ガスケットの選定指針及び選定トラブルとその対策バルカー技術誌Winter 2018 No はじめにシール材におけるプラントでのトラブルの原因は Figure1に示す通り施工不良と選定不良が多くを占め選定不良によるトラブルは全体の1/4 程度と過去に紹介した 1) シール材の

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みそらのたけ
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ガスケットの選定指針及び選定トラブルとその対策バルカー技術誌Winter 2018 1.

ガスケットの選定指針 2-1) ガスケットの選定の考え方多種多様なガスケットの使用条件がある中で適切なガスケットを選定するには多くの条件を把握した上で判断していく必要があるまず選定する際に考慮すべき条件を Figure2に挙げる Figure2 ガスケットの選定条件 19 上記の条件の中でも必ず配慮すべき条件は流体温度圧力であるこの 3つの条件は

1 ガスケットの選定指針及び選定トラブルとその対策バルカー技術誌Winter はじめにシール材におけるプラントでのトラブルの原因は Figure1に示す通り施工不良と選定不良が多くを占め選定不良によるトラブルは全体の1/4 程度と過去に紹介した 1) シール材の性能を十分に発揮するためには適切な選定が必要となる本報ではガスケットの選定に対する考え方選定方法選定ミスによるトラブル事例とその対策について解説する Figure 1 漏れ原因調査統計例 2. ガスケットの選定指針 2-1) ガスケットの選定の考え方多種多様なガスケットの使用条件がある中で適切なガスケットを選定するには多くの条件を把握した上で判断していく必要があるまず選定する際に考慮すべき条件を Figure2に挙げる Figure2 ガスケットの選定条件 19 上記の条件の中でも必ず配慮すべき条件は流体温度圧力であるこの 3つの条件は選定において必ず必要な情報である次にフランジ形状や寸法 ( 径厚さ幅 ) を確認する必要がある例えば異形状や極端にシール幅の狭いものはうず巻形ガスケットは使えずシートガスケットなど他のガスケットを選定する必要があるなかには標準外寸法のガスケットを製作したりフランジを変更する場合もあるこの他に許容漏れ量や締付力更にはコストや作業性なども選定をする上で考慮すべき項目である許容漏れ量を少なくするなど性能を重視すると製品コストが高くなる場合もあるため優先する条件を考慮し最適なガスケットを選定する必要があるまたこれらに加えて配慮すべき条件としてガスケットの使用箇所がある用途や装置により使用できるガスケットはある程度限定される Table1に装置機器別でよく使われるガスケット示す 2) 例えばポンプのケーシングなどの機器に用いるガスケットは複雑な形状でありまた厚さの薄いガスケットが主に使用されるためこれに対応できるガスケットでなければ選定できないまた製造プロセス上で重要な箇所や万が一漏れが発生した場合に周囲に与える影響が大きい箇所などはより信頼性の高いガスケット材質を選定することも必要であるガスケットの種類 Table1 ガスケットと使用機器配装置機器管熱交換器バルブ塔槽反応器ポンプノンアスジョイントシート膨張黒鉛ガスケット PTFE 包みガスケット充填材入り PTFE ガスケットうず巻形ガスケット膨張黒鉛貼付溝付金属ガスケットメタルジャケット形ガスケットメタル平形ガスケットのこ歯形ガスケットリングジョイントガスケット記号説明 : 使用頻度の高いもの : 使用されているもの : 使用頻度は低いが条件によって使用可能

水蒸気熱水水蒸中性塩類水溶液技術論文 2-2) ガスケットの選定手順ガスケットの選定の流れを Figure3に示すなお各 STEPの詳細については以降に示す STEP 2 圧力温度レーティング表流体区分に対応した圧力温度選定図を選び圧力温度から使用可能なガスケットを選定する例えば流体が水蒸気圧力 1MPa 温度 180 の場合流体区分は1 水熱水水蒸気となる

水蒸気過熱蒸気 1 水蒸気ボイラー給水ドレーン都市排水汚水など原油原油ナフサ油ガスガソリン軽油灯油重油アルコールタール燃料油潤滑油一般鉱物油作動油 2 動植物油メタノールエタノールエチレングリコール熱媒油などグリセリン動植物油熱媒油など一般的な溶剤芳香族炭化水素 (B.T.

