製油所の高圧配管から精密航空宇宙機器に至るまで、ガスケットはシステムの安全性と効率に直接影響を与える重要なシール部品として機能します。圧力は、ガスケットの性能に影響を与える主要因の1つです。この記事では、ガスケットの圧力に関するあらゆる側面を探求し、選択、適用、および故障分析に関する包括的な知識を提供します。
平坦なフレキシブルガスケット、スパイラル巻き金属ガスケット、またはリングジョイントガスケットのいずれであっても、すべて信頼性の高いシールを形成するために特定の圧力が必要です。圧縮下で、ガスケットは接合面の微細な凹凸を埋め、潜在的な漏れ経路を遮断します。印加される圧力の大きさが、シーリング効果を直接決定します。
複数の要因がガスケット圧力性能に影響を与えます。
- 動作温度：熱変化は材料特性を変化させ、耐圧能力に影響を与えます。高温は材料を軟化させたり、クリープを誘発したり、劣化を引き起こしたりする可能性がありますが、低温はガスケットを脆くし、適合性を低下させる可能性があります。
- フランジ製造：加工精度、表面仕上げ、平行度は圧力分布に影響を与えます。粗い表面は局所的な応力集中を引き起こし、平行でないフランジは不均一な荷重を引き起こします。
- 内部圧力：システム媒体の圧力は、ガスケットのシーリング能力に直接挑戦し、材料が継続的な応力下で完全性を維持することを要求します。
- 外部環境：腐食性物質、熱サイクル、機械的振動はすべて長期的な性能に影響を与え、材料が環境要因に耐えることを必要とします。
ASME（米国機械学会）規格は、150、300、400、600、900、1500、2500の7つの圧力クラスを定義しています。定格が高いほど、フランジ構造の金属質量が増加することにより、より大きな圧力容量を示します。定格は、150lb、150 lbs、150#、またはClass 150として互換性を持って表示される場合があります。
ガスケットはこれらの分類に一致するように設計されており、Class 150ガスケットは対応するフランジ圧力用に設計されています。最終的な圧力容量は、材料特性と動作温度によって決まります。
通常、高い圧力定格は低い最大温度しきい値に対応しますが、圧力が低下すると高温での運転が可能になります。適切なガスケットの選択には、フランジ設計、ボルト締め、および構造材料の同時検討が必要です。
ガスケットは、フルフェイス（ボルトを覆う）またはリングタイプ（ボルト円の内側）の構成のいずれかでフランジボルトによって固定されます。表面圧力を維持することは、以下に対抗するために不可欠です。
- 内部圧力によるフランジの分離
- 接合部からガスケットを押し出そうとする横方向の力
シーリングの完全性を確保するには、圧縮圧力が材料依存の乗数だけ内部圧力を超える必要があります。
材料選択は、耐熱性、化学的適合性、および圧力容量の3つの主要因を考慮します。同一の環境内であっても、運転上の変動が性能に影響を与えます。
- 応力緩和：経年劣化、脆化、または軟化による材料劣化は、圧力維持を低下させます。ゴムベースの材料は、重要な用途では通常7年間の保管寿命があります。
- 厚さの考慮事項：薄い材料は、表面積の露出を減らすことで、通常、圧力下でより良い性能を発揮しますが、フランジの不完全性を収容するには十分な厚さが必要です。
- フランジの品質：機械加工された表面仕上げは、シーリングのための滑らかさとガスケット保持のための必要なテクスチャのバランスをとる必要があります。損傷したフランジは、ガスケットを取り付ける前に修理が必要です。
- 引張強度：独立した材料強度が必ずしもシーリング性能と相関するわけではありません。例えば、柔らかいグラファイトは、圧縮されると優れた高温シールを形成します。
- 透過性：すべてのガスケットは、ある程度の微細な漏れを許容します。実用的な解決策は、シール効果と保守性をバランスさせ、溶接継手とは異なり、サービスのために分解を可能にします。
適切な圧縮を確立するには、以下が含まれます。
- 材料固有の最小応力しきい値を超える
- 液体用途よりも高い応力を必要とするガスシーリングを考慮する
- フレキシブルタイプよりも大きな圧縮を必要とする金属ガスケットを考慮する
- 初期シーリングを確認するための室温締結（ROTT）テストを実行する
- 熱サイクル中のボルト荷重緩和（最大50％の損失）を考慮する
過度の圧縮は、フレキシブルガスケットを接合部から押し出す原因となるため、繰り返し発生する問題に対しては材料のアップグレードが必要です。
真空環境：天然ゴム、ブチルゴム、ポリウレタンなどの柔らかい材料は、適合性の向上により低圧シーリングに優れています。
高圧性能：最大圧力容量は、材料によって大きく異なります。
| ガスケット材料 | 最大圧力 |
|---|---|
| ゴム、NBR、EPDM、ブチル、ネオプレン、FKM、シリコーン | 150 psi |
| 非石綿繊維 | 750～1500 psi（50～100 Bar） |
| 非石綿、ステンレス鋼のセレーテッドインサート付き | 2500 psi（172 Bar） |
| 圧縮グラファイト – セレーテッドステンレスインサート付き | 2800+ psi（193 Bar） |
| PTFE | 800 psi（55 Bar） |
| 拡張PTFE | 3000 psi（206 Bar） |
| マイカ（高温硬質） | 2030 psi（290 Bar） |
ASME B16.5およびB16.34は、石油、ガス、鉱業用途におけるフランジ形状の主要な規格であり、圧力-温度定格、材料、寸法、および試験をカバーしています。欧州システムは、PN（圧力番号）定格およびBS4504規格を使用しており、PN値はクラス間の比例関係なしにBar圧力定格に近似しています。
