金属ワッシャーとガスケットがケミカル ポンプの漏れゼロ性能を保証する方法-

化学処理施設、製薬工場、工業生産業務は、攻撃性、危険性、または高価な液体を漏れなく移送するポンプ システムに依存しています。{0}}これらのポンプ システムのパフォーマンスは、金属ワッシャーやガスケットなど、見落とされがちなコンポーネントに大きく依存しています。-これらのシール要素は、ポンプの内部流体経路と外部環境との間に重要な障壁を形成します。

この技術ガイドでは、工業用ワッシャーとポンプ ガスケットの適切な選択と取り付けが化学ポンプ用途におけるゼロリーク性能にどのように直接影響するかを検証します。{0}ここで紹介する情報は、要求の厳しいポンプ用途向けにシールコンポーネントを指定する際にエンジニアや調達専門家が必要とする材料の適合性、設置手順、メンテナンスの考慮事項について説明しています。

ポンプのシールポイントと漏れ経路を理解する

すべてのケミカルポンプには、シーリングソリューションを必要とする複数の潜在的なリークポイントがあります。これらの経路を特定することは、流体移送システムで漏れのない動作を実現するための第一歩です。-

工業用ポンプの一次シール位置

標準の遠心ポンプまたは容積式ポンプには、流体の封じ込めがガスケットとワッシャーに依存するいくつかの領域が含まれています。

フランジ接続:入口フランジと出口フランジはポンプをプロセス配管に接続します。これらの接続では、平面フランジまたは平面フランジの間に圧縮されたガスケットが使用され、ワッシャー付きボルトで固定されています。

ポンプケーシングジョイント:マルチピースのポンプ ハウジングでは、ケーシング セクション間の合わせ面にガスケットが必要です。これらのジョイントは、内圧と温度のサイクル下でもシールの完全性を維持する必要があります。

メカニカルシールハウジング:メカニカル シールを使用するポンプでは、シール グランドに二次シールが必要です。これは通常、O リングまたはフラット ガスケットで行われます。{0}}

ドレンプラグとベントプラグ:排水と通気のための小さなネジ接続には、浸出を防ぐためにクラッシュワッシャーまたはシーリングワッシャーを使用します。

ベアリングハウジングインターフェース:ベアリング ハウジングとポンプ ケーシング間の接続には、潤滑剤の汚染や流体の侵入を防ぐためのガスケットが含まれることがよくあります。

漏洩が化学処理作業に与える影響

ポンプの漏れは、産業環境で複数の問題を引き起こします。液体の損失は、プロセスの歩留まりと原材料コストに直接影響します。有害な化学物質が環境に放出されると、規制遵守の問題が生じ、罰金が科される可能性があります。従業員が漏洩した化学物質にさらされると、健康と安全のリスクが生じます。漏れた腐食性流体による機器の損傷は、メンテナンスコストと計画外のダウンタイムを増加させます。

財務上の影響は、漏洩した液体そのものを超えて広がります。ポンプからの漏れが 1 分あたりわずか 10 滴でも、年間約 200 ガロンが無駄になります。高価な特殊化学薬品や医薬品グレードの液体の場合、これは多額の直接コストに相当します。{4}}汚染、洗浄、潜在的なプロセス中断による間接コストは、失われた液体の価値を超えることがよくあります。

ポンプアセンブリにおける金属ワッシャーの種類とその機能

工業用ワッシャーは、ポンプ設置において単純な負荷分散を超えた特定の機械的機能を果たします。各適用箇所に適切なワッシャー タイプを選択すると、ファスナーの性能が向上し、全体的なシール効果に貢献します。

荷重分散用平ワッシャー

平ワッシャーは、ボルト接続によるクランプ力をより大きな表面積全体に分散します。ポンプ フランジ アセンブリでは、この分布により、フランジ面に損傷を与えたり、不均一なガスケット圧縮を引き起こす可能性のある局所的な応力集中が防止されます。

標準平ワッシャーは ASME B18.22.1 や DIN 125 などの仕様に準拠しています。腐食性化学薬品を扱うポンプ用途の場合、ステンレス鋼平ワッシャー (304 または 316 グレード) が必要な耐食性を提供します。貫通硬化ワッシャーは、高いボルト荷重下でも変形に耐えられるため、表面硬化バージョンよりも優れた性能を発揮します。-