2 水蒸気熱水水蒸中性塩類水溶液技術論文 2-2) ガスケットの選定手順ガスケットの選定の流れを Figure3に示すなお各 STEPの詳細については以降に示す STEP 2 圧力温度レーティング表流体区分に対応した圧力温度選定図を選び圧力温度から使用可能なガスケットを選定する例えば流体が水蒸気圧力 1MPa 温度 180 の場合流体区分は1 水熱水水蒸気となるこの選定図を Figure4に示すが圧力と温度条件が交わる箇所が2であり高機能シートガスケットが選定される Figure3 ガスケットの選定条件 STEP 1 流体区分使用流体の種類により流体区分を確認する当社では流体区分を以下の10 区分に分けている各区分の代表流体については Table2にまとめる Table2 流体区分と代表流体流体区分代表的流体水熱水清水工業用水温水熱水水蒸気過熱蒸気 1 水蒸気ボイラー給水ドレーン都市排水汚水など原油原油ナフサ油ガスガソリン軽油灯油重油アルコールタール燃料油潤滑油一般鉱物油作動油 2 動植物油メタノールエタノールエチレングリコール熱媒油などグリセリン動植物油熱媒油など一般的な溶剤芳香族炭化水素 (B.T.X など ) ケト一般溶剤ン類アミン類エーテル類フェノール弱酸 3 アクリロニトリルなど弱アルカリ酢酸ギ酸シュウ酸クエン酸ホウ酸リン酸などなどアンモニア炭酸ナトリウムなど 4 強酸強アルカリ硫酸硝酸塩酸過マンガン酸など水酸化ナトリウム水酸化カリウム水酸化カルシウム水酸化バリウム水酸化リチウム黒液など空気 5 窒素ガス空気窒素ガスヘリウムアルゴンネオンなど不活性ガスなど 6 排ガス排気ガス 7 可燃性ガス水素メタンエタンプロパンブタンエチレンアセチレンプロピレンなど 8 毒性ガスアンモニア一酸化炭素ホスゲン二酸化硫黄塩化ビニル酢酸ビニル酸化メチレンフッ素塩素臭素ヨウ素硫化水素亜硫酸ガスなど 9 酸素など酸素オゾン液体酸素 10 極低温流体 LNG LPG 液体窒素液体水素液化エチレン液化アルゴンなど Figure 4 水熱水水蒸気の温度圧力選定図 STEP 3 流体適合表 STEP2で選定したガスケットが使用流体に適合しているか更に流体適合表で確認する適合していなければ STEP2に戻りその他の使用可能なガスケットあるいは上位に位置するガスケットを再選定する例として 1 水熱水水蒸気の流体適合表をTable3に示す STEP2で例示した条件の場合流体は水蒸気であり選定した高機能シートガスケットは適合していると判断できる water hot water steam1水気water steam 水aqueous solution of a neutral salt Table 3 水熱水水蒸気の流体適合表流体区分 Fluid Segment 1500(Type of Fluid reference )流体種類流体名 Fluid 高機能シート UF300 MF300 GF300 SF AC AC 温水熱水ボイラー給水 warm water hot water boiler feedwater 清水工業用水 clear water industrial water 水蒸気過熱蒸気 steam superheat steam ドレーン都市排水汚水 drain municipal effluent dirty water 塩化カルシウム calcium chloride 塩化ナトリウム sodium chloride 海水 seawater 硝酸ナトリウム sodium nitrate フッ化ナトリウム sodium fluoride 硫酸ナトリウム Sodium sulfate EX 7GP66 7GP66S VF-30 VF-35E 8590 Series 8590TN 8590L Series 6590 Series 7590 Series M590 Series M590L Series N7030 Series バルカー技術誌Winter

