バルブステムパッキンリークレベル

産業用バルブの漏洩は、一般的に内部漏洩と外部漏洩の2つのカテゴリに分けられます。内部漏洩とは、バルブが閉鎖された後に媒体がシール面を通過し、システムの遮断機能に影響を与えることを指します。外部漏洩とは、バルブステムパッキンやフランジガスケットなどの接合部から媒体が外部環境に漏れ出すことを指し、揮発性有機化合物（VOC）排出の主な発生源となります。

バルブの漏洩検知においては、重要な区別を明確にする必要があります。従来の外部漏洩の評価は、肉眼での目視観察に基づいています。つまり、目視検査においてステムまたはフランジ接続部から媒体の滲出、滴下、または泡の発生があるかどうかです。これは、静水圧試験または気圧試験中に「ゼロリーク」を判断するために通常使用される基準です。

一方、ファージティブ漏洩とは、微量で目に見えない漏洩を指します。このような漏洩は肉眼では検出できず、高感度な機器を使用して初めて発見されます。主にステムパッキンの動的シール部とガスケットの静的シール部に発生します。バルブ本体のガスケット接合部は静的シールであるため、低漏洩基準を満たすことは比較的容易です。しかし、バルブステムパッキンは動的シールであり、ステムがパッキンと継続的にこすれ合うため、粒子が持ち運ばれたり、シール力が変動したりしやすくなります。したがって、パッキン部はバルブからのファージティブ排出を制御する上での中心的な課題となります。

揮発性有機化合物（VOC）の漏洩排出に対する厳格な管理に対応するため、比較的包括的な国際標準システムが確立されています。

EPA Method 21は、米国環境保護庁（EPA）が定める、バルブ、ポンプ、フランジなどの機器や配管部品からの揮発性有機化合物（VOC）漏洩を携帯用機器を用いて検出するための標準的な検出方法です。EPA Method 21は排出基準ではなく、検出方法の基準であることに注意が必要です。検出器、プローブ走査手順、校正手順、データ記録方法に関する技術要件が定められています。漏洩検出・修理（LDAR）プログラムで広く使用されており、API 624やAPI 641などのバルブ型式試験基準の検出方法の基礎としても利用されています。米国大気清浄法（CAA）は、EPA Method 21の試験結果とプロセス媒体の種類を組み合わせて、漏洩限界と修理期限を定めており、バルブがサービスする媒体の種類によって具体的な要件が異なります。

ドイツのTA-Luft（大気質管理技術指示）およびVDI 2440ガイドラインは、欧州連合における漏洩排出物管理のための重要な技術規制を形成しています。TA-LuftおよびVDI 2440によれば、1 barの試験圧力下でのフランジ接続の漏洩率は10⁻⁴ mbar·L/(s·m)を超えてはなりません。さらに、温度に基づいて制限値は精緻化されており、250℃未満の温度では10⁻⁴ mbar·L/(s·m)、250℃を超える温度では10⁻² mbar·L/(s·m)となります。VDI 2200は、ボルト締めフランジ接続の選定、計算、設計、設置、および試験手順を規定しています。試験は通常、97%のヘリウムを試験媒体とするヘリウム質量分析計を使用し、漏洩率はリーク検出器から直接読み取られます。これは、メタンを媒体とし、濃度制限値（ppmv）を指標とする米国システムとは異なります。

API 622は、パッキン材自体の漏洩（ファージティブエミッション）性能に関する試験規格です。API 624またはAPI 641認証を申請する前に、まずAPI 622パッキン認証を取得する必要があります。その試験条件は、温度、圧力、熱サイクル、機械的サイクルなどの包括的な要因を網羅しており、規定された試験条件下でのパッキン漏洩率は100 ppmを超えないこととされています。

API 624は、グラファイトパッキンを備えたライジングステムバルブ（例：ゲートバルブ、グローブバルブ）の漏洩（ファージティブエミッション）型式試験規格です。この規格では、純度97%以上のメタンを試験媒体として使用することが規定されています。試験中、バルブは310回の機械的サイクルと3回の熱サイクル（高温点 260°C ± 14°C）を経なければならず、高温点での試験圧力は41.4 barg（600 psig）を維持する必要があります。

API 641 は、ボールバルブやプラグバルブなどのクォーターターンバルブの漏洩排出型試験規格です。また、純度 97% 以上のメタンを媒体として使用し、試験対象バルブは 610 サイクルの機械的サイクルと 3 サイクルの熱サイクルを完了する必要があります。

API 624 および API 641 の合格基準は同じです。すなわち、試験全体を通して漏洩値は 100 ppmv を超えてはならず、試験中にパッキンシステムの調整は許可されません。この 100 ppmv の制限は、設計条件下での動的なステムパッキンシールからの許容漏洩率を明確に定義し、エンジニアリング設計の参照値として機能します。

ISO 15848は、揮発性エミッションの測定、試験、および認定手順に関する国際的に適用可能な産業用バルブ規格です。この規格は2つのパートで構成されています。ISO 15848-1はバルブのタイプ試験および分類システムを指定し、ISO 15848-2はバルブの製造受入試験を指定します。

ISO 15848-1は、測定された漏洩率（mg/(s·m)）に基づいてステムシールを3つの漏洩クラスに分類します。クラスAは≤ 10⁻⁶ mg/(s·m)、クラスBは≤ 10⁻⁴ mg/(s·m)、クラスCは≤ 10⁻² mg/(s·m)です。一般的に、ベローズシールバルブまたは某些特殊设计的角行程阀门（特定の特殊設計されたクォータターンバルブ）はクラスAを達成でき、PTFEまたはエラストマーゴムシール付きステムはクラスBを達成でき、フレキシブルグラファイトパッキン付きステムは一般的にクラスCに対応します。

ISO 15848（mg/(s・m)）の漏洩率単位とAPI規格（ppmv）の濃度単位は、物理的な意味合いが異なるため、単純な換算関係はありません。ISO 15848はステムの単位長さあたりの毎秒漏洩する媒体の質量で漏洩を特徴づけるのに対し、API規格は空気中の漏洩ガスの体積濃度で特徴づけるため、評価次元が異なります。

API 624およびAPI 641は、EPA Method 21の検出方法の原則をタイプテストフレームワークに組み込んでいます。しかし、API 624およびAPI 641の制限要件は主にメタン試験に基づいています。水素やヘリウムのような小分子ガスへの適用性は、小分子ガスは透過性が高く、同じシール条件下でメタンよりも実際の漏洩率が高くなる可能性があるため、別途評価する必要があります。