ケーススタディ: 2003 西安金珠 HFC-134a プラント – YNTO ボールバルブの動作

広東元通工業技術 (YNTO) は、このプロジェクトのバルブ サプライヤーとして参加し、過酷な使用条件に耐えられるバルブの提供を任務としました。YNTOの役割は、HFC-134a生産ユニットのさまざまなセクションに適切なバルブタイプと材質を指定することでした。このケーススタディでは、YNTOの耐薬品性ボールバルブが、問題-解決-結果の形式に従って、プラントの主要な問題を解決するためにどのように適用されたかに焦点を当てています。 

問題: 腐食性の HF 酸と容赦のない条件

HFC-134a 製造で最も困難な側面の 1 つは、フッ化水素 (HF) の取り扱いです。HFは有機原料のフッ素化に必要な反応物ですが、腐食性と毒性が高い酸でもあります。多くの金属(ステンレス鋼も含む)を容易に攻撃し、ガラスや特定のプラスチックを劣化させることさえあります。西安金珠工場では、HFは原子炉の供給ラインから廃棄物排水まで、さまざまな流れに存在していました。これらのセクションのバルブはHFにさらされ、プラントを継続的に稼働させるために確実に動作する必要があります。

具体的な問題は次のとおりです。

· バルブ材料の深刻な腐食: 従来のバルブ材料 (標準的なステンレス鋼や青銅など) は、HF がバルブを急速に腐食させ、漏れの危険があるため、不適切でした。このプラントには、HFが簡単に攻撃できない材料で構築された、または保護されたバルブが必要でした。業界でのこれまでの経験から、HF サービスにはハステロイ製またはフッ素ポリマー で裏打ちされたバルブが必要になることがよくあります。課題は、プラントの一部に数十のバルブがHFにさらされていることを考えると、費用対効果の高いバルブソリューションを見つけることでした。

·  漏れと漏出のリスク: HF は腐食性があるだけでなく、人員や環境にも危険です。バルブのシールに問題があると (ステムパッキン、シートの漏れなどによる)、HF 蒸気が放出される可能性があります。プラントの安全プロトコルでは、高頻サービス下でしっかりと遮断され、堅牢なシールを備えたバルブが要求されていました。標準的なバルブパッキンは、HFで劣化する可能性があります。密閉性を維持するために、特殊なバルブシートとシール材料 (PTFE、PCTFE、その他の耐ハロゲン性ポリマーなど)が必要でした。

運用上の要求: プロセス内のバルブの多くは、制御ループで自動化されたか、頻繁な操作が必要でした。たとえば、反応器へのHFの供給を調整する流量制御バルブは、酸に耐えながら正確にスロットルする必要がありました。一方、一部のバルブは緊急隔離用であり、めったに動作しないかもしれませんが、オンデマンドで機能する必要があります 。多様な動作要件により、選択したバルブは耐食性と高性能を兼ね備える必要がありました (たとえば、HF にさらされてもトルクとシールの完全性を長期間維持するなど)。

限られた設置スペースと改修: 多くの化学プラントと同様に、スペースは限られており、配管レイアウトは複雑でした。このプロジェクトでは、コンパクトなサイズと 1/4 回転の素早い操作により、ボール バルブが 多くの用途に好まれました。ボールバルブは、直進流(冷媒ラインの圧力損失を最小限に抑えるために重要)と信頼性の高いシャットオフも提供します。しかし、従来のボールバルブはこのシナリオに必要な耐食性を備えていなかったため、要件に適合する「化学ボールバルブ」を入手するためのソリューションが必要でした。

要約すると、西安金珠 HFC-134a プラントには、HF やその他の腐食性化学物質に耐え、安全性のためのゼロリーク性能を確保し、運転制御要件を満たすバルブが必要でした。この文脈における「化学ボールバルブ」という用語は、化学サービス用に特別に設計されたボールバルブを指し、通常、攻撃的な流体を処理するための特殊な材料またはライニングを意味します。2000 年代初頭の中国では、このようなバルブの実績を持つ国内サプライヤーはほとんどなかったため、YNTO の専門知識が求められました。

ソリューション: YNTO の耐食性化学ボールバルブ

YNTOは、材料の選択、バルブ設計、バルブアクセサリのカスタマイズなど、さまざまな面で問題に取り組み、HFC-134aプラントに合わせたソリューションを作成しました。このソリューションの中核は、 YNTOの耐薬品性ボールバルブ をすべての重要なHFサービス場所に導入し、プラント内の他の腐食性または危険な作業に対応する互換性のあるバルブで補完することでした。このソリューションの主な機能は次のとおりです。

· 高ニッケル合金構造: 最も厳しい HF 含有ラインの場合、YNTO はボディとトリムにハステロイ C276 (ニッケル - モリブデン - クロム合金) で作られたボール バルブを提供しました。ハステロイ C276 は、HF およびフッ素化学的性質に対する優れた耐性で知られています。固体ハステロイ(または場合によっては内側のハステロイトリムを備えた二相ステンレス)を使用することで、バルブの金属部品が酸によって侵食されないようにしました。これらのバルブはフランジ設計のフルボアボールバルブで、メンテナンスを簡素化し、固形物が蓄積した場合にロッドアウトを許可しました。それらには ENC (カプセル化された) PTFE シートが装備されており、HF に対して不活性な PTFE は密閉性があり、その背後の金属シート リングが機械的強度を与えました。

