まとめ
濃相空気輸送は 2 bar から 10 bar 以上の範囲の圧力で動作し、粉末をスラグまたはプラグとしてパイプライン内を移動させます。このような圧力では、システム内のすべてのコンポーネントが極度の力、摩耗、および急速なサイクリングに耐える必要があります。濃厚相システムでは、供給点の粉末回転バルブと経路点のダイバーター バルブという 2 つのデバイスが重要な役割を果たします。どちらも高圧に対応する必要がありますが、設計要件と故障モードはまったく異なります。ロータリーエアロックフィーダーは、材料をラインに連続的に供給しながら圧力シールを維持する必要があります。ダイバータバルブは、漏れや浸食なしに材料を目的地間で切り替える必要があります。このガイドでは、圧力能力、摩耗挙動、スイッチング信頼性の面で 2 つのテクノロジーを比較し、エンジニアが高密度相搬送に適切なコンポーネントを指定できるようにします。
密相搬送では、
粉末ロータリーバルブ材料を加圧パイプラインに導入する一次供給装置として機能します。これは、厚い壁のハウジング内で回転するマルチベーンローターで構成されています。ローターポケットはホッパーからの粉末で満たされ、回転してパイプライン内に入り、そこで高圧空気が材料を推進します。バルブは、ホッパーへの空気の逆流を防ぐために密閉を維持しながら、システムの全圧力 (通常は 4 ～ 8 bar) に耐える必要があります。ハウジングの壁は標準のバルブよりも厚く、多くの場合 20 ～ 40 ミリメートルの鋳鋼またはステンレス鋼です。ローターの先端は炭化タングステンまたはセラミックインサートで硬化処理されています。シャフトシールは通常、ランタンリングパージまたは高温用のグラファイトパッキンを備えた複数のリップシールです。
濃厚相サービスにおけるダイバーターバルブは、材料スラグを 1 つの入口から 2 つ以上の出口の 1 つに送る高圧切り替えデバイスです。高密度相の最も一般的な設計は、回転プラグ ダイバーターです。これには、直通出口または分岐出口のいずれかと位置合わせされる内部通路を備えた球形または円筒形のプラグが含まれています。アクチュエータがプラグを90度回転させると流路が変化します。プラグとバルブ本体は機械加工され、金属間のシールを形成し、最大 10 bar の圧力での漏れを防ぎます。内面は硬化されるかセラミックタイルで裏打ちされ、高速の粉体スラグによる浸食衝撃に耐えます。
物理的には、
ロータリーバルブは、ローター先端クリアランスに動的シールを備えた連続回転装置です。ダイバータバルブは、プラグと本体のインターフェースに静的シールを備えた断続的に動作するデバイスです。ロータリーバルブは、一定の圧力と連続的な材料の流れを認識します。切換バルブは搬送サイクル中にのみ圧力を認識し、バッチ間または目的地間でのみ切り替えます。これらの動作の違いにより、まったく異なる摩耗パターンと故障モードが生じます。
ロータリーバルブとダイバーターバルブの選択が重要な理由
どちらのデバイスも同じ高密度フェーズ システムで動作しますが、間違った設計を指定したり、どちらかのコンポーネントを無視したりすると、搬送プロセス全体を損なう明確な問題が発生します。
圧力定格とシステムの完全性
濃厚相搬送では、ブースト相中に供給点の圧力が 10 bar に達することがあります。この圧力に対応していないロータリー バルブは、ハウジングの壁で破裂したり、シャフト シールが吹き飛ばされたりする可能性があります。その結果には、壊滅的な粉体の放出、機器の損傷、人員への潜在的な傷害が含まれます。切換弁も、閉じた出口でこの圧力を保持する必要があります。プラグと本体のシールが故障すると、高圧粉末が間違った目的ラインに噴射され、製品が汚染されたり、危険な粉塵雲が発生したりすることになります。どちらのデバイスも、適切な安全マージンを持ってシステム最大値を超える圧力定格に耐える必要があります。一般的な仕様では、10 bar で動作するシステムに対して 12 ～ 15 bar の設計圧力が必要です。
高速衝撃時の摩耗メカニズム
濃密相搬送では、スラグ流の中で粉末を毎秒 5 ～ 15 メートルの範囲の速度で移動させます。スラグがロータリーバルブのローター先端に衝突すると、ハンマー効果が発生し、摩耗が促進されます。チップは、欠けたり変形したりすることなく、各スラッグの運動エネルギーを吸収する必要があります。硬度 90 HRA 以上の超硬チップが必要です。ハウジングのボアも、壁に沿って高速で引きずられる粉末によって浸食摩耗を受けます。交換可能な摩耗スリーブがボアを保護します。ダイバーターバルブは異なる摩耗パターンに直面します。プラグの内部通路では方向が変化し、粉末スラグが壁にほぼ直角に衝突します。これらのインパクトゾーンは急速に侵食されます。プラグ内部のセラミックライニングまたは硬質クロムメッキにより耐用年数が延長されます。これらの異なる摩耗メカニズムを理解することは、正しい材料を指定するために不可欠です。
