ガスケットの適切な施工について

1. はじめにプラントの安全操業を行うにあたり、高圧力容器の適切なバルカー技術誌維持管理は必要不可欠である。取り扱う流体は可燃性、引火性、爆発性、毒性などの性質を持つ場合もあるため、漏えいが災害や事故に繋がる恐れがある。そのため、プラント従事者は、プラント内にある多数のフランジ締結部が適切な締結がなされているか、日々管理を行っている。
しかしながら、フランジ締結起因の災害事故件数は減少しWinter 2022ていないのが現状である。国内における高圧ガス事故の原因別推移をTable1 及び Figure1に示す。これらの統計がは減少傾向ではなく、更にその構成要因の約 30 %を「フランジ締結起因」が占めている。そのため適切なフランジ締結はプラントの安全操業を行う上で重要な課題の一つである。

No.42

Figure1 フランジ締結起因災害の件数・割合

示すとおり、設備の維持管理不良による災害事故の総件数

フランジ締結における技術と知識の底上げのため、ASME
PCC-11）に代表されるガスケットの施工に関する規格の整備や、シールトレーニングセンターのようなガスケットの締結作業2. ガスケット施工によるトラブル事例
実際に発生したガスケット施工に関するトラブル事例から要因を分析すると締付け不足、過剰締付け、片締めが主要因に挙げられる。
締付け不足とは、ガスケット全体に適切な面圧が負荷されていない状態のことである。ガスケットが全面座の場合やフラの教育プログラムが注目されている。
本報では、フランジ締結が起因となったトラブル事例などもンジ・ボルト強度が不足する際に生じやすい。また、応力緩踏まえ、ガスケット施工における注意点を整理し紹介する。

和などで更にガスケット面圧が低下することで、漏えいの発Table1
西暦

生、及び内圧に抵抗出来ずガスケットが流体に押し出されて設備の維持管理の不良による災害件数

腐食管理 フランジ 検査管理
容器管理
点検不良
不足 締結起因 不良
不良

計破損が生じること（吹き飛び）もある。吹き飛びが生じたガスケット外観をFigure2に示す。

2020 年

10472223714249

締付け不足とは反対に、過剰に締付けるとガスケットが圧2019 年

15584133510297

2018 年

12499193513290

縮破壊（圧壊）する場合がある。特にふっ素樹脂ジャケットガ

2017 年

1139729308277

2016 年

109109204210290

2015 年

9360311721222

2014 年

7855191116179

2013 年

8056281620200

2012 年

655965811208

2011 年

676666820227

出典：経済産業省「高圧ガス関係事故集計」

7

スケットで発生することが多い。Figure3のように多数の周状の亀裂が生じ破壊されることで、漏えいに至る。
片締めとは、偏った締付けによってガスケット面圧が不均一になる状態を指す。ガスケットに部分的な締付け不足や過剰締付けが生じることで、部分的な漏れや破断、変形が起こる。片締めの事例をFigure4に示す。一部の締付け力が低いため、フランジとガスケットの摩擦が低下し、内圧によって外に押出され、漏えいに至った事例である。

カスタマー・ソリューション

いずれのトラブルも締付け作業における不備に起因してお締付けが必要となる。

り、締付け管理がいかに重要であるかが分かる。そこで、適このような複 数 回の締 付け手 順を示した規 格として、切な締付け作業を行うため、基礎的な締付け手順、及び締ASME PCC-11）及び JIS B 225112）を紹 介 する。ASME付け管理方法を紹介する。

PCC-1、JIS B 2251ともボルトを対角（星形）に締付けた後、周回締めを行う。対角締めは、締付けトルクを段階的に増加させることで、ガスケットの片締め防止に効果的である。周回締めは隣り合うボルトで生じる弾性相互作用による締付け荷重の不均一を軽減させる効果がある。
ASME PCC-11）とJIS B 22512）の比較をTable2に示す。
JIS B 2251は、先に制定されたASME PCC-1を、より効率的にかつ正確に締付けられるようにした規格である。段階的に対角締付けを行う工程は、ASMEでは全ボルトが対象でFigure2

締付け不足によるガスケット吹飛び事例る。ボルト本数が多い場合により効率的である。目標トルクでの周回締付けについてもASMEではナットが回転しなくなるまでであるが、回数に上限を定めている。更に、ボルト本数 12本以上の場合に目標トルクを110%とすることも、ボルト軸力を目標値に早期に収束するための工夫である。なお、JIS Bケットとされている。ただし、当社の実験結果から、
No.GF300に代表される高機能シートガスケットやふっ素樹脂シートガスケットにも適用可能であることが分かっている。

