制御弁¶

30秒まとめ¶

制御弁の選定は Cv 値計算・流量特性・フェールポジションの3点が核心。化学プラントでは「プロセスが異常になったとき弁はどうあるべきか」を先に決め、FC/FO/FL を選定する。

Cv 値（流量係数）は弁の口径・開度に応じた流量能力を表す。

Q = Cv × √(ΔP / SG)

Q：流量（US gal/min）、ΔP：弁前後差圧（psi）、SG：比重（水=1.0）

SI 単位系での換算

Q[m³/h] = Kv × √(ΔP[bar] / SG)
Kv = 0.865 × Cv  （Cv ↔ Kv 換算）

条件：水（SG=1.0）、流量 10 m³/h、弁前後差圧 0.3 bar のとき

Kv = 10 / √(0.3 / 1.0) = 10 / 0.548 = 18.2
Cv = 18.2 / 0.865 = 21.0

→ Cv ≥ 21 の弁を選定。ただし通常は定格の70〜80%開度で設計流量が流れるよう余裕を持たせる。

弁の開度（リフト）と流量の関係。

イコールパーセンテージが多い理由

プロセス配管系ではポンプ吐出圧と配管圧損の関係で弁前後 ΔP が開度によって変化する。この変化をイコールパーセンテージ特性が補正し、実際の流量とリフトの関係をリニアに近づけてくれる。

電源・空気圧が失われたとき（フェール時）弁がどの位置に行くかを定義する。

化学プラントでの選定原則

FC と FO は「失った場合にプロセスが安全側に向かうか」で決める。例： - 反応器への原料供給弁 → FC（反応暴走防止） - 反応器への冷却水弁 → FO（冷却を確保） - 製品移送弁 → FC（製品漏洩防止）

調節計の出力信号（4-20mA）を受け、弁開度を正確にフィードバック制御する機器。

スマートポジショナの活用

HART 通信対応のスマートポジショナは以下の診断情報が取得できる： - 実際の弁開度フィードバック値 - 弁ストローク回数（予知保全に活用） - 部分ストロークテスト（PST）：弁を少し動かして動作確認（運転中に実施可能）

液体が弁の絞り部で圧力が下がり気泡が発生し、下流で圧力が回復する際に気泡が崩壊する現象。弁体・弁座を著しく損傷させる。

σ = (P2 - Pv) / (P1 - P2)

P1：弁入口圧（kPa abs）、P2：弁出口圧（kPa abs）、Pv：液体の飽和蒸気圧（kPa abs）

σ ≥ 1.5〜2.0 程度が安全目安。σ が低いほどキャビテーション発生リスクが高い。