3 ガスケットの選定指針及び選定トラブルとその対策ルカー技術誌Winter 2018 圧縮破壊面圧高い低いバSTEP 4 フランジの適合性フランジのガスケット座の形状の適合を確認する各フランジ座のソフトガスケットの適合を Table4 フランジ及び呼び圧力径に対するうず巻形ガスケットの適合を Table5 に示す Table4 フランジ座とソフトガスケットとの適合ガスケットフランジ座の種類全面座平面座はめ込み形溝形種類形状ジョイントシート / 高機能シート FF - - ふっ素樹脂シート ( 充填材入り ) FR ふっ素樹脂シート FF ( 単体 ) 16K FR - - までふっ素樹脂ジャケット FF FR - - FF 膨張黒鉛シート FR STEP 5 ガスケットの形状寸法最後にガスケット形状寸法を決定し製作可能か確認する製作不可であれば随時 STEP2 に戻って再選定する 20K まで Table5 フランジ座とうず巻形ガスケットとの適合 26~ 1/2~ 呼び呼び圧力クラスクラスクラス 60B 24B 径ガスケット座 ~ ~1500 内外輪付内外輪付平面座 (1)(2)( 全面座 ) (1)(2) 外輪付外輪付内輪付基本形 (3) はめ込み形溝形内輪付基本形注 (1) フィラーが膨張黒鉛及び PTFEの場合内外輪付を推奨 (2) 流体がモノマーの場合内外輪付を推奨 (3) 大口径の場合取扱いを容易にするため内輪付を推奨その他ガスケットの締付力が適合するか否かの確認をする締付け取り外し作業の容易性経済性市場での入手性 ( 納期 ) などにおいてはいずれを優先するかを考慮し選定するまた流体温度圧力条件からのガスケットの選定については当社のガスケットカタログ (No.YC08) 及び選定お役立ちウェブサイト Seal Quick Searcher ( シールクイックサーチャー ) にて選定することができる 3) 2-3) 選定上注意を必要とする流体以下の流体については選定上特に注意を必要とする 1 酸素支燃性ガス : 可燃性材料を用いたガスケットは避けるべきである PTFEフィラーのうず巻形ガスケットや PTFE 系ガスケット銅製ジャケット形ガスケット金属平形ガスケットを推奨する 2 重合性モノマー : スチレンモノマー塩ビモノマーなどの重合性モノマーにはジョイントシート PTFE 系ガスケットは不具合が発生することがある内外輪付うず巻形ガスケットやメタルガスケットを選定することを推奨する 3 スラリーを含む流体 : ソフトガスケットはエロージョンにより破損漏洩することがある内外輪付うず巻形ガスケットやメタルガスケットを選定することを推奨する 4 熱媒体油 : ジョイントシートはゴムバインダーが劣化し漏れが生じる場合があるまた浸透性が強いためノンアスフィラーのうず巻形ガスケットでは長期間使用していると漏れることがある膨張黒鉛のシートガスケットや膨張黒鉛フィラーのうず巻形ガスケットを推奨する 5 放射性流体 :PTFEは放射線に弱く推奨できない膨張黒鉛は Gyの耐放射線性がある放射線量を確認して選定することを推奨する 2-4) 厚さの選定シートガスケットのガスケット厚さとガスケットの特性の関係について Table6に示すガスケット厚さは厚いほど圧縮量が大きくなりフランジのひずみやうねりを吸収できる一方薄いガスケットほど浸透漏れが小さくなるためシール性が高くまたクリープ緩和が小さいため長期安定性に優れる圧縮破壊特性についても薄い方が外力に対する強度が高いこれらのことから基本的には薄いガスケットが推奨されるしかしながらフランジのうねりやひずみの大きい大口径フランジや長期間の使用により若干面荒れが発生しているフランジにおいてはひずみを吸収する必要があるため厚いガスケットを推奨する Table6 ガスケット厚さと特性について ( シートガスケット ) ガスケット厚さ特性薄い厚い圧縮量小さい大きいシール性高い低いクリープ緩和小さい大きい 21

Figure5のように割れる場合がある保全上増締めをする場合はジョイントシートガスケットの使用は 100 以下とするのが一般的であるまた 100 以上の条件の場合ゴムバインダーを含んでいない高機能シートガスケット No.

Figure5 ジョイントシートガスケットの硬化割れ一方で機器用途では厚さを薄くし応力緩和が生じにくい状態とし初期の締付面圧を30MPa 以上で管理することで漏れを抑え劣化を軽減しながら使用されている例もある 4) 100 以上の環境でジョイントシートを使用する場合は増締めをしなくても済む対処として以下を守ることを推奨する 1 ガスケット厚さを 1.

