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May 30, 2023

ガスケットの故障のトラブルシューティング

Nelle industrie del petrolio, del gas e di processo, ingegneri e tecnici devono affrontare sfide quali:

石油、ガス、プロセス産業では、エンジニアや技術者は、さまざまな産業機器の気密シールを維持するという問題に直面する必要があります。 例としては、あるパイプを別のパイプまたは機器に取り付ける最も一般的な方法であるフランジが挙げられます。 接合される部品は両方とも剛性があるため、両方とも完全に機械加工され、位置合わせされている必要があります。 また、シールを維持するために、使用条件が変化する間もこの位置合わせを維持する必要があります。 機器に使用される合金の性質、含まれる流体、プロセス変数 (振動、温度変化、摩耗、化学的適合性など) やコスト制約 (メンテナンス時間、コストなど) を考慮すると、これを達成するのは困難な場合があります。製品の数とダウンタイム）。

このため、ガスケットが重要です。 ガスケットは、一般に接合される剛性部品よりも柔らかい 2 つの嵌合部品間の隙間を埋め、漏れという形での流体の損失を防ぐことを目的としています。 シールは、接合された物体とガスケットを圧縮することによって達成され、後者はクランプ力と内部圧力と相互作用することによってフランジ表面の凹凸を埋めます。

パイプは空ではありません。 それらの中とフランジを通って流体が流れます。 あらゆる流体はあらゆる方向に力を拡張する性質を持っています。 最初に、パイプラインを通って含まれる流体は、フランジの内径の表面とガスケットにも接触します。 力の量は式 1 を使用して計算できます。

ガスケットは、最初に加えられる力によってシールされます。 ガスケットのメーカーと設計エンジニアは、フランジを圧縮するために使用されるボルトにトルクを加えることで、ガスケットを圧縮できると判断しました。 これを表す最も単純なモデルは、加えられる圧縮力とボルトのトルクを関係付ける式 2 です。

ただし、応力は円周方向に変化する可能性があるため、ガスケットが受ける応力はボルトのトルク値に均一に比例しません。 これは、ガスケットとフランジ面との接触パターンや接触面積が、ボルトやナットの接触面積とは異なるためです。 ボルト締めによってフランジにかかる総力は式 3 に示されます。

与えられたボルト数 n に比例するトルクを式 4 に示します。

T をフィートポンド単位のトルクとして表すと、これは漏れを防ぐためにユーザーがガスケットに加える力の主な手段です。

ここで示した方程式は理想的なモデルですが (凹凸や他のフランジの力の抵抗などを考慮していないため)、業界で観察された平均的な条件を表しています。 表1に示すように、ボルトの締め付けにより力が加わるとガスケットが圧縮され、変形します。

漏れを回避するには、この加えられる力が流体の圧力 (静水力) を克服する必要があります。 パイプライン内の静水力はフランジを分離する傾向があり、圧縮ボルト締め力に逆らって作用し、動作中の圧縮力を軽減します。

ガスケットは、プロセス圧力に耐えるのに十分な強度と、フランジの凹凸を埋めるのに十分な柔らかさおよび変形可能性の両方を備えていなければなりません。 ガスケットとフランジの関係をより深く理解するためにいくつかの論文が書かれていますが、シール機能はボルト締めだけで実現されるのではなく、ジョイントの種類ごとに異なる要因の組み合わせによって実現されることが一般的に知られています。別の。

配管に起因する力は、設置後すぐに影響を及ぼします。 動作中、温度やプロセスのパイプの材質や構成への影響​​により、システムに影響が及び始めます。

ナットと留め具は、フランジとガスケットに圧縮圧力を与えるもう 1 つの重要な要素です。 それらの機能は、プロセス変数によって引き起こされる張力を考慮して、ジョイントを十分にクランプすることです。 ファスナーはまた、その構造材料に応じて緩和と伸びを示し、利用可能な荷重の量に大きな影響を与えます。

動作中にファスナーの弾性領域を超えると、ファスナーが降伏して不可逆的に変形し、負荷力 (本質的には圧縮荷重) を提供する能力が低下します。

振動、位置合わせ、機械的柔軟性はこれらの変形の量と範囲に影響を与えるため、変動する動作条件下で考慮すべき重要な機器およびプロセス設計変数となります。

ガスケットがボルトのトルクによってこれらすべての力に対処する場合、加えられた応力に応じて 4 つのシナリオが発生する可能性があります。

ガスケットの応力は内力とフランジの力に耐えるのに十分であり、良好なシール性能を実現します。

ガスケットの応力は、フランジの力を補償するには不十分な点まで低下します。

ガスケットの応力が高すぎると、すぐに完全性が損なわれます。

配管に誘発される力/フランジの力は、ガスケットと配管システム/機器の両方の完全性を損なう値まで増加します。

これらのシナリオでは、ガスケットの特性も影響します。 ガスケットの接触とシールを実現するための組み立てボルト応力の制限を確立するには、ガスケットの材質、密度、圧縮率、回復、緩和、最小着座応力、および動作中の最小応力を知ることが不可欠です。

したがって、パイプラインの早期または壊滅的な故障は、低トルク負荷、不適切なガスケットの選択、不適切な取り付け方法、不適切な材料の選択、さらには不適切な機器設計によって発生する可能性があります。

ガスケットのメーカーと技術者は、長年の経験を活かしてトラブルシューティング ガイドと経験則を考案し、ユーザーがそれぞれの特定の状況に最適なソリューションを提供できるように支援してきました。

プロセス変数の特定のセットについての推奨事項は、ガスケットのメーカーから入手できます。

ガスケット、ジョイント、ファスナー、プロセス変数は、制御対象の独立した要素ではなく、動的システム全体として見なすべきです。

このようにして、ガスケット破損の調査プロセスにより、実際の原因とプロセスダイナミクスにおけるその影響によって漏れの問題を正確に対象とすることができます。

参考文献1. 小林隆「ガスケットのたわみと、ボルトの残留力とボルトフランジ接続の気密性に対するその影響に関する研究」 ASME 2014 圧力容器および配管カンファレンス。 PVP2014-28514

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ギレルモ サン マルティンは化学工学を学び、メキシコ州立大学を卒業しました。 彼は現在、Empak Spirotallic Mexicana のエンジニアリングおよび開発責任者を務めています。