スイッチングの信頼性とタイミング
高密度相システムでは、搬送サイクル間の正確な瞬間に切り替えバルブを切り替える必要があります。バルブの切り替えが早すぎると、スラッグの尾部が間違ったラインに入ります。切り替えが遅すぎると、次のスラグの先端が閉じた出口に衝突し、圧力スパイクが発生してパイプラインが破裂する可能性があります。ロータリーバルブには切り替え要件はありませんが、その信頼性も同様に重要です。搬送サイクル中にローターが焼き付くと、パイプラインの圧力が急速に上昇し、システムアラームが作動し、ブロワーやコンプレッサーが損傷する可能性があります。どちらのデバイスもほぼ 100% の信頼性を達成する必要があります。ダイバータバルブには、位置フィードバックによる正確なアクチュエータ制御が必要です。ロータリーバルブには、過負荷保護機能を備えた堅牢な駆動システムが必要です。
メンテナンスアクセスとダウンタイムの影響
濃厚相サービス中にロータリーバルブが故障すると、搬送システム全体が停止します。ローターの交換やハウジングの修理にはラインからバルブを取り外す必要があり、サイズや場所によっては 8 ～ 24 時間かかる場合があります。ダイバータバルブは通常、比較的迅速に取り外せるようにフランジ接続で取り付けられますが、内部プラグは重いため、吊り上げ装置が必要です。搬送速度は通常 1 時間あたり 20 ～ 50 トンであるため、濃厚相システムのダウンタイムのコストは高くなります。 1 日のダウンタイムで数万ドルの生産損失が発生する可能性があります。したがって、信頼性と摩耗寿命が実証されたコンポーネントを指定することが重要です。
材料の適合性と汚染
濃厚相搬送は、食品原料、医薬品、特殊化学品などの高価値粉末によく使用されます。このような用途では、バルブの材質が製品を汚染してはなりません。ステンレス鋼ハウジングとセラミックチップローターを備えたロータリーバルブは、金属の脱落を防ぎます。研磨された内部通路と隙間のない設計を備えたダイバーター バルブは、バッチ間の製品の蓄積や相互汚染を防ぎます。研磨鉱物の場合、純度よりも摩耗寿命が優先されます。各デバイスの材料の選択は、特定の製品要件に一致する必要があります。
濃相搬送用のコンポーネントの選択方法
濃厚相システム用のロータリー バルブとダイバーター バルブの選択は、システム圧力、材料特性、およびデューティ サイクルに基づいた厳密なエンジニアリング方法論に従います。
ステップ 1 最大システム圧力を決定する
ブースト段階中の搬送ライン内のピーク圧力を測定または計算します。これは通常、定常状態の搬送圧力より 20 ～ 30% 高くなります。ロータリーバルブとダイバーターバルブの両方の設計圧力がシステムのピーク圧力の 1.5 倍以上であることを指定します。最大 8 bar のシステムの場合は、最小 12 bar 定格のコンポーネントを指定します。
ステップ 2 ロータリーバルブのローター設計を選択します
高密度相サービスでは、クローズドエンドローターが必須です。閉じたディスクは、高圧空気がローターを迂回してホッパーに戻るのを防ぎます。動作速度での振動を最小限に抑えるために、ローターは ISO 1940 G2.5 に合わせて動的バランスを取る必要があります。チップクリアランスは、研磨性粉末の場合は 0.15 ～ 0.20 ミリメートル、非研磨性の微粉末の場合は 0.08 ～ 0.12 ミリメートルに設定する必要があります。調整可能なチップローターにより、ローターを取り外さずにクリアランスを修復できます。
ステップ 3 耐摩耗性材料を指定する
ロータリーバルブの場合は、コバルトまたはニッケルバインダーを備えたタングステンカーバイドローターチップを指定してください。ハウジングの穴には、耐摩耗性鋼またはセラミックの交換可能な硬化スリーブを取り付ける必要があります。切替弁は内部通路が硬質クロムメッキまたはアルミナセラミックタイルライニングのプラグをご指定ください。バルブ本体は、圧力と衝撃に耐えられるよう、最低肉厚が 25 ミリメートルの鋳鋼である必要があります。
ステップ 4 ダイバータバルブアクチュエータを選択します
高密度位相ダイバータには、位置フィードバックとクラッチ解除可能な手動オーバーライドを備えた堅牢なロータリー アクチュエータが必要です。アクチュエータは、圧力負荷および金属間シールの摩擦に抗してプラグを回転させるのに十分なトルクを提供する必要があります。計算された動作トルクに対して少なくとも 50% のトルクマージンを持つアクチュエータを指定してください。危険区域の場合、アクチュエータは適切なゾーンに対して ATEX 認定を受ける必要があります。
