低放出バルブで逃散性排出コストを削減

低放出バルブ（Low-Eバルブ）で逃散性排出コストを最小化

ショーン・ハンシッカー、マーケットマネージャー

逃散性排出は化学プロセスと精製施設で新たな議論テーマですが、重要なものです。逃散性排出は放置すれば企業収益性に悪影響を及ぼし、現行排出規制への準拠にはサプライチェーン変更とアップグレードプロジェクトが必要となる場合があります。環境保護庁（EPA）やオーナー企業が逃散性排出削減で合意する中、この分野の知識強化にこれ以上良いタイミングはありません。

逃散性排出の概念が新しい方も、強い理解があるが関連コスト最小化のポイントを知りたい方も、この記事では知っておくべき基礎をカバーします。

逃散性排出とは？

逃散性排出は、プロセス機器からの望ましくないリークにより主に発生する、ガスの制御されない排出です。ベンゼン、メタン、エタノールなどの揮発性有機化合物（VOC）が主な懸念ガスです。VOCは大気質を脅かし、オゾン生成に寄与します。結果として、政府機関が逃散性排出上限を設定し、これら規制違反は多額の罰金につながります。

バルブ、ポンプ、フランジ接続の動的・静的シールが逃散性排出の主要源で、バルブが典型的施設での総非制御VOC排出の推定62%を占めています。試験により逃散性排出を最小化することが示された低放出（Low-E）バルブの設置は、業界全体で採用される一般的解決策です。施設でのLow-Eバルブ購入は、米国ではEPAとプロセスプラント間の法的合意である同意命令の要件となることがあり、しばしば民事訴訟の結果として生じます。

EPA同意命令

EPAは、クリーンウォーター法やクリーンエア法など、現行環境要件、法律、規制への企業準拠支援を担っています。自主的準拠が好ましいですが、必要な場合は法的措置で準拠を強制します。EPAには複数の執行措置がありますが、化学プラントと精製所では、しばしば同意命令の形を取ります。

典型的な同意命令には、資産オーナーが指定期間内に実施すべき具体的アクションが記載され、環境準拠達成を目指します。同意命令違反は、高額罰金を含む民事罰をもたらす可能性があります。罰金の累積は同意命令違反を示し、更なる法的帰結を招きます。逃散性排出削減には多くの方法がありますが、一部同意命令には、プラントが強化漏洩検知修復プログラム（LDAR）を導入し、Low-Eバルブのみ調達することを要求する条項が含まれます。

強化LDARとLow-Eバルブ

強化LDARプログラムは、EPAの定期的漏洩検知と監督手法を模倣することを目指します。バルブについては、EPA監査は書類監査と現場排出試験の両方で構成されます。強化LDARプログラムを実施するプラントは、主に以下の方法で逃散性排出低減を図ります：

• EPAメソッド21を用いたバルブ等接続部の現場試験によるリーク特定の包括的計画策定
• 定義された時間枠内でのリーク特定、文書化、修復
• バルブ、接続部、ポンプの許容リーク限度引き下げ

追加要件として、将来のメンテナンス・修理・運用（MRO）および新規プロジェクトで調達されるすべてのバルブがLow-Eバルブでなければなりません。多くのEPA同意命令では、何がLow-Eバルブを構成するかの判定方法をプラントの判断に委ねています。通常、バルブをLow-Eバルブとして分類するいくつかの方法があります。プラントが、バルブメーカーによる以下いずれかの提供を受け入れるか決定します：

• バルブが5年間、100 parts per million（ppm）超でリークしない旨の文書保証
• 一般に認められた優良エンジニアリングプラクティスに従って試験され、100 ppm以下でリークしていることが判明した旨の文書保証、認証、または同等文書

バルブユーザーがこの2オプションの違いを理解するのは難しいため、以下に各Low-Eバルブ検証形態の利点と欠点を概説します。

メーカーによる文書保証

メーカーに、バルブが5年間100 ppm超でリークしない旨の文書保証を提供させるのは、一見シンプルな解決策です。しかし、プラントオペレーターはバルブがリークした場合の帰結を考慮すべきです。どの補償が得られるか？ 保証は漏洩バルブ交換のみに限定されるか？ バルブ交換関連コストは回収可能か？

プラントの同意命令準拠不能には多くの場合、財務ペナルティが伴います。罰金は日額1万ドル/件に達することがあります。漏洩バルブがEPA罰金を引き起こしたら？ プラントはバルブメーカーからこれらコストを回収できるか？