ワッシャーの外径は、フランジの座ぐり径と一致するサイズにする必要があります。小さめのワッシャーは荷重を集中させるため、より柔らかいフランジ素材に埋め込むことができます。サイズが大きすぎるワッシャーは、隣接するボルトや構造要素に干渉する可能性があります。

防振用スプリングワッシャーとロックワッシャー

ポンプ システムは、回転コンポーネント、流体の脈動、接続された機器からの振動を受けます。この振動により、時間の経過とともにボルト接続が緩み、ガスケットが緩み、最終的には漏れが発生する可能性があります。

スプリットロックワッシャーは、ナットと接合面の間にバネ張力を生み出すことで、ある程度の緩みに対する抵抗力を与えます。ただし、高振動ポンプ用途での有効性は限られています。-現在、多くのエンジニアが重要なポンプ接続に代替の固定方法を指定しています。

皿ワッシャー (円錐ばねワッシャー) は、熱サイクルや振動下でもボルトの張力を維持するための優れた性能を発揮します。ガスケットの弛緩やボルトとフランジ間の熱膨張の違いを補償するために、バネ定数を選択できます。

Nord{0}} ワッシャーや同様のウェッジ ロック システム-は、回転して緩める必要がある対向するウェッジ面を使用することで、優れた耐振動性を実現します。これらは、大きな振動や頻繁な熱サイクルを受けるポンプ接続に適しています。

ねじ接続用シールワッシャー

ドレンプラグ、ベントバルブ、および計器類のねじ接続には、標準の平ワッシャーではなくシールワッシャーが必要です。これらのワッシャーは、荷重分散機能とシール要素を組み合わせています。

接着されたシールワッシャーは、接着されたエラストマーまたは PTFE シール面を備えた金属リングを備えています。金属は構造的なサポートを提供し、一方、柔らかいシーリング材はネジ付き継手とポンプ本体の小さな表面の欠陥に適合します。

クラッシュワッシャー (圧縮ワッシャーとも呼ばれます) は、締め付けると永久に変形する柔らかい金属リングです。一般的な材料には、アルミニウム、銅、繊維強化複合材料などがあります。-これらは通常、接続が開かれるたびに交換が必要な使い捨てコンポーネントです。-

ケミカルポンプ用ガスケット材質

ガスケットの材質の選択により、ポンプ シーリング システムが意図された耐用年数にわたって確実に機能するかどうかが決まります。ポンプで送られる流体の化学的性質、動作温度、システム圧力はすべて、材料の選択に影響します。

非金属ガスケットの材質

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）：PTFE ガスケットは、pH スペクトル全体にわたって幅広い耐薬品性を提供します。他のガスケット素材を侵す可能性のあるほとんどの酸、塩基、溶剤を扱います。標準的な PTFE の最大連続使用温度は約 260 度 (500 度 F) です。この材料は圧縮からの回復が難しいため、適切な取り付けトルクが重要です。ガラス繊維、カーボン、またはその他の充填剤を組み込んだ充填 PTFE グレードは、機械的特性を向上させ、コールドフローの傾向を軽減します。

EPDM (エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー):EPDM ゴム製ガスケットは、水、蒸気、希酸、アルカリに対して良好に機能します。他の多くのエラストマーよりも耐候性やオゾンへの耐性が優れています。 EPDM は石油-ベースの液体や強酸化性の酸と一緒に使用しないでください。温度範囲は通常、-40 度から 150 度 (-40 度から 302 度) です。

バイトン（FKMフッ素エラストマー）：Viton ガスケットは、石油製品、燃料、および他のエラストマーを攻撃する多くの化学物質を扱います。最大 200 度（392 度 F）の連続使用まで優れた高温性能を提供します。-バイトンは EPDM よりも高価ですが、炭化水素用途に対して優れた耐薬品性を備えています。

