【計装】調節弁の主な付属品(アクセサリ)の種類と特徴について解説

今回の記事では調節弁の主な付属品(アクセサリ)について解説します。

調節弁の設計では、バルブのタイプ、材質、サイズの他に、設置個所の流体や目的に応じて付属品（アクセサリ）の要否についても検討します。

付属品の要否は計装設計部門と協議して決定することもありますが、P＆ID作成時に調節弁の仕様をある程度決めておく必要があるため、計装エンジニアだけでなく、P＆IDを作成するプロセスエンジニアも内容を理解しておく必要があります。

主な付属品は次の通りです。

調節弁の主な付属品（アクセサリ）

・電磁弁（ソレノイドバルブ）
・ポジショナ
・ハンドホイール
・リミットスイッチ
・エアセット
・ボリュームタンク
・ブースターリレー
・ロックアップ弁
・スピードコントローラー
・開度制限用ストッパー

上記の付属品の中で、電磁弁、ハンドホイール、リミットスイッチについてはP＆ID上でも表記することが多いです。

次項からそれぞの付属品について解説します。

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電磁弁（ソレノイドバルブ）

電磁弁は、ソレノイドバルブとも呼ばれ、電磁石（ソレノイド）の作用で開閉を行うバルブです。直接プロセス配管に取り付け操作させるタイプ（直動式）も存在しますが、ここでは調節弁の付属品として使用されるアクチュエータ駆動制御用のものについて解説します。

プラントに設置される調節弁はは空気圧で本体の開度調整を行うタイプが一般的なので、電磁弁はその駆動用空気の供給、遮断を切り替える目的で設置されます。

電磁弁は瞬時に開、閉を切り替えることができるため、プラントでは主に緊急遮断弁の付属品として使用されることが多いです。通常は一つの調節弁につき一つの電磁弁を設置しますが、調節弁の信頼性を高めたい場合は二つの電磁弁を設置（ダブルソレノイド）することもあります。

ソレノイドはコイルとブランジャ（コア）から構成されていて、励磁型、非励磁型の2 つのタイプに分けられます。

・励磁型：通電時（電圧を印加した時）にバルブが要求する方向（流路）に動作させる
・非励磁型：非通電時（電圧印加を解いた時）にバルブが要求する方向（流路）に動作させる

電磁弁のタイプ、ポート数、設置数は、調節弁のアクチュエータ型式（単作動か複作動か）やフェイルポジションなどから決定されますが、計装設計部門やメーカーと協議して決めることが多いです。

ポジショナ

ポジショナは、制御装置からの入力信号に応じて調節弁への開度出力を行い、その弁開度を検出して制御装置へのフィードバックを行うコントローラのことです。

そのため、運転パラメータ（温度、圧力、流量、液面など）に応じて弁開度を調整する空気式の調節弁には原則設置されますが、on-off動作のみを行う遮断弁には不要です。

ポジショナの種類は、入力信号が電気信号（DC 4-20mA）か空気信号（20-100kPa）かによって、電空（I/P）ポジショナと空空（P/P）ポジショナ等に大別されます。
※電空ポジショナは、補助空気源（計装空気）を利用して、操作信号として与えられるDC4～20mAを空気圧に変換して調節弁を所定開度に操作するタイプ

一般的に、ポジショナは以下のケースで設置されますが、後から追加するこのは大変なので、要否については計装設計部門と協議して決定します。

ポジショナを設置するケース

・弁前後の差圧が大きい場合
・応答遅れが問題となる場合
・制御精度が要求される場合
・複数の調節弁を1 つの信号で操作する場合
・標準スプリングと異なるスプリングレンジを使用する場合
・流量特性の改善を図りたい場合

プラントエンジニアのおどりば

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ハンドホイール

調節弁にハイドホイールを設置することで、現場において手動で調節弁の開閉を行うことができます。

一般に、ハンドホイールを設置するケースは以下の通りです。

ハンドホイールを設置するケース

・何らかの理由で調節弁のバイパス弁が設置できず、手動で調節弁の開度調整を行いたい場合
・試運転時や空気源、電源喪失時に、手動で調節弁の開度調整を行いたい場合
・設計レビューやHAZOP等で調節弁の手動操作が必要と判断された場合

ハンドホイールにはトップハンドルやサイドハンドルタイプがあり、トップハンドルの場合は開度制限ストッパとして用いられることもあります。

ただし、ハンドホイールは細かい開度調整ができないため、調節弁バイパスを削減する目的で設置するのは不適です。

また、ハンドホイールを設置することでインターロック（弁の緊急遮断など）が効かなくなるため、インターロックを設ける場合はハンドホイールを設置するのは避けるべきです。

プラントエンジニアのおどりば

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リミットスイッチ

リミットスイッチは、バルブの開度の検出（全開/全閉など）に使用される付属品で、原則としてプラントの緊急遮断弁（OSBLやユニットをまたぐ配管や、危険物タンク、ドラムの縁切り用の遮断弁）に設置されます。また、開閉状態の表示用として、手動弁に対してもリミットスイッチを取り付けることもあります。

リミットスイッチの種類には、、機械的に動作するレバー型のものや間接的（非接触）に検知する近接スイッチ等があります。

設置する場合の留意点としては、リミットスイッチはその機能に応じて調節可能かつ独立したものとすることです。例えば、調節弁の「開」と「閉」を表示したい場合は、リミットは「開」と「閉」のそれぞれに別のスイッチを使用する必要があります。

そのため、調節弁や遮断弁の数が多いプラントでは、リミットスイッチの数も多くなり、コストアップの要因となるため、要否はよく検討する必要があります。

また、屋外の調節弁にリミットスイッチを設ける場合は、設置現場の気象条件に応じて、カバーを設けるなどの対策が必要になる場合もあります。