プロセス計装ラインのベストプラクティス：精度と安全性の向上

プロセス測定 - インパルスラインのベストプラクティス

Chuck Erml、製品マネージャー

プロセス内の圧力、流量、レベルを測定する際、安全性と精度は常に焦点となります。タップからトランスミッターまで、プロセス測定の精度は、プロセス計装測定ループ内の各コンポーネントの適切な機能に依存します。エンジニアと技術者はしばしばトランスミッターに注力しがちですが、それはインパルスラインから提供される入力の精度に過ぎません。

プロセス計装ラインがうまく機能していないかどうかを知るのはしばしば困難です。注意がトランスミッターのみに向けられている場合、インパルスラインが性能不良の原因であれば、成功の可能性は損なわれます。

プロセスインパルスライン内の起こり得る問題、全体的な設計とレイアウトに関連するものを含め、それらについて常に知識を持つことは、最終測定の精度にとって必要です。このブログ記事では、エンジニアと技術者の双方に、プロセスインパルスラインの成功を管理するための実証済みベストプラクティスを提供します。

プロセス測定インパルスラインの標準図

材料選定

プロセス計装ラインの基本構成ブロックであるプロセスインターフェースバルブ（PIV）、インパルスライン、マニホールドそれぞれにおいて、精度に影響を与える重要な材料選択があります。

プロセス媒体、環境条件、システム圧力/温度が合金選定を決定することが多いです。ステンレス鋼またはより高級な合金が、耐食性があるためほとんどのアプリケーションで強く推奨されます。しかし、多くの産業プラントでは、プロセスインターフェースバルブ、配管、さらには一部のマニホールドに炭素鋼を使用し続けています。特定の低湿度アプリケーションでは炭素鋼も許容されますが、ほとんどの他のアプリケーションではリスクとなります。炭素鋼に一般的に蓄積するスケールが剥離し、下流に流れ、バルブシートに詰まって確実な遮断を妨げる可能性があります。その結果、トランスミッターの不正確な校正や不正確な読み取りにつながります。計装ループで炭素鋼コンポーネントを採用する場合、スケールがシステム内のバルブ操作に影響していないかを非常に注意深く監視する必要があります。Swagelokの材料科学トレーニングで、特定のアプリケーションに適した耐食性材料の選び方を学べます。

標準化によるメンテナンスの簡素化

設計の標準化が目標であれば、実装可能な確立されたベストプラクティス構成があります。エンジニアは時間をかけて多数の設計バリエーションを開発してきましたが、それらの多くは信頼性と精度の観点からは理想的ではありません。各システムにはメンテナンスの面から異なるニーズがあり、これがメンテナンスチームの複雑さを増しています。

理想的には、すべてのプロセス測定システムは、ダウンタイム、メンテナンス、精度に関する予算と許容範囲の設定を含む、一貫した基準セットを使用して設計されるべきです。最適な結果には、高度な標準化が含まれることがよくあります。例えば、標準化前には精製プラントでプロセス計装ラインの構成が30種類あったかもしれません。標準化後、同じプラントでは6種類のみとなり、それぞれ同じ基本コンポーネント（トランスミッターマウント、マニホールドシステム、遮断弁）を含みます。主なバリエーションはチューブランと遮断弁のタイプ（DBB、ゲージルートなど）であり、これらは媒体、温度、圧力、トランスミッターまたはゲージの位置に依存します。

標準化により、メンテナンス、設置、トレーニング、診断など多くのことがシンプルになります。信頼性も向上します。さらに、施設はより少ない交換部品を在庫でき、間接コストを削減できます。

プロセスインターフェースバルブ（PIV）

プロセスインターフェースバルブは、プロセスラインから最初に設置されるバルブです。歴史的に、PIVの選択はシングルゲートバルブまたはボールバルブでした。両方とも今日でも使用され続けており、特に米国ではそうですが、ベストプラクティスはダブルブロックアンドブリード（DBB）バルブです。これは、2つの遮断弁とその間に1つのブリードバルブで構成されます。

DBBバルブを採用する主な理由は安全性です。メンテナンスのためにプロセス計装ラインをシャットダウンする必要がある場合、両方のブロックバルブを閉じ、ブリードバルブを開きます。何らかの理由で最初のブロックバルブが漏れた場合、2番目のブロックバルブがプロセス計装ラインへの圧力または流体蓄積を防ぎます。

