重を維持しつつ、冷却時の寸法変化に対応できなければなりません。.

バルブのタイプやプロジェクトの要件に応じて、シールシステムには、極低温対応ポリマー製シート、強化ポリマー製シート、金属製シート、弾性インサート、あるいは複合構造などが採用される場合があります。必要な漏れ許容基準については、見積および製造の前に明確に規定しておく必要があります。.

5. 圧力クラスと差圧

バルブの圧力クラスだけでは、そのバルブが使用に適しているかどうかは判断できません。最大差圧は、シートへの荷重、ステムのトルク、ディスクやボールにかかる力、アクチュエータの選定、および緊急時にバルブを開閉できるかどうかに影響を与えます。.

購入者は、設計圧力、使用圧力、遮断差圧、流れ方向、圧力解放要件、および閉塞時や熱膨張時に発生しうる最大圧力を提示する必要があります。.

6. 火災安全および漏出排出に関する要件

LNG施設では可燃性の炭化水素流体を扱うため、プロジェクトの仕様には、耐火試験の要件、帯電防止設計、噴出防止ステム、外部漏洩の制御、および逃散性排出性能などが盛り込まれる場合があります。.

これらの要件については、具体的なバルブの型式、サイズ、定格圧力、シート構成、および適用される規格について確認する必要があります。バルブが「耐火性がある」という一般的な記述は、プロジェクト固有の文書や試験要件に代わるものではありません。.

7. アクチュエータおよび緊急停止性能

LNGバルブの作動には、空圧式、油圧式、電動式、または電気油圧式のアクチュエータが使用される。アクチュエータは、低温環境、最大差圧、ステムの長期摩擦、緊急停止運転など、最も過酷な運転条件下においても、十分なトルクまたは推力を発揮できなければならない。.

アクチュエータの仕様には、以下のようなものが含まれる場合があります：

• フェイルオープン、フェイルクローズ、またはフェイルインプレイスの動作
• 必須の開店・閉店時間
• 必要な空気、油圧、または電気の供給の最低要件
• 部分ストローク試験または全ストローク試験
• ローカルおよびリモートの位置表示
• 危険区域における電気機器の分類
• 耐火性または環境保護に関する要件

8. 極低温試験および文書化

常圧試験およびシート試験だけでは、LNG温度下におけるバルブの性能を十分に実証できない場合があります。そのため、プロジェクトの要件として、低温製造試験、極低温型式試験、漏洩排出試験、材料のトレーサビリティ、衝撃試験報告書、非破壊検査、およびアクチュエータの機能試験などが規定される場合があります。.

試験範囲には、試験温度、試験媒体、バルブの設置方向、漏れ許容値、作動サイクル数、圧力レベル、測定方法、立会いの要件、およびバルブとともに提出すべき書類を明記しなければならない。.

LNG施設で一般的に使用されるバルブの種類

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LNG用バルブの材料選定に関する考慮事項

LNG用バルブの材料選定にあたっては、低温靭性とプロセス適合性の両方を考慮する必要があります。選定された材料は、指定された設計温度および圧力条件下で適性を維持するとともに、耐食性、溶接性、熱処理、衝撃試験、トレーサビリティ、および非破壊検査に関するプロジェクト要件も満たすものでなければなりません。.

材料の推奨事項については、プロジェクトのデータシート全体および適用される規格と照らし合わせて確認する必要があります。.

LNG用バルブにおいて一般的に参照される規格

適用される規格は、バルブのタイプ、設置方法、プロセスシステム、顧客の仕様、および管轄区域によって異なります。プロジェクト文書では、低温用バルブの設計、配管用バルブ、圧力・温度定格、極低温試験、耐火試験、排出ガス、および圧力機器に関する規格が参照される場合があります。.

• ISO 28921-1: 特定の低温用遮断弁および逆止弁の設計、材料、製造、および生産試験。.
• ISO 28921-2: 遮断弁の低温型式試験。.
• ISO 21011: 極低温容器に使用されるバルブの設計、製造、および試験に関する要求事項。.
• ASME B16.34： 該当する工業用バルブの圧力・温度定格、材料、寸法、試験、検査、および表示について。.
• API仕様書6D： プロジェクトで指定された場合における、パイプラインおよび配管用バルブの要件。.

