石油・ガス分野における安全な減圧のためのコンパクトなダブルブロック＆ブリードバルブ
積層造形技術により、後付け設置が可能なDB&Bソリューションが実現しました。これにより、部品の体積を70%以上削減しつつ、35 mmのスペースにすべての機能を統合することが可能となり、現在、Vår Energi社の洋上資産の1つに導入されています。
石油・ガス業界において、バルブキャビティの安全かつ制御された減圧を確保することは、依然として重要な運用上の課題となっています。設置済みのシステム、特にガス用途においては、既存のインフラを高コストで交換することなく、スペース、重量、安全性の面で厳しい制約を満たす改修ソリューションが求められています。
イタリアの特注バルブメーカーであるValland S.p.A.は、この課題に対処するため、「PVTバルブ」を開発しました。これは、既存のメインバルブへの後付け設置を目的として設計された、コンパクトな積層造形によるダブルブロック＆ブリード（DB&B）用付属バルブです。
ヴァランドの積層造形部門「Valland3D」が製造したこの部品は、EOS M 290 システムを用いた金属積層造形技術を活用しており、従来の製造方法では実現できなかったレベルの機能統合とコンパクトさを実現しています。
課題
二重膨張式ゲートバルブにおいて、バルブ内部を安全に減圧することは、操作面および安全面の両方で課題となっていました。
既存の設備にはDB&B構成が欠けていたため、減圧作業に時間がかかり、監視も困難であったほか、炭化水素への曝露によるHSE上のリスクも生じていた。
ガス用途では、さらに別の問題が生じました。標準的なドレンポートからの減圧によりハイドレートが生成され、プロセスが完全に停止してしまう恐れがあったのです。
機械的な観点から見ても、制約は同様に厳しいものでした：
- 標準的なDB&Bユニットは、既存の½インチNPTねじ接続には重すぎたため、
- 糸の損傷や破損のリスクを高める、
- その結果、これらをレトロフィット導入には不向きなものにしてしまう。
重要な点として、従来の製造方法（機械加工、鋳造、鍛造など）では、要求される設置スペースの範囲内で、DB&Bの全機能、コンパクトな寸法、および軽量性を兼ね備えた設計を実現することができなかった。
その結果、運用担当者には、多くの場合、メインバルブ全体を交換するという選択肢しか残されておらず、これには多額の費用と長時間の稼働停止が伴いました。
ソリューション
こうした制約を克服するため、ヴァランド社は、積層造形専用にゼロから設計された「PVTバルブ」という、積層造形（AM）に特化したソリューションを開発しました。
Valland3D社は、EOS M 290 およびスーパーデュプレックスF55材を用いた金属レーザー焼結技術を活用し、極めて限られた設計スペースの中でDB&Bの全機能を実現できるコンパクトな付属バルブを開発しました。この設計では、第1の圧力バリア、ドレンチャネル、第2のバリア、および吐出口をすべて、全長わずか35 mmの範囲内に統合しています。
積層造形による設計の主な利点は、質量分布が最適化され、重心がメインバルブ本体の近くへ移動することです。これにより、ねじ接続部にかかる機械的応力が軽減され、故障のリスクが最小限に抑えられます。
印刷および熱処理のパラメータを含む製造プロセスは、Valland3D社によって社内で開発され、DNV-ST-B203に準拠して認定されたものであり、この部品が過酷な使用条件に対する厳格な業界要件を満たしていることが保証されています。この部品は、DNVの枠組みに基づきAMCレベル2の認定を受けており、製造プロセスと品質保証アプローチの両方が、安全性および性能が極めて重要な用途に関連する要件を満たしていることが実証されています。
こうした背景から、PVTバルブの機能設計が極めて重要な役割を果たしています。この部品はダブルブロック＆ブリード方式を採用しており、既存のシステムとの互換性を維持しつつ、安全な遮断と制御された減圧を可能にしています。
「積層造形技術により、切削加工で実現可能な最小設計と比較して、部品の体積を70%以上削減することができました。わずか35 mmの長さの中に、第1バリア、ドレイン、第2バリア、出口という4つの独立した内部流路を統合しました。これは、従来のどの製造プロセスでも実現不可能なことです。」
ジャンルーカ・アックイスタパチェ（Valland3D、AMマネージャー）
結果
PVTバルブの真価は、実際の稼働条件下での性能において最も顕著に表れます。極めてコンパクトな筐体内で完全なダブルブロック＆ブリード（DB&B）機能を実現することで、このソリューションは、従来の手法では解決できなかった長年の現場課題に対処しています。
運用および安全性の観点から、そのメリットは極めて大きい。PVTバルブにより、安全かつ監視下でのキャビティの減圧が可能となり、作業員が炭化水素にさらされるリスクを大幅に低減できる。同時に、減圧中に発生し、プロセスの中断や遅延を招く可能性のあるハイドレートの生成といった問題も解消される。その結果、作業員からは各作業に必要な時間が大幅に短縮されたとの報告があり、より効率的で予測可能な現場作業につながっている。
こうした運用上の改善に加え、本ソリューションは産業用としての完全な実用性を備えています。 製造プロセスはDNV-ST-B203に準拠して認定されており、すでに100台以上が生産、試験を経て現場に導入されています。耐圧試験、漏洩排出試験、耐火試験を含む広範な検証により、このコンポーネントが過酷な石油・ガス用途に適していることが確認されています。Vår Energi社のオフショア資産の一つでの現場導入は、実稼働条件下における本ソリューションの性能をさらに裏付けています。
このソリューションの経済的な意義は、主にその後付け設置の容易さにあります。PVTバルブは、すでに稼働中のバルブへの取り付けが可能であるため、メインバルブ全体を高コストをかけて交換する必要がなくなります。これにより、設備投資を削減できるだけでなく、ダウンタイムや操業への支障も最小限に抑えることができます。
「PVTバルブはダブルブロック＆ブリード構成を採用しており、ニードルバルブによって一次および二次バリアが形成され、その間にブリードプラグが配置されています。取り付け対象のバルブと同じ入口インターフェースで設計できるため、稼働中の機器への後付け設置が可能です。」 ヴァランド社 エンジニアリングマネージャー、ダニエレ・ブランビラ
結論
Valland社は、PVTバルブを通じて、アディティブ・マニュファクチャリングが、単なる段階的な改良にとどまらず、これまで実現不可能だった製品を生み出すことを実証しています。
Valland3Dは、設計の自由度、材料の性能、および製造プロセスの認定を組み合わせることで、石油・ガス業界における実際のHSE（健康・安全・環境）および運用上の課題に直接対応する、コンパクトで既存設備への後付け設置が可能なDB&Bバルブを開発しました。
このプロジェクトは、従来の製造手法では限界に達してしまうような、制約の厳しい用途において、金属のAMがイノベーションの原動力としての役割を果たすことを浮き彫りにしている。