圧縮された非アスベスト繊維:{0}最新の圧縮繊維ガスケットは、アラミド、ガラス、カーボン、または鉱物繊維をエラストマーバインダーで結合して使用します。これらの材料は、古いアスベスト含有製品に代わるものであり、同様のシール性能を提供します。-これらは、水、蒸気、油、低刺激の化学薬品を使用する汎用用途に適しています。-

セミ-メタルガスケット構造

うず巻形ガスケット:これらのガスケットは、らせん状に巻かれた金属ストリップ (通常はステンレス鋼) と軟質充填材 (グラファイトまたは PTFE) の交互層で構成されています。外側のセンタリング リングはガスケットをフランジ上に配置し、内側のリングは巻線が流路内で座屈するのを防ぎます。うず巻形ガスケットは、非金属ガスケットよりも温度と圧力のサイクルに優れており、化学サービスにおける ASME B16.5 フランジの標準です。-

カムプロファイルガスケット:柔らかい表面層を備えた溝付き金属コアは、スパイラル巻き設計よりも低いボルト荷重で優れたシールを実現します。鋸歯状の金属表面が複数のシール ラインを形成し、柔らかい表面がフランジ表面の欠陥に適合します。これらは、熱交換器や大口径のポンプ フランジに適しています。-

メタルジャケットガスケット:薄い金属ジャケットに包まれた柔らかい充填材（通常はグラファイトまたは PTFE）は、適合性と高温耐性を兼ね備えています。{0}}ダブルジャケットバージョンは、フランジ表面に重大な損傷や凹凸がある用途向けに両面にシールを提供します。

メタルガスケットオプション

リングジョイントガスケット:正確な寸法に機械加工された固体金属リングは、溝付きリング-タイプのジョイント フランジに取り付けられます。材質には軟鉄、ステンレス鋼、ニッケル合金などがあります。リングジョイント接続は、高圧および高温でも信頼性の高いシールを提供しますが、高価な機械加工されたフランジが必要です。これらは API 6A 坑口装置や一部の高圧化学プロセスで一般的です。-

ソリッドメタル平形ガスケット:シンプルな平らな金属リングは、柔らかい材料が耐えられない一部の高温用途に適しています。{0}適切なシールを実現するには、非常に平坦なフランジ表面と高いボルト荷重が必要です。

磁気駆動ポンプのシール技術とシールレス設計

従来のポンプ設計は、回転シャフトの周囲に流体を封じ込めるためにメカニカルシールまたはパッキンに依存していました。これらの動的シールは、シールを維持しながらシャフトの回転に対応する必要があるため、依然として永続的な漏れ源となります。別のアプローチでは、シールレスポンプ設計によりこの漏れ経路を完全に排除します。

磁気駆動ポンプがシャフトシールの漏れをどのように排除するか

磁気駆動ポンプは、直接シャフト接続ではなく磁気カップリングを介してモーターからインペラにトルクを伝達します。インペラシャフトは完全に密閉された格納容器内で動作し、回転部品が流体格納容器の境界を貫通することはありません。

外部駆動磁石は、格納容器の外側でモーターシャフトに取り付けられます。内部駆動磁石がシェル内のインペラに接続されます。これらの磁石セット間の磁気引力により、機械的接触や貫通シャフトなしで回転が伝達されます。

この設計は、回転シールの問題を静的シールの問題に変換します。格納容器シェルは、標準の静的ガスケットまたは O- リングを使用してポンプ ハウジングをシールします。静的シールはシール面間の相対運動に対応しないため、基本的に動的シールよりも信頼性が高くなります。

オーランクポンプ産業用専門メーカー磁気駆動ポンプは、このシールレス技術を利用したボルテックスポンプおよび遠心ポンプの設計を製造しています。同社の MDW シリーズ ステンレス鋼渦磁気ポンプと化学プロセス磁気駆動ポンプは、要求の厳しい化学移送用途に対して磁気結合技術がどのように漏れゼロ性能を提供するかを実証しています。-これらのポンプは、-196 度から +400 度までの流体を処理し、漏れのない動作が義務付けられている半導体、製薬、化学プロセス業界にサービスを提供します。