4 技術論文 3. 選定によるトラブル事例とその対策流体の不適合によるトラブル事例は過去に紹介した 4) これら以外の選定ミスによるトラブル事例について紹介する 3-1) ジョイントシートガスケットの熱劣化ジョイントシートガスケットは構成材料中にゴムバインダーを含むこのため 100 を超える温度条件下ではゴムバインダーが硬化しガスケット全体が硬くなるこの状態で増締めや配管応力などによる外力がかかると Figure5のように割れる場合がある保全上増締めをする場合はジョイントシートガスケットの使用は 100 以下とするのが一般的であるまた 100 以上の条件の場合ゴムバインダーを含んでいない高機能シートガスケット No.GF300などを推奨するランジでの使用を推奨するまたふっ素樹脂のクリープ緩和は高温条件で顕著になり Figure6のように軟化による変形も発生しやすくなるこのため温度が100 程度を超えるような高温条件では充填材を加えふっ素樹脂の量を減らしたガスケットを選定しクリープ緩和を軽減することが望ましい Figure6 ふっ素樹脂シートガスケットの変形バルカー技術誌Winter 2018 Figure5 ジョイントシートガスケットの硬化割れ一方で機器用途では厚さを薄くし応力緩和が生じにくい状態とし初期の締付面圧を30MPa 以上で管理することで漏れを抑え劣化を軽減しながら使用されている例もある 4) 100 以上の環境でジョイントシートを使用する場合は増締めをしなくても済む対処として以下を守ることを推奨する 1 ガスケット厚さを 1.5mm 以下とする 2 ガスケットペースト ( シールペーストなど ) を塗布する 3 締付面圧を30MPa 以上とする 4 配管応力の負荷がかかりにくい箇所や取り替えやすい箇所に使用する 5 ガスケット締付面圧を高めるためガスケット外径寸法がボルト内接寸法となるリングガスケットの使用を推奨する 3-3) うず巻形ガスケットの変形うず巻形ガスケットのフィラーが膨張黒鉛及び PTFEの場合外輪付うず巻形ガスケットを使用するとフィラーのすべりにより Figure7のように内径側が座屈変形しシール性が低下する場合があるこのためフィラーが膨張黒鉛及び PTFEの場合は内外輪付のうず巻形ガスケットを選定することを推奨するまた流体がモノマーの場合も浸透重合を抑制するために内外輪付ガスケットを推奨する 3-2) ふっ素樹脂系シートガスケットの変形ふっ素樹脂系のガスケットは常温でもクリープ緩和しやすく特にふっ素樹脂単体のガスケットを使用する場合はクリープ緩和による変形に注意が必要であるこのためふっ素樹脂単体のガスケットを使用する場合原則として溝形フ Figure7 うず巻形ガスケットの変形 3-4) 寸法設定ミスによるトラブル本来フランジ寸法に適合したガスケットの寸法設定が必 22

ガスケットの選定指針及び選定トラブルとその対策ルカー技術誌Winter 2018 テクニカルソリューショングループバ要であるがフランジ寸法に適合しない寸法のガスケットを使用することで漏れに繋がる場合がある例えば平面座フランジと適合する寸法より径の小さいガスケットを使用した場合正確にセンタリングできず Figure8のように芯ずれ状態となり局部的にガスケット接触幅の狭い箇所が発生する

流体中の塩素イオンなどが作用して生じる腐食である特に塩素イオンの多い海水でステンレス鋼フランジを用いた際に発生することが多いフランジとガスケットの接触面の内径側の締付面圧は低く微小な隙間が発生しやすいステンレス鋼フランジとガスケットの隙間に塩素イオンを含んだ流体のしみ込みやガスケット内部への流体の浸透が発生するとステンレス鋼は不働態膜の形成反応により酸素濃淡電池が形成され