メーカー保証のみに依存すると、メーカーが意図的か否かにかかわらず、100 ppm超でリークするバルブを提供し続ける可能性に対し、プラントが無防備になります。多くのプラント運用者にとって、バルブが要求リークレートを満たすか判定する試験方法が利用可能な中、メーカー保証のみに依存することには不確実性が多すぎます。

低放出試験

EPA同意命令の文言では、バルブメーカーが「一般に認められた優良エンジニアリングプラクティスに従って試験され、100 ppm以下でリークしていることが判明した」旨の保証提供を認めています。これにより、プラントと環境エンジニアは「一般に認められた優良エンジニアリングプラクティス」の構成要件、メーカーが誠実に試験を実施したか、試験がプロセス条件を再現しているかを判断する必要があります。メーカーが開発・実施した試験は、Low-Eバルブかどうか判断しようとするプロフェッショナルに不確実性を生み、リスクを残す可能性があります。

幸い、アメリカ石油協会（API）と国際標準化機構（ISO）から、バルブを「低放出」と分類すべきか判定する業界試験が利用可能です。

• API 624、『グラファイトパッキン装備ライジングステムバルブの逃散性排出タイプ試験』は、メタンを試験媒体としてライジングステムバルブの試験をカバー。バルブは310サイクルと3熱サイクル（常温、高温、再び常温で試験）を、100 ppm未満のメタンリークレートで実施必須。
• API 641、『逃散性排出のための四分の一回転バルブ試験』は、メタンを試験媒体とするボールバルブ試験を規定。各バルブは610サイクルと3熱サイクルを、100 ppm未満のメタンリークレートで実施必須。
• ISO 15848-1、『産業用バルブ — 逃散性排出のための測定、試験、資格手順』は、様々なポイントでのリーク試験を含むバルブの機械的・熱サイクル試験手順と要件を規定。メタンまたはヘリウムを試験媒体として使用。

API試験はシンプルな合否結果を提供します。バルブはLow-Eバルブとして認定されるか、されないかです。ただし、バルブ購入者は、ISO試験手法では試験中の性能に関連した様々な「クラス」レーティングが許容されることに注意すべきです。ISOクラスでは、バルブが「Low-E」と見なされラベル付けされても、EPA要求の「100 ppm以下」リークレート要件を満たさない場合があります。例えば、タイトネス クラス CMは、100 ppm超500 ppm未満のメタンリークする「低放出」バルブを記述します。

さらに、ISOでは「試験流体がヘリウムの場合（クラス AH, BH, CH）とメタンの場合（クラス AM, BM, CM）で、タイトネス クラス間に意図された相関関係はない。これは、異なる流体で収集される試験データが異なるため部分的に起因する。バルブがメタンではなくヘリウムで試験された場合、結果はステム径に比例したリークレートとして報告される。この流量は大気立方センチメートル/秒（atm-cm3/s）で示され、これは百万分率（ppm）の測定濃度よりリークレートとしてより正確に定義されるが、atm-cm3/s を観測ppm濃度に変換する方法は存在しない。これにより、ヘリウム試験時にEPA文言の『100 ppm以下』への準拠判断が困難になる。」

理想的には、これら試験はバルブメーカーではなく、サードパーティ試験機関で実施すべきです。バルブメーカーが独立したサードパーティに試験を依頼すれば、中立機関によるバルブの試験標準要件適合確認が示されます。バルブ認証は、サードパーティ試験機関のシール、試験場所、結果を含め、バルブメーカーから文書として提供されるべきです。

排出要件に先んじる

新規システム設計であれ、既存LDARプログラム改善であれ、逃散性排出対策にはLow-E認証バルブを選定してください。環境執行措置の前にプロアクティブに認定低放出バルブを指定することで、コストのかかる事後改修を防ぎ、現行環境ベストプラクティスへの準拠を維持できます。VOC用途でどのバルブを発注すべきかについて明確な指示と手順を持つことは、環境と運用の完全性の両方を保護します。

既存逃散性排出問題への対処、または将来のリーク予防をお考えなら、精製所でのリーク削減の重要性に関するブログ記事もご参照ください。お客様の運用に適したLow-Eソリューション判定の支援として、スウェージロックの評価・アドバイザリーサービスを通じた経験豊富な流体システム プロフェッショナルとの協業もご検討ください。

最後に、スウェージロックは、適用可能なAPI低放出試験に設計変更なしで合格し、試験中一度もメタンで100 ppm超リークしなかった、幅広いLow-E認証 プロセス、計装、ボール、ニードル、ライジングプラグ、ブリードバルブを提供しています。これら製品を流体システムに統合予定なら、認定販売・サービスセンターへお問い合わせいただき、適用可能なLow-E証明書やその他必要なサポートを入手してください。