ステップ 5 制御とインターロックを統合する
ダイバータバルブは、搬送シーケンスを制御するプログラマブルロジックコントローラと連動する必要があります。ブロワーが各サイクルを開始する前に、バルブの位置を確認する必要があります。指定された時間内にバルブが指令された位置に到達しない場合、システムはサイクルとアラームを中止する必要があります。ロータリーバルブには速度センサーとオーバーロードリレーが装備されている必要があります。速度の低下や過剰な電流が発生した場合は、パイプラインの閉塞を防ぐためにシステムを即時にシャットダウンする必要があります。
応用例
トルコのセメント工場では、6 bar のピーク圧力で濃密相搬送システムを運転し、飛灰を集塵機のホッパーから 400 メートル離れた中央サイロに輸送しました。オリジナルのロータリーバルブは、鋳鉄ハウジングと硬質クロムメッキチップを備えていました。 6 か月後、チップが磨耗し、ハウジングの内部浸食によるピンホール漏れが発生しました。サイロ入口のダイバータバルブは衝撃ゾーンで深刻な摩耗を受け、間違ったサイロへの漏れを引き起こしました。 Doebritz はロータリー バルブを、鋳鋼ハウジング、タングステンカーバイド チップ、セラミック ライニング ボアを備えた頑丈なユニットに置き換えました。ダイバータバルブは、アルミナタイルライニングと硬化プラグ通路を備えた回転プラグ設計にアップグレードされました。 18 か月の運転後、ロータリー バルブの先端の磨耗は 0.5 ミリメートル未満で、ダイバーター バルブには測定可能な浸食は見られませんでした。このプラントにより、予定外のダウンタイムがなくなり、メンテナンス コストが 72% 削減されました。
よくある質問
標準のロータリーバルブを濃密相の輸送に使用できますか
いいえ。標準のロータリー バルブは通常、1 bar の差圧に耐えます。濃相システムは 2 ～ 10 bar で動作します。厚肉ハウジングとタングステンカーバイドチップを備えた頑丈な高圧ロータリーバルブが必要です。
濃厚相でのダイバーターバルブの摩耗とロータリーバルブの摩耗を比較する方法
ロータリーバルブは、先端とボアで継続的に摩耗します。ダイバーターバルブは、プラグ通路内の衝撃ゾーンで局所的に摩耗します。どちらも耐摩耗性の材料が必要ですが、摩耗パターンや検査ポイントが異なります。
密相ダイバータバルブに最適なアクチュエータのタイプはどれですか
位置フィードバックを備えたラックアンドピニオン空気圧アクチュエータが最も一般的な選択肢です。より大きなバルブまたはより高い圧力の場合、スコッチヨークアクチュエータはストロークの終わりに高いトルクを提供します。プラントの空気が利用できない場合は、電動アクチュエータが使用されます。
ダイバータバルブは高密度フェーズサービスで複数の目的地に対応できますか
はい。濃密相サービスには、3 つまたは 4 つの出口を備えたマルチポート切換弁が利用可能です。ただし、ポートを追加するたびに複雑さが増し、摩耗面が増加します。目的地が 3 つ以上の場合は、直列に配置された複数の双方向ダイバータの方が信頼性が高いことがよくあります。
Doebritz は濃密相輸送用のダイバーター バルブを製造していますか?
はい。 Doebritz は、粉末ロータリー エアロック フィーダーと、濃密相空気輸送用の高圧ダイバーター バルブの両方を製造しています。当社のダイバータは、セラミックライニング、硬質クロムメッキ、および爆発性粉塵雰囲気用の ATEX 認定を備えた製品をご用意しています。
結論
濃厚相の空気輸送では、ロータリー バルブとダイバーター バルブは補完的ではありますが、同様に重要な役割を果たします。ロータリーバルブは、材料をラインに供給する際の継続的な高圧と摩耗に耐える必要があります。ダイバータバルブは、漏れや浸食がなく、圧力下で確実に切り替わらなければなりません。どちらのデバイスも、頑丈な構造、耐摩耗性の素材、正確な制御の統合が必要です。いずれかのコンポーネントを手抜きすると、致命的な障害が発生し、コストのかかるダウンタイムが発生します。適切に設計された高圧ロータリー バルブとダイバーター バルブを指定することにより、プラントは最小限のメンテナンスと最大限のシステム可用性で信頼性の高い高密度相の搬送を実現します。
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