シールレスポンプ設計における静的シール要件

磁気駆動ポンプではシャフト シールが不要ですが、いくつかの場所で静的ガスケットと O リングが必要です。-

格納容器シェルジョイント:封じ込めシェル (隔離スリーブまたは後部ケーシングとも呼ばれる) は、ポンプ ハウジングを密閉します。このジョイントには通常、O- リングまたはフラット ガスケットが使用されます。

ポンプケーシングの接続:入口フランジと出口フランジには標準のフランジガスケットが必要です。

後部ハウジングの閉鎖:マルチピースのポンプ設計には、後部ハウジングとポンプ ケーシングの間にガスケットが含まれています。{0}

これらの静的シール ポイントのガスケットとワッシャーの選択原則は、従来のポンプ設計と同じガイドラインに従います。ポンプで送られる流体との材料の適合性が依然として主要な選択基準です。

ポンプガスケットとワッシャーの取り付け手順

適切な取り付け技術は、正しいコンポーネントの選択と同じくらいシール性能に影響します。ポンプの漏れの問題の多くは、コンポーネントの欠陥ではなく、設置ミスに遡ります。

フランジ表面の準備

ガスケットを取り付ける前に、フランジのシール面はきれいで損傷がない必要があります。プラスチックのスクレーパーまたは真鍮のワイヤーブラシを使用して、古いガスケットの痕跡をすべて取り除きます。フランジ面に傷を付ける可能性がある鋼製工具は避けてください。

フランジ表面に傷、孔食、腐食、歪みがないか検査します。軽微な欠陥は柔らかいガスケット素材でシールできますが、重大な損傷がある場合はフランジの再表面仕上げまたは交換が必要です。 ASME PCC-1 ガイドラインは、フランジ表面状態の許容基準を提供します。

両方のフランジ面を適切な溶剤で洗浄し、油、グリース、およびゴミを取り除きます。新しいガスケットを取り付ける前に、溶剤が完全に蒸発するまで待ちます。

ガスケットの位置決めと位置合わせ

ガスケットをフランジボルトの円の中心に置きます。平面フランジの場合、流量の制限を避けるために、ガスケットの内径がフランジの穴と一致している必要があります。ガスケットの外径は隆起面を超えてはなりません。

ワッシャーを適切な位置に配置して、フランジの穴にボルトを挿入します。標準構成の場合、平ワッシャーをボルトの頭の下に配置し、もう 1 つをナットの下に配置します。ワッシャー座面は滑らかでバリがない必要があります。

ガスケットが両面に均一に接触するまでナットを手で締めて、フランジを合わせます。{0}}この際、ガスケットがずれていないことを確認してください。

ボルトの締め付け順序とトルク

ボルトを適切に締め付けると、ジョイントの全周にわたって均一なガスケットの圧縮が実現します。ランダムに締め付けると不均一な圧縮が生じ、圧縮不足の領域で漏れが発生します。-

円形のボルト パターンの場合は、十字パターンの締め付け順序に従ってください。{0}パターンに沿って、フランジの反対側のボルトを交互に締めます。トルク値を増加させて複数のパスを完了します (通常、最終目標トルクの 30%、60%、100%)。

目標トルク値は、ボルトのサイズ、材質、潤滑状態、ガスケットの種類、必要なガスケット応力によって異なります。ガスケットのメーカーは、自社製品の推奨取り付け応力を提供しています。以下を使用して、必要なボルトのトルクを計算します。

T = K × D × F

どこ：

T=目標トルク

K=ナット係数 (潤滑ファスナーの場合、通常 0.15 ～ 0.20)

D=ボルトの呼び径

F=必要なボルト張力

重要な用途では、校正されたトルクレンチまたは油圧式テンショニング装置を使用して、一貫したボルト荷重を実現します。

材料選択ガイド: コンポーネントをプロセス条件に適合させる

次の表は、一般的なケミカル ポンプの用途に対するガスケットとワッシャーの推奨材料をまとめたものです。

材料の適合性は、ガスケットメーカーの耐薬品性チャートで確認する必要があります。化学物質の組み合わせや濃度によっては、一般的なガイダンスが示唆するものとは異なる影響を与える場合があります。

