安全弁の選定と
排出量計算
ガイド

安全弁（PRV）はプロセスシステムと圧力容器の最終保護装置です。他の全ての保護層（オペレーターの対応、制御システム、緊急遮断）が失敗した時、安全弁が機器の最大許容圧力超過を防ぐ最後の防衛線です。ASME Section VIIIとEN 13445は全ての圧力機器に超圧保護装置を義務付けています。

過圧シナリオの特定

安全弁サイジングは保護系統を超圧状態にする可能性のある全シナリオの特定から始まります。一般的なシナリオ：外部火災：液体を収容する容器が外部火災にさらされ蒸発 — タンクで最も大きな排出量シナリオになることが多い；制御弁の開故障：供給制御弁が全開し排出が補えない；冷却水失喪：冷却失敗で熱交換が停止；熱交換器チューブ破断：高圧側が低圧側に流入；液体閉鎖区間の熱膨張：2つの閉止弁間に閉じ込められた液体の加熱 — プロセス配管で最も過小評価される超圧源。

排出量計算 — ガスと蒸気（API 520）

API 520式：W = C × Kd × P₁ × A × √(M / (T × Z))（W：質量排出量[kg/h]、C：ガス特性係数（比熱比kの関数）、Kd：有効流量係数（全開型安全弁≈0.975）、P₁：弁入口絶対圧力[kPa]、A：弁有効面積[mm²]、M：分子量、T：絶対温度[K]、Z：圧縮係数）。

安全弁のタイプ

スプリング式全量型：最も一般的。スプリングで整定圧力を設定。背圧が整定圧力の10%を超えると性能に影響。バランスベローズ型：内部ベローズが背圧の影響を相殺。背圧が変動するシステム（複数安全弁が共通の排出集合管に接続）に適する。パイロット操作型：小型パイロット弁が主弁を制御。整定圧力の99%まで完全密封（運転中の微漏れを大幅低減）；背圧の影響を受けにくい；貴重・有毒流体に適する。破裂板：設計破裂圧力で破裂する一回限りの装置。腐食性・重合性流体の一次保護として安全弁の前段に設置。