5 ガスケットの選定指針及び選定トラブルとその対策ルカー技術誌Winter 2018 テクニカルソリューショングループバ要であるがフランジ寸法に適合しない寸法のガスケットを使用することで漏れに繋がる場合がある例えば平面座フランジと適合する寸法より径の小さいガスケットを使用した場合正確にセンタリングできず Figure8のように芯ずれ状態となり局部的にガスケット接触幅の狭い箇所が発生するこれにより接触幅の狭い箇所では内圧に耐えられず外径側に押し出され変形もしくは破断する場合があるまた芯ずれによりガスケットそのものが配管内径にはみ出しガスケットが破損し漏れる場合も考えられる Figure8 ガスケットの芯ずれによる変形 3-5) 腐食によるトラブルガスケットによる腐食としてまず隙間腐食があるこれはガスケットとフランジの隙間やガスケット自体に流体が浸透し流体中の塩素イオンなどが作用して生じる腐食である特に塩素イオンの多い海水でステンレス鋼フランジを用いた際に発生することが多いフランジとガスケットの接触面の内径側の締付面圧は低く微小な隙間が発生しやすいステンレス鋼フランジとガスケットの隙間に塩素イオンを含んだ流体のしみ込みやガスケット内部への流体の浸透が発生するとステンレス鋼は不働態膜の形成反応により酸素濃淡電池が形成されこれにより phの低下と塩素イオン濃度の上昇が生じるこのためフランジ金属の急激な溶解すなわち隙間腐食が発生する 5) この隙間腐食を防止するには低塩素のガスケットを用いることや極力隙間をなくすため防食ペースト ( シールペースト ) の塗布が有効であるまた締付けにおいては高いガスケット面圧の負荷フランジひずみ松下明日香営業本部の補正フランジ座面の平滑化などの対応方法があるまた一方で異種金属フランジ同士の接合部で発生するガルバニック腐食もあるこれはイオン化傾向の異なる金属が接触する場合電解液中に浸すとそれぞれの金属間に電位差が生じガルバニック電池を形成しイオン化傾向の低い金属の腐食が発生する現象である異種金属同士のフランジ接合部で金属などの電気を通しやすいガスケットを使用すると電池を形成しフランジが腐食する場合があるこれを防止するためにはフランジ継手を絶縁する必要がある絶縁性の高いガスケットとしてはふっ素樹脂ジャケットガスケットなどのふっ素樹脂系のガスケットとなるガスケットのみならずねじ部の絶縁のための絶縁ボルトなどの使用を推奨する 4. おわりに本報にてガスケットの選定に対する考え方選定方法選定ミスによるトラブル事例とその対策について紹介したここで紹介しきれなかったガスケット選定においては当社のガスケットカタログ (No.YC08) 及び選定お役立ちウェブサイト Seal Quick Searcher ( シールクイックサーチャー ) をご活用頂きたいこれらに記載のない選定条件においては当社にお問合せ頂きたく思う製品の適切な選定の考え方手順を知り正しい選定をすることでガスケットによる漏洩トラブルを防ぐことが出来ると考える本報がその一助となれば幸いである 5. 参考文献 1) 池田隆治 : バルカー技術誌.No.31,2-7(2016) 2) バルカーハンドブック.92(2011) 3) 江西俊彦 : バルカー技術誌.No.32,22-25(2017) 4) 江西俊彦 : バルカー技術誌.No.33,2-3(2017) 5) 西田隆仁 : 現代ガスケット概論.87(2015) 23

74 ガスケット製品寸法表 2 フランジガス呼び圧力 2 K 5 K 10 K 16 K ケットのガスボルト穴ガスボルト穴ガスボルト穴ガスボルト穴呼び径内径ケットのの中心円 n h ケットのの中心円 n h ケットのの中心円 n h ケットのの中心円 n h 外径の径外径の径外径

74 ガスケット製品寸法表 2 フランジガス呼び圧力 2 K 5 K 10 K 16 K ケットのガスボルト穴ガスボルト穴ガスボルト穴ガスボルト穴呼び径内径ケットのの中心円 n h ケットのの中心円 n h ケットのの中心円 n h ケットのの中心円 n h 外径の径外径の径外径ト製品標準寸法表 JIS 管フランジ用軟質ガスケット / リングガスケット (F.R.) 寸法表 06 年 9 月 1 日より JIS B 2404 が改正され軟質ガスケット 65A 内径寸法が 77 から 84 に変更されました寸法表 1 全面座フランジ用 73 ガスケッ大平面座フランジ用 10A 15 25 32 40 65 80 125 1 175 0 225 2 300 3 400 4