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ボルトフランジ継手の故障と故障解析

2017-07-05View Original

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ボルトフランジ継手は、その設計条件で動作する際に、最大の使用寿命を達成することが期待される。期待寿命の前であれ後であれ、フランジ継手の漏れが環境法で定められた基準や工場内の規定値を超えた時点で、その継手は故障したとみなされる。フランジ継手の故障は、装置や配管の正常な運転を危険にさらし、結果として全体のシステムが機能不全に陥り、停止を余儀なくされます。報道によると、一部の工場の総揮発性物質の放出量のうち、フランジからのものが28%を占めている。シンプルなボルトフランジ継手の各構成部品が引き起こしうる故障モードは、最終的にはガスケット表面を通じた密封媒体の漏れや内部からの漏れとして現れます。これらの漏れ量は少量または微量であることもありますが、ガスケットが膨張によって破損すると、大量の漏れが発生します。 研究によると、ほとんどのフランジ継手における漏れ故障の原因はガスケットではなく、不適切な取り付け(26%)、フランジの損傷(25%)、ボルトの欠如(15%)、フランジのずれ(12%)といった他の要因であり、ガスケット自体が直接原因となるケースはごく一部(26%)に過ぎない。初期の故障は、ガスケットが損傷しないことに現れ、その原因は主に予圧が不足しているか過度であるか、または不均一であること、フランジのシール面の損傷(キズ、変形、腐食など)、そしてフランジの取り付け誤差(平行でない、同軸でないなど)によるものです。ガスケットの周囲に生じる損傷や状態の違いを観察することで、特に柔らかいガスケットの場合、ガスケットの故障原因を把握することができる。例えば、ガスケットの厚さが不適切であること、適切でないものが使用されていること、過度に圧縮されていること、予圧が不足していること、適切に保管されていないこと、ガスケットの劣化、ガスケットの繰り返し使用などである。 漏れが発生した時間帯によって、ボルトフランジ継手の故障原因は以下の通りです。 1、圧力試験とは、漏れが発生した場合や、耐圧容器及び装置が製造完了後、または停止後に再稼働する前に行われるもので、操作圧力より高い圧力で強度試験(液圧または気圧)を行うことです。試験が行われないか、温度サイクル荷重がかからないため、この試験でフランジ継手に漏れが発生した場合、それは取り付けやボルト荷重に大きな問題があることを示しており、その内容には以下が含まれます:(1)不適切な取り付け、ガスケットの荷重が均一でないこと; (1)取り付けフランジの誤差が大きすぎる; (1)ボルト・ナットの材質等級が不適切で、ねじ部が錆びたり、ボルトが降伏したり過度に変形したりしている。そのため、ASME SA-193 B8 C1(304)のような、強度等級が低いステンレス鋼製ボルトを使用する。これは国内の06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)に相当する; (1)一部のボルトまたはナットの支持面の摩耗; (1)ガスケットがシール面の中央に置かれていない; (1)フランジのシール面の損傷、フランジリングの反りまたは変形。 2、加圧を開始した際に漏れが発生する(1)取り付けが不適切でシールパッドの圧縮力が不足しているか、シールパッドとフランジ間の摩擦力が不足して滑りが生じるか、または過度な圧縮によってシールパッドが潰れたり破損したりする; (1)締結部品の故障。ボルトの破断、化学的腐食、応力腐食割れ、疲労および緩み、ナットの緩みなど; (1)フランジがずれている; (1)フランジのシール面が損傷し、漏れ経路ができる; (1)ガスケットの選定が不適切で、耐圧力が不足している。これには、ガスケットの厚さが過大で使用圧力の範囲を超えている場合も含まれる; (1)配管支持具や拘束が不適切でシールパッドが損傷した; (1)古いガスケットを使用する。 3、昇温時または初期運転時に漏れが発生する(1)昇温時にガスケットの初期クリープが過大となり、ボルトの荷重が失われたり、ガスケットが押し出されたりする; (1)異なる部品の熱膨張差によりボルトの負荷が失われる; (1)取り付けが不適切で、ガスケットの負荷が均一でないか過度に圧縮されている; (1)巻き込みガスケットが内側に屈曲するか、外側が反り上がる; (1)一部のボルトまたはナットの支持面の摩耗; (1)配管支持具または拘束が不適切で過大な曲げモーメントが発生する; (1)ガスケットがシール面の中央に置かれていない; (1)ガスケットの選定が不適切で、使用許容圧力や温度範囲を超えている。 4、繰り返しの熱サイクルや圧力変動による漏れ発生 (1)温度および圧力の変動がボルトの負荷を失わせる; (1)大雨など、気候の急激な変化。 5、長時間運転によって発生する漏れ (1)ガスケットの化学的劣化(分解、酸化、腐食など) (1)ガスケットの物理的劣化(接着剤が蒸気、有機溶剤、熱油によって膨潤する); (1)ガスケットとボルトの長期クリープによるボルト荷重の失効; (1)ガスケットが動作温度に適していない(ゴムは加熱で硬化する); (1)フランジの異なる半径方向の動きにより、ガスケットが切断されたり、ガスケットとフランジがずれたりする; (1)配管支持具または拘束が不適切で過大な曲げモーメントが発生する; (1)システムの動作状態、流体の含有量、熱・圧力の変動、振動、外部環境(断熱層の剥がれ落ちや、外部からの加熱・冷却などの要因)などの変化; (1)突発的な圧力の急変、温度変動、熱衝撃、または振動; (1)ボルトの予圧が不適切で、ワッシャーが理想的な圧縮状態にならない; (1)フランジがずれている。 6、駐車時の漏れ発生 (1)ガスケットの長期にわたるクリープと、部品間の冷却による収縮差がボルトの負荷を失わせる; (1)ガスケットは動作温度に適していない; (1)ガスケットの劣化; (1)フランジの異なる半径方向の動きがガスケットの損傷を引き起こす。 上記の理由の中で、ボルトの負荷やガスケットの応力が不十分であることがフランジ継手の故障の主な原因です。統計によると、100件のガスケットの故障のうち、負荷不足が原因となっているのは65%に上り、その負荷不足の原因の中では、取り付け不良が36%を占めています。

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