ポンプのシール部品のメンテナンス方法

予防メンテナンスにより、ポンプ ガスケットの耐用年数が延長され、予期せぬ漏れ事故が減少します。検査ルーチンと交換スケジュールを確立すると、漏れのない継続的な運用を維持できます。-

定期点検箇所

定期的なプラント巡回中に目視検査を行うことで、発生している漏れの問題を深刻になる前に特定できます。以下を確認してください:

フランジ接続部でのしだれまたは滴り

関節周囲の汚れや残留物の蓄積

ボルトやワッシャーの腐食

フランジ面からのガスケットのはみ出しの証拠

動作中の熱画像により、目に見えるようになる前に蒸発する漏れが明らかになります。フランジ接続部の温度異常は、流体が漏れて蒸発していることを示している可能性があります。

ガスケットとワッシャーを交換する時期

ガスケットは通常、使い捨てコンポーネントとみなされます。{0}検査またはメンテナンスのためにフランジ接続を開く場合は、再組み立て手順にガスケットの交換を含める必要があります。圧縮されたガスケットを再利用しようとすると、通常、漏れが発生します。

ワッシャーの耐用年数は長くなりますが、ジョイントが開いたときに検査する必要があります。次のようなワッシャーを交換します。

目に見える腐食または孔食

フランジ面への埋め込みによる変形

亀裂または亀裂

ばね張力の喪失（ばね座金の場合）

サービスの重大度に基づいて交換スケジュールを確立します。積極的な化学サービスでは、観察された状態に関係なく、1 年または 2 年ごとの定期的なガスケット交換が保証される場合があります。

文書化とトレーサビリティ

各ポンプに取り付けられたガスケットとワッシャーの材質の記録を維持します。この文書は、漏れが発生した場合のトラブルシューティングをサポートし、互換性のある材料への一貫した交換を保証します。

規制産業 (製薬、食品加工) のポンプの場合、材料認証とロットのトレーサビリティが必要になる場合があります。シーリングコンポーネントを注文する際には、これらの文書要件を指定してください。

一般的なポンプの漏れ問題のトラブルシューティング

適切な材料と設置手順を使用したにもかかわらずポンプの漏れが発生した場合は、系統的なトラブルシューティングによって根本原因を特定します。

フランジ漏れの原因と解決策

不均一なボルト荷重:ガスケットのクリープや埋め込みにより、最初の取り付け後に一部のボルトが緩んでいる可能性があります。適切な順序に従って、すべてのボルトを仕様に従って締め直します。

ガスケットの損傷:うず巻きガスケットは圧縮しすぎると内輪が座屈する可能性があります。-ボルトの荷重が定格を超えると、ソフトガスケットがはみ出す可能性があります。取り外したガスケットに、故障モードを示す損傷パターンがないか検査します。

フランジの位置ずれ:配管のひずみにより、フランジ接合部に不均一な荷重が生じます。ガスケットを再度取り付ける前に、配管の位置を修正してください。

フランジ表面の損傷:シール面全体に傷や腐食があると、漏れ経路が生じます。損傷したフランジを再表面化するか交換します。

用途に合わないガスケット:化学的攻撃や材料の限界を超える温度はガスケットの劣化を引き起こします。材料の適合性を確認し、適切な代替品を選択してください。

ファスナー-関連の漏れの問題

ボルトの腐食：腐食したボルトのねじ山では、同じ張力を得るためにより高いトルクが必要となり、実際のボルトの荷重が要件を下回る可能性があります。腐食した留め具を交換します。

ワッシャーの埋め込み:ソフトワッシャーは時間の経過とともにフランジ表面に圧縮され、ガスケットにかかるボルトの効果的な負荷を軽減します。高応力の用途には硬化ワッシャーを使用してください。-

ステンレスファスナーのかじり:ステンレス鋼のボルトとナットは、締め付け中にかじり（冷間溶接）が発生し、適切なトルクをかけることができなくなります。かじり防止潤滑剤を使用するか、ナットとボルトに異なる合金を指定してください。-

