コントロールバルブのフラッシングとキャビテーション：その違いは何ですか？

フラッシングとキャビテーションは、コントロールバルブの圧力低下に関連する2つの一般的な流体現象です。どちらも、液体がバルブを通過し、その局所圧力が液体の蒸気圧以下に低下した場合に発生する可能性があります。

どちらの条件も蒸気泡を伴うため、互いに混同されることがあります。

主な違いは、バルブを出た後の泡の挙動です。

フラッシングは、液体がコントロールバルブを通過する際に気化し、下流で部分的に気化したままの状態になる現象です。「キャビテーション」では、圧力が蒸気圧を上回って回復し、蒸気泡が崩壊します。1. フラッシングとは？

フラッシングは、液体がコントロールバルブを通過する際に気化し、下流で部分的に気化したままの状態になる現象です。このプロセスは、局所圧力が液体の蒸気圧以下に低下したときに始まります。下流の圧力が蒸気圧を下回ったままの場合、蒸気泡は崩壊しません。

代わりに、液体と蒸気の混合物は下流に流れ続けます。

コントロールバルブの適用において、一般的にフラッシングが発生していると見なされるのは次の条件です。

P₂ < Pᵥ

ここで：

P₂ = 下流圧力

Pᵥ = 液体の蒸気圧

フラッシングは、高速度の液体と蒸気の混合物がバルブや配管の表面に継続的に衝突するため、重大な浸食を引き起こす可能性があります。2. キャビテーションとは？

キャビテーションは同様の方法で始まります。

• 液体がコントロールバルブ内の絞りを通過する際、速度が増加し、局所圧力が低下します。絞り部（vena contracta）の圧力が液体の蒸気圧に達すると、蒸気泡が形成される可能性があります。
• 違いは下流で現れます。液体の圧力が蒸気圧を上回って回復すると、泡は崩壊します。

この崩壊はエネルギーを放出し、以下を引き起こす可能性があります。

騒音

振動

ピッティング（点状の腐食）

トリムの損傷

バルブ性能の低下

キャビテーションによる損傷は、しばしば粗く、ピット状または不規則な表面によって特徴付けられます。

3. フラッシング vs キャビテーション

• 耐浸食設計/材料
• 4. なぜフラッシングは浸食を引き起こすのか？
• キャビテーション
• 流体
• 液体

液体

蒸気泡の形成

5. なぜキャビテーションはピッティングを引き起こすのか？キャビテーションが発生するサービスでは、局所圧力が十分に低下すると蒸気泡が形成されます。

崩壊が金属表面の近くで発生した場合、泡の崩壊中に放出されるエネルギーが局所的な損傷を引き起こす可能性があります。

繰り返し崩壊すると、バルブのトリムに粗くピット状の表面が形成されることがあります。

重度の場合は、損傷が下流の配管にまで及ぶことがあります。

6. フラッシングまたはキャビテーションをどのように特定するか？

いくつかの実用的な兆候が問題の特定に役立ちます。

キャビテーションの可能性のある兆候大きな騒音強い振動

ピット状になったバルブトリム

繰り返しのトリム故障

不安定な制御

圧力回復領域の近くの損傷

フラッシングの可能性のある兆候

継続的な浸食

滑らかまたは研磨された損傷表面

下流の二相流

高い下流速度

• バルブ出口および下流配管の浸食
• ただし、目視検査だけでは正確な流れの状態を判断するには不十分です。
• プロセス圧力、温度、流量、液体の蒸気圧を検討する必要があります。
• 7. キャビテーションをどのように制御するか？
• キャビテーションは圧力回復と泡の崩壊に関連しているため、目的は、損傷を引き起こす泡の崩壊を許容する条件を低減または制御することです。
• 可能なアプローチには以下が含まれます。

段階的な圧力低減

• 特殊なトリムは、圧力低下を複数の段階に分割できます。
• アンチキャビテーション（キャビテーション防止）トリム
• ケージや流路は、速度と圧力回復を制御するように設計できます。
• 適切なバルブサイジング
• 正しいサイジングは、不必要に高い速度と過度の圧力低下を回避するのに役立ちます。

適切なバルブ選定

バルブ本体とトリムの形状は、圧力回復とキャビテーションのリスクに大きな影響を与える可能性があります。

例えば、Fisher Cavitrol IIIトリムは、キャビテーションが発生する用途で段階的な圧力低下を実現するように設計されています。

8. フラッシングによる損傷をどのように軽減するか？

フラッシングは、プロセス条件によって決まるため、コントロールバルブを変更するだけで単純に排除することはできません。

下流の圧力が液体の蒸気圧を下回ったままの場合、フラッシングが発生する可能性があります。

したがって、目的は「結果として生じる浸食を管理する」ことです。

一般的なアプローチには以下が含まれます。

耐浸食性材料の選定

局所的な流体速度の低減

適切なバルブ形状の使用

脆弱なバルブ表面の保護

下流の流路面積の増加

適切なヘビーデューティーバルブ設計の選定

Emersonは、フラッシングはシステム条件であると指摘し、フラッシング自体を防ぐのではなく、浸食を最小限に抑えるようにバルブの形状と材料を選択することを推奨しています。

9. フラッシングとキャビテーションに同じバルブを使用できますか？

必ずしもそうではありません。

これら2つの条件は異なる損傷メカニズムを引き起こすため、バルブは実際のプロセス条件に応じて選択する必要があります。キャビテーションの場合、設計目標は一般的に圧力低下を制御し、損傷を引き起こす泡の崩壊を防ぐか低減することです。

ヘビーデューティーコントロールバルブは、キャビテーション、フラッシング、浸食、高圧低下、高速度の特定の組み合わせに対応するように設計できます。

• 10. どのようなプロセスデータが必要ですか？
• フラッシングまたはキャビテーションを評価する際は、以下を提供してください。
• 流体名
• 流量
• 上流圧力
• 下流圧力

運転温度

蒸気圧

流体密度

配管サイズ

バルブサイズ

バルブタイプ

必要な圧力低下

既存のバルブの場合は、可能であればバルブモデルとトリム情報も提供してください。

これにより、バルブサプライヤーは、騒音や目に見える損傷のみに基づいて問題を診断するのではなく、実際の圧力条件を評価できます。

• 結論
• フラッシングとキャビテーションは、同様の条件から始まります。「液体の圧力が十分に低下し、蒸気泡が形成される」ことです。
• 主な違いは、その後の出来事です。
• フラッシング：
• 蒸気が形成される → 下流圧力が蒸気圧を下回ったまま → 蒸気が流れに残る
• キャビテーション：
• 蒸気が形成される → 下流圧力が回復する → 蒸気泡が崩壊する
• この違いは、異なる損傷メカニズムにつながります。
• フラッシングは主に高速度の液体と蒸気の流体による浸食に関連していますが、キャビテーションは崩壊する蒸気泡による深刻なピッティング、騒音、振動を引き起こす可能性があります。
• 適切なバルブサイジング、正確なプロセスデータ、および適切なバルブまたはトリムの選択は、どちらの条件にとっても重要です。
• ヘビーデューティー用途の場合、Fisher、Flowserve、Masoneilan、Samson、Kosoなどのメーカーのコントロールバルブおよび特殊バルブソリューションを提供できます。

バルブの浸食、騒音、または振動が発生している場合は、プロセス条件と既存のバルブモデルを提供して技術的なレビューを受けてください。