JSTバルブがLNGプロジェクトをどのように支援しているか

JST Valveは、お客様と協力してバルブの稼働状況を評価し、プロジェクトごとに最適なソリューションを提案いたします。用途や承認された仕様に応じて、供給範囲には、極低温用ボールバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、チェックバルブ、バタフライバルブ、アクチュエータ付きバルブパッケージ、およびカスタマイズされた流量制御製品などが含まれる場合があります。.

JSTバルブの技術サポートには、以下の内容が含まれる場合があります：

• 培地、温度、圧力、および差圧データの検討
• 車体、トリム、シート、パッキン、およびガスケットの材質選定
• ロングボンネットおよびロングステムの構成
• キャビティ内圧の解放およびシート方向の評価
• 空圧式、電動式、油圧式、またはフェイルセーフ式のアクチュエータパッケージ
• 寸法、接続部、および動作方式のカスタマイズ
• 購入要件に基づく検査、試験、トレーサビリティ、および文書化

LNG用バルブの選定に必要な情報

LNG用バルブに関する正確な技術的なご提案およびお見積りをご希望の場合は、以下の情報をご提供ください：

• プロセス媒体および流体の全組成
• 最低、通常、および最高動作温度
• 設計上の金属の最低温度
• 使用圧力および設計圧力
• 最大遮断差圧
• バルブの種類、呼び径、および圧力クラス
• 必要な流れの方向および設置方向
• 漏洩に関する必須の許容基準
• 車体、トリム、シート、パッキン、およびガスケットの要件
• 接続端子および面対面の規格
• アクチュエータの種類、故障時の位置、および必要な作動時間
• 極低温試験、火災試験、排出試験、および機能試験の要件
• 必要な証明書、検査計画書、図面、および関連書類
• 数量、納期、およびプロジェクトの配送先

LNG用バルブに関するよくある質問

LNG用バルブは、どの程度の温度に耐えなければならないのでしょうか？

LNGの直接使用環境では、温度が約−162°Cに達する場合があります。ただし、バルブの設計温度要件は、設置場所やプロセス条件によって異なります。LNG施設内のバルブの中には、より高温の低温環境、蒸気環境、ユーティリティ環境、あるいは再ガス化ガス環境下で稼働するものもあります。.

極低温用LNGバルブには、なぜ延長ボンネットが採用されているのでしょうか？

ボンネットまたはステムを延長することで、パッキンおよびステムシール部を、プロセス内で最も低温となる領域から遠ざけることができます。その寸法や配置については、断熱、熱伝導、低温蒸気、作業性、およびアクチュエータの設置を考慮する必要があります。.

LNG用ボールバルブにおいて、キャビティ圧力の逃がしはなぜ重要なのでしょうか？

閉じたバルブの空洞内に閉じ込められたLNGは、熱を吸収して気化し、圧力が上昇する可能性があります。したがって、ボールバルブのシート配置および圧力逃がし方向については、当該プロジェクトの配管設計および遮断方針に照らして再検討する必要があります。.

LNGの遮断には、一般的にどのようなバルブが使用されますか？

隔離用バルブとしては、一般的に極低温用ボールバルブやゲートバルブが検討されます。大口径の用途によってはバタフライバルブが選定されることもありますが、最終的な選定は、漏れ要件、圧力損失、作動トルク、設置スペース、重量、およびプロジェクトの規格によって決まります。.

LNG用バルブは、流量や圧力の調整もできますか？

はい。グローブ弁、制御弁、セグメント式ボール弁、および一部のバタフライ弁は、流量や圧力の調整を目的として設計することができます。制御弁の選定にあたっては、流量係数、圧力損失、フラッシング、キャビテーション、騒音、必要な調整範囲、およびアクチュエータの応答特性を評価する必要があります。.

JST Valve社は、カスタマイズされたLNG用バルブを製造できますか？

JST Valveでは、お客様のプロセスデータ、図面、材料要件、適用規格、アクチュエータの仕様、検査計画、試験範囲、および文書化要件に基づき、カスタマイズされたバルブ構成の評価を行うことができます。.

技術資料

その他の技術情報については、

米国エネルギー情報局（EIA）のLNG概要



ISO 28921-1 低温用バルブ規格

the

ISO 21011 極低温用バルブ規格

および

ASME B16.34