ポンプのシール部品の業界標準と仕様

ケミカルポンプ用のガスケットとワッシャーを指定するエンジニアは、一貫した品質と性能を確保するために該当する業界標準を参照する必要があります。

ガスケット規格

ASME B16.20:管フランジ用金属ガスケット（リング{0}}ジョイント、スパイラル-巻、ジャケット付き）

ASME B16.21:管フランジ用非金属平形ガスケット

API 601:製油所配管用金属ガスケット

EN 1514:フランジとその接合部 - PN 指定フランジ用ガスケットの寸法-

ワッシャーの規格

ASME B18.22.1:平座金

ASTM F436:高力ボルト用硬化鋼ワッシャー-

DIN 125:平ワッシャー 製品グレードA

DIN 127:ばね座金

ポンプフランジのボルト締め規格

ASTM A193:高温または高圧サービス用の合金-鋼およびステンレス鋼のボルト

ASTM A194:高圧または高温用途のボルト用炭素鋼および合金鋼ナット

結論: 信頼性の高いゼロリークポンプ性能の達成-

化学ポンプ システムにおける漏れゼロの性能は、機器のライフサイクル全体を通じてコン​​ポーネントのシールに適切な注意を払うかどうかにかかっています。-金属ワッシャーとガスケットは、プロセス条件に基づいた正しい選択、定義された手順を使用した適切な取り付け、およびシーリングの完全性を維持するための継続的なメンテナンスを必要とする設計製品です。

漏れのないポンプ動作のための重要な原則は次のとおりです。{0}

ガスケットの材質を化学環境および熱環境に適合させる

各接続ポイントに適切なタイプのワッシャーを使用してください

適切なフランジ表面の準備とボルトの締め付け手順に従ってください。

従来のシーリングが継続的な課題を抱えている用途には、Aulank などのメーカーの磁気駆動ポンプなどのシールレス ポンプ技術を検討してください。

漏れが発生する前に問題の発生に対処するために、定期的な検査とメンテナンスを実施します。

これらの要件を理解している工業用ファスナーのサプライヤーは、要求の厳しいポンプ用途に適切なコンポーネントを指定する際に貴重なサポートを提供できます。知識豊富なサプライヤーと協力することで、異常なサービス条件が発生した場合でも、適切な資料、適切な文書、および技術支援にアクセスできるようになります。

よくある質問

Q: ポンプフランジガスケットはどのくらいの頻度で交換する必要がありますか?

A: 何らかの理由でフランジ付きジョイントが開いた場合は、必ずガスケットを交換する必要があります。シールされたジョイントが損傷を受けていない場合、交換間隔はサービスの厳しさによって異なります。積極的な化学サービスでは、1 ～ 2 年ごとの定期交換が必要になる場合があります。安定した温度で穏やかに使用すると、漏れが観察されない場合、交換までに 5+ 年かかる場合があります。

Q: うず巻形ガスケットは再利用できますか?

A: いいえ。うず巻形ガスケットは、取り付け中に圧縮されると永久に硬化します。材料が元の厚さと適合性に戻らないため、再利用すると通常、漏れが発生します。

Q: ポンプフランジのボルトが緩む原因は何ですか?

A: 一般的な原因には、ポンプ動作による振動、ボルトとフランジ間の膨張差を引き起こす熱サイクル、時間の経過によるガスケットの緩和、および不適切な初期トルクが含まれます。適切なロック ワッシャーまたはウェッジ ロック システムを使用し、正しい締め付け手順に従うことで、緩みを最小限に抑えることができます。{1}

Q: 磁気駆動ポンプにはシャフト シールがないのに、なぜガスケットが必要なのでしょうか?

A: 磁気駆動ポンプは動的シャフトシールを排除しますが、フランジ接続部、ケーシング接合部、および格納容器シェルの境界面に静的シールポイントが存在します。これらの静的ジョイントにはガスケットまたは O- リングが必要ですが、静的シールは本質的に動的シャフト シールよりも信頼性が高くなります。

Q: PTFE ガスケットと EPDM ガスケットのどちらを選択すればよいですか?

A: PTFE は幅広い耐薬品性を備え、ほとんどの酸、塩基、および溶剤を処理します。 EPDM はコストが安く、水、蒸気、希薄化学薬品には適していますが、石油製品や強力な酸化剤には使用できません。化学物質への曝露が不確実な場合には、PTFE がより安全な選択です。