ダブルブロックアンドブリード構成は、3つの別々のバルブから製作・組み立てることも、単一の自己完結型ユニットとして購入することもできます。これによりサイズと重量を削減できます。革新的な自己完結型DBB設計はすべての流体に適していますが、ボールバルブを使用する場合、特に高粘度流体に適しています。

インパルスライン

インパルスラインは、PIVバルブをマニホールドとトランスミッターに接続します。その目的は、他のすべてのプロセス計装コンポーネントと同様、正確なプロセス状態をトランスミッターに伝えることです。インパルスラインを配管する際、3つの主要な目的が関わってきます：

• 腐食、スケーリング、詰まりの防止
• 漏れポイントの削減
• 一定範囲内の温度維持または凍結防止

最初の2つの目的は、炭素鋼管とテーパーねじ接続ではなく、ステンレス鋼などの適切な合金で作られたチューブとチューブ継手を使用することで最もよく達成されます。ステンレス鋼チューブは曲げ成形できるため、機械的接続の数を減らせます。接続が必要な場合、二重フェルール機械グリップタイプのチューブ継手は、熱サイクルや振動でバックオフする従来のテーパー管ねじ継手とは異なり、バックオフしません。

3つ目の目的（一定範囲内の温度維持）は、インパルスラインを加熱することで達成します。フィールドトレーシングで手動でインパルスラインを断熱するか、すでに断熱されポリマージャケットで覆われたチューブを購入できます。事前断熱バンドルチューブは、コイル状で設置準備完了状態で納入されます。事前断熱チューブバンドルを使用する際、スプライスやカット時に断熱材をシールするためのメーカーの指示に従うことが重要です。

マニホールド

マニホールドは、通常ステンレス鋼の単一ブロックから削り出されたバルブボディのセットで構成されます。マニホールドはトランスミッターに取り付けられ、トランスミッターの校正やサービスのための隔離を可能にする重要な機能を果たします。

品質と信頼性はマニホールドにおいて特に重要です。校正時や通常運転中、マニホールド内の少なくとも1つのバルブは遮断位置にあります。遮断が不完全であれば、トランスミッターからの不正確な読み取りにつながる可能性があります。

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クロースカップルマニホールド - 選択肢の一つ

プロセス計装ラインを詳細に見てきたので、設計をさらにシンプルにする選択肢を見てみましょう。アプリケーションが許せば、エレガントにシンプルな解決策です。

インパルスラインは、詰まり、漏れポイント、温度制御、腐食などの課題があり、設置と維持にコストがかかります。選択肢である「クロースカップル」は、インパルスラインを排除します。プロセスインターフェースバルブとマニホールドが1つのユニットになり、トランスミッターが直接それに取り付けられます。したがって、アセンブリ全体がプロセスラインに取り付けられます。多くのエンジニアがこの解決策を好みますが、クロースカップル設置には制限があります。

1つの制限は温度です。インパルスラインを持つ従来のセットアップの理由は、トランスミッターをプロセスラインの高温から保護することです。プロセスラインが熱すぎる場合、クロースカップル設置では数インチ離れた場所にあるトランスミッターが動作できない可能性があります。

2つ目の制限はアクセスです。校正のためにトランスミッターにアクセスする必要がある場合、アクセス可能でなければなりません。したがって、地上50フィートのプロセス位置にクロースカップルを取り付けることは現実的ではありません。

最後の障壁は初期コストです。クロースカップルには先行投資が必要ですが、長期的には全体的なコストが安くなる可能性があります。このショートカットを採用する機会があれば、使用することを推奨します。

結論

正確な測定を重視し、プレミアムトランスミッターに投資するなら、プロセス計装ラインにも同じレベルの注意が必要です。プロセス測定精度は、トランスミッターと同様に、プロセス測定ラインコンポーネントの品質（設置とメンテナンス方法を含む）に依存します。施設をコアな計装接続とプロセスインパルスラインの詳細、信頼性の高いシステムコンポーネントで標準化することで、測定の信頼性と精度が向上します。より正確な測定は、時間、効率、プラント収益性の面で歓迎すべき成果をもたらします。