· PTFE/FEP ライニング ボール バルブ: 圧力が中程度のプロセスの一部では、YNTO はフッ素ポリマーライニング ボール バルブを導入しました。これらのバルブは、強度を高めるために炭素鋼のボディを備えていましたが、すべての内面に厚い PFA ライニングと PFA カプセル化されたボールが特徴でした。基本的に、HFは金属ではなくフッ素ポリマーライナーにのみ接触します。ライニングバルブは酸性サービスに最適であり、プラントの一部ではエキゾチック合金よりも経済的なソリューションを提供しました。YNTOは、動作圧力と温度が許す限り、さまざまな酸移送ラインおよび貯蔵タンクの隔離用にDN50–DN200ライニングボールバルブを供給しました。各バルブは工場でテストされ、ライニングに欠陥がないことが確認されました。PFAで裏打ちされたボールバルブを使用することで、少量の酸がラインにあっても、アイドル期間中にバルブを腐食させないという自信が工場に与えられました。

·  補助システム用の熱可塑性バルブ: HFC-134a プロセスには、酸が希釈される可能性のある水冷や廃棄物中和などのユーティリティ ストリームも含まれます。YNTOは、HFスクラバーユニットや廃酸中和スキッドなど、これらの補助システムの一部にUPVCおよびPVDFプラスチックボールバルブ を提供しました。空気圧式UPVCボールバルブ (一部の三方設計を含む)は、低濃度HFおよびフッ化物に対する高い耐食性のために選択されました。これらのプラスチックバルブは軽量で、小口径配管への取り付けが簡単でした。これらは、PTFEコーティングされた内部を備えたYNTOの空気圧アクチュエーターによって作動し、わずかな煙が発生した場合のアクチュエーターの腐食による損傷を防ぎます。プラスチック製ではありますが、これらのバルブは堅牢でした:空気圧プラスチック製ボールバルブの設計 は、サービスを迂回させるためのL字型またはT字型の流路を特徴としており、メンテナンスが容易であるように構築されています(コンパクトで簡単に取り外し可能なアクチュエータと金属部品が少ないことが示すように)。

· カスタマイズされたシーリングとパッキング: 供給されるすべてのバルブについて、YNTO はステム シールとボディ ガスケットに特別な注意を払いました。彼らは、グラファイト(フッ素などの強力な酸化剤には適していない)を避けるために、合金ボールバルブにグラファイトフリーのPTFEパッキン を使用しました。一部のバルブには、PTFEが時間の経過とともにクリープする可能性があるため、パッキン張力を維持するためにグランドにライブロードスプリングワッシャー が付いていました。ボディガスケットは、コールドフローなしでHFを処理できる変性PTFEでできていました。さらに、必要に応じて、YNTOはバルブに安全ブリードポート と延長ボンネットを追加し、パッキン領域をプロセス流体から遠ざけました(これは、厳しい酸性サービスでの一般的なアプローチであり、延長ボンネットは蒸気を希釈および冷却し、パッキンを保護します)。

· バルブの自動化と制御の統合: このプロジェクトでは、多くのバルブをプラントの DCS (分散制御システム) に接続する必要がありました。YNTOは、ボールバルブ用の空気圧アクチュエータ (複動式とスプリングリターン式の両方)と、危険区域に適したエアフィルター、ポジショナー、リミットスイッチボックス を提供しました。選択されたアクチュエータは、屋外環境に十分な厚いエポキシ外装コーティングを施した陽極酸化アルミニウムで、すべての内部はHFトレース(ステンレス鋼の留め具、バイトンOリングなど)と互換性がありました。制御バルブ(HFフィードコントロールなど)の場合、YNTOはバルブが正確にスロットルできるように高解像度のポジショナーを提供しました。これらのスマートポジショナーには、バルブのトルクが増加した場合に警告するフィードバックもありました(これは汚れや早期腐食を示している可能性があり、予知保全ツールとして機能します)。これらのバルブを制御システムに統合することで、プラントのオペレーターは重要な隔離バルブを遠隔操作し、迅速な対応のために危険な操作に不可欠なバルブの位置を継続的に監視できます。

内部リンクの例: このプロジェクトで使用されている原則の多くは、現在、YNTOの製品提供の標準的な慣行です。たとえば、 HF スクラバー システムで使用されている同じシリーズの空気圧プラスチック 3 方ボール バルブ は、耐腐食性の流れの迂回を必要とする他のクライアントにも利用できます。同様に、薄肉設計 の合金バルブ(YNTOのステンレス鋼空気圧ボールバルブに類似)は、軽量でありながら高強度のバルブを化学的用途向けに構築する方法を示しています。

