安全弁のバネが故障した

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安全弁においてスプリングは最も重要な部品であり、これが機能しなくなると、安全弁全体が使用不能になってしまいます。今回は、安全弁のスプリングの故障について簡単にお話しします。ここで特に指摘しておくべきは、スプリングの故障とはスプリングが破断することだけを指すのではなく、スプリングの変化によって引き起こされる故障も含まれるという点です。スプリングが機能しなくなる原因は、主に以下の数点が挙げられます。一つ目は、スプリング内部の欠陥による破断です。ワイヤーの製造過程、特に大径で高強度な材料を用いたワイヤーの製造過程において、ワイヤーの内部には空洞や亀裂といった物理的な欠陥が存在することがあります。このような欠陥は、スプリングがせん断力を受けると容易に亀裂が拡大し、最終的にスプリングの破断を引き起こします。また、ばね線の材料内部の組織構成が均一でなく、SやPといった微量元素の含有量が高いことも、ばね内部の欠陥の発生や拡大を引き起こしやすくします。このような故障事象については、ばね材料の最終化学組成分析およびポート分析という方法によって、故障原因を判断することができる。材料加工技術やスプリングの巻き取り工程が進化するにつれて、材料の不適合や内部欠陥によってスプリングが破断するケースは年々減少している。二、 環境による腐食が原因でスプリングが破断すること通常、安全弁内のスプリングは安全弁が開く前は媒体に触れない。もし安全弁の出口に背圧や腐食性のある環境が存在する場合は、波形チューブを追加することでスプリングを保護することもできる。大気環境において腐食性媒体が存在する場合は、主に化学プラントシステムで見られ、均一腐食と局部腐食に分けられる。ばねの均一な腐食は、定期的な検査によって防ぐことができる。局部腐食は発見が難しく、その被害もより大きい。特に塩化物イオンや硫化物イオンの存在はスプリングに与える影響が最も大きく、これら2つの物質はスプリング内で応力腐食割れを引き起こしやすいからである。環境要因によるスプリングの腐食破断は、適切な材料選定によって回避できる。また、スプリングが出荷される際の適切な表面処理工程、例えば塗装や金属メッキなども、スプリングの腐食を効果的に防ぐことができる。三つ目として、スプリングの剛性が低下して機能しなくなる問題だが、実際にはこの点は最も注目されにくいものの、影響範囲は最も広い。以前の記事でも述べたように、安全弁に使用されるバネには、バネ剛性という非常に重要な指標があります。バネ剛性が不適切だと、安全弁の過圧発生や復帰機能の異常など、性能上の問題が直接引き起こされます。安全弁が稼働し始めると、使用期間や使用温度の影響でばねの剛性にある程度の変化（主に低下）が生じることがありますが、この過程は非常に緩やかなため、気づきにくいものです。周期的なチェックの過程において、前の周期でのばねの剛性低下が調整に与える影響は、チェックを繰り返すことで継続的に修正され、安全弁が早期に作動するようになって初めて、ばねの剛性が低下していることに気づくのである。また、ばねの剛性が低下することによる動作性能への影響は、周期検証の過程では測定や補正ができないため、長期間使用されてきた安全弁（特に高温環境下でのもの）のばね剛性が、性能要求を満たせないレベルまで低下していても、すぐには発見できない。強圧や熱強圧によって、ばねの長期使用における安定性を効果的に向上させることができるが、このような工程が5年以上の長期使用や高温環境での使用を想定したばねの剛性要件を満たせるかどうかについては、まだ十分なデータがない。合理的なばね材料の選定がばねの剛性安定性に与える影響も非常に大きいため、ばねの選定時にも重点的に考慮する必要がある。