結果:信頼性の高い運転と長期的なプラントの成功

実装されたソリューションのおかげで、西安金珠 HFC-134a プラントはいくつかの前向きな成果を達成しました。

· 信頼性: YNTO ケミカル ボール バルブは、2003 年のスタートアップ以来、優れた信頼性を記録しています。操業開始から最初の3年間、YNTOバルブが設置された地域では、HF関連のバルブ漏れや故障は1件も発生しませんでした。HFの攻撃的な性質を考えると、これは驚くべき成果です。定期的な検査では、ハステロイバルブに重大な薄化や孔食は見られず、ライニングバルブのPTFEライナーは無傷のままで、水ぶくれはありませんでした。これらのバルブの平均メンテナンス間隔(MTBM)は、クライアントがそれほど積極的ではないサービスで使用していた以前のバルブの平均メンテナンス間隔(MTBM)を大幅に上回りました。

· 安全性: このプラントは、HF 封じ込めに関して優れた安全記録を維持しています。オペレーターは、定期的なバルブグランドチェックとエリアモニタリングでは、YNTOバルブの周囲にHFガスが検出されなかったと報告しました。PTFEシートとパッキンによる密閉性により、漏出が防止されました。このレベルの封じ込めは、労働者を保護する上で極めて重要でした。また、工場を環境規制に準拠させました(HFは規制された汚染物質です)。2005年に工場の生産能力が倍増したとき(さらに5,000トン/年のラインを追加)、YNTOのバルブの実証済みの性能により、工場は拡張のためのバルブサプライヤーとしてもYNTOを選択することが容易になりました。事実上、最初のプロジェクトは、 HFサービス用のYNTOのケミカルバルブ技術 を検証する参考事例となりました。

· 性能: 高品質の流量制御バルブの使用により、安定したプロセス制御に貢献しました。たとえば、HF 供給制御バルブ (スマート ポジショナーを備えたハステロイ C ボール バルブ) により、プラントは反応器の HF 濃度を狭い帯域内に維持し、反応効率を最適化しました。制御の改善により副産物の形成が減少し、最初のパスでプラントが目標の生産純度を達成することができました。これにより、規格外の材料の再処理が減り、原材料の消費量が削減されるという経済的メリットがありました。工場の管理者は、信頼性の高いバルブに投資することで、連続的な化学プロセスで大きな損失に発展する可能性のある「小さな点滴」を防ぐことができると指摘しました。漏れや修理のためにシャットダウンする必要がなかったすべてのバルブは、施設の稼働時間と生産性の向上につながりました。

·  メンテナンスとサポート: YNTOの関与は試運転にとどまりませんでした。彼らは、バルブを安全に整備する方法(たとえば、必要に応じてハステロイバルブのステムを再梱包する方法、ライニングバルブのライナーを検査する方法など)について、プラントのメンテナンスチームにトレーニングを提供しました。長年にわたり、予防措置として、5年後の予定されたターンアラウンド中にいくつかのソフトシールが交換されました。YNTOはスペアパーツの入手可能性と迅速なサービス対応(中国に現地代理店を置いていた)により、部品を待つ長いダウンタイムをすることなく、あらゆるメンテナンスを迅速に行うことができました。また、特定のコンポーネント(アクチュエータキットなど)の互換性 により、メンテナンスも容易になりました – YNTOは標準化されたアクチュエータ取り付けを使用していたため、アクチュエータの交換はプラグアンドプレイの作業でした。

全体として、この事例は、化学製造における腐食の課題 を克服するには、適切なバルブの選択がいかに鍵となるかを示しています。YNTO の特殊な化学ボール バルブを利用することで、西安金珠 HFC-134a プラントは当面の腐食問題を解決しただけでなく、持続可能な長期運転に向けて準備を整えました。このプロジェクトは中国の化学産業におけるYNTOのショーケースとなり、国内のバルブ技術が困難な用途において世界クラスの基準を満たすことができることを証明しました。

結論

Xi'an Jinzhu Modern Chemical のケーススタディは、腐食が重要な用途において経験豊富なバルブ サプライヤーと提携することの重要性を強調しています。YNTOのケミカルボールバルブを選択することで、プラントはプロセスのニーズに合わせた材料と設計の恩恵を受け、HFC-134a冷媒の安全で連続的な生産を可能にしました。頻繁な停電や安全事故につながる可能性のある問題は、エンジニアリングの先見性と高品質の機器によって回避されました。産業エンジニアや調達チームにとって、このサクセスストーリーは、腐食性サービスにおいてバルブの真の価値は購入価格だけでなく、長期にわたる性能にあるという重要な教訓を強化するものです。YNTO のソリューションのような適切なバルブに投資すると、信頼性、安全性、プロセス効率に利益がもたらされます。

YNTOのケミカルサービスバルブの詳細については、上記のリンク先の製品ページを参照するか、YNTOにお問い合わせいただき、詳細なケーススタディとリファレンスをご覧ください。HFC-134aプラントはその一例に過ぎず、同様のYNTOバルブソリューションは、石油化学から製薬まで、さまざまな産業で腐食性流体の取り扱いに力を供給しています。