Figure3

過剰締付けによる圧壊事例

Table2JIS B 2251とASME PCC-1 の締付け手順

JIS B 2251
段階
仮締
付け

本締
付け

ASME PCC-1

手順
4 本ないし8 本の対象ボルトのみ
段階的に対角締め
全ボルト周回締め100％
ボルト本数 12 本以上は目標トルク110％

No.42

段階

手順

仮締
付け

全ボルト
スナグトルク（20％以下）Round
1〜3

全ボルト段階的に対角締め

全ボルト周回締め100％
Round 4（ナットが回らなくなるまで）
周回数：4 〜 6 周
4 時間以上経過後
4 時間以上経過後増締め 本締付けと同様の締付け Round 5
Round 4と同様の締付け
周回数：1 〜 2 周
スナグトルク：ねじ座面を密着させるのに必要なトルク

Figure4

片締め（一部締付け不足）
による変形事例

3. 規格の締付け手順

Winter 2022

2251の適用範囲は、ジョイントシートガスケットとうず巻形ガス

バルカー技術誌あったが、JISでは4 本ないし8 本の対象ボルトのみとしてい

4. 締付け管理方法
ガスケットの定量的な締付け管理方法として、トルク法、回一般的に管フランジは多数本ボルトにて締結されるが、締転角法、トルクこう配法、超音波軸力計、及びボルトテンショ付け作業は通常一本ずつ行う。一旦締付けを終えたボルトナーによる軸力管理などがある。いずれの方法も一長一短の軸力は、他のボルトを締付けることによって変動し、ボルトがあり、作業性、施工精度などのバランスを総合的に判断し軸力が低下する場合が多い。この現象を弾性相互作用と呼選択する必要がある。Table3に各管理方法の比較を示す。

ぶ。弾性相互作用によるボルト軸力変動を補償し、ボルト締JIS B 1083 ねじの締付け通則 3）ではトルク法、回転角法、付け荷重を目標値に収束させるためには、複数回繰り返しのトルクこう配法が提案されている。トルク法は、トルクレンチな8ガスケットの適切な施工についてどを用い、締付けトルクのみを管理する。簡便で一般的な管理方法として広く用いられている。ただし、締付けトルクの約90%はねじ面や座面の摩擦で消費されるため、各部材の摩ASME PCC-1とJIS B 2251の締付け手順においてボルト軸力、フランジ面間を評価した結果を紹介する4）。試験方法

擦特性によりばらつきが生じやすい。
回転角法は、締付けによるねじの回転角を管理する方法

をTable4，5に、ボルト軸力の測定結果をFigure5、フランジである。ねじの弾性域の締付けにおいては、ねじの剛性が高面間の測定結果をFigure6に示す。ガスケットは、膨張黒鉛い場合にばらつきが大きくなる。逆に塑性域の締付けでは回をフィラー材としたうず巻形ガスケット（No.6596V）
及びジョイン転角誤差の影響を受けにくいが、ねじに塑性変形が生じる

トシートガスケット（No.6500）、寸法はJPI Class300 24inchでため再利用出来ないなどの課題がある。

ある。

バルカー技術誌

トルクこう配法は、締付け回転角と締付けトルクのこう配をFigure5より、No.6596VにおいてはJIS B 2251の方が締付け指標とし、ねじの降伏荷重が目標値となる。初期の締ASME PCC-1より、ボルト軸力のばらつきは少なく平均値も付けのばらつきを小さくし、かつ、ねじの弾性域を最大限に高い結果となった。これは、JISB B 2251において「うず巻形利用する場合に用いる。塑性域の回転角法と同様、ねじのガスケットでは、仮締付け完了後に50％の締付けトルクで円降伏点や耐力を超えないよう注意が必要となる。

周締めを行う」
ことが規定されていること、目標トルクを110％とボルトの軸力管理は、座面との摩擦の影響がないため高していることなどが挙げられる。うず巻形ガスケットはガスケッ

精度な締付け管理が可能であり、超音波軸力計やボルトテト幅が狭く、圧縮量も大きいため片締めが生じやすい傾向にンショナーなどの工具を用いて、ボルトの軸力を管理する。

ある。なお、ASME PCC-1では円周締めは、ナットが回転し超音波軸力計は、ねじの長さを測定し締付け前後のねじなくなるまでとなっており、Table5に示すように、JIS B 2251

Winter 2022の長さの差から軸力を求める方法であり、軸力とボルトの伸の周回数の方が多くなる場合もある。

びが比例関係にある弾性域でのみ適用出来る。精度が高次にFigure6のフランジ面間距離より、ボルト軸力の結果く、測定自体も容易であるが、事前にボルト両端面を平滑にと同じように、No.6596VにおいてはJIS B 2251の締付け手しておく必要がある。

順が最も面間距離が小さかった。また、フランジ面間距離のボルトテンショナーは、あらかじめ目標とする軸力まで油圧でボルトを引張り、ナットを締付けた後に油圧を開放することNo.425. 締付け手順によるボルト軸力への影響ばらつきについては、ASME PCC-1の締付け手順でもボルト軸力のばらつきほどは大きくない結果となった。

で所定の軸力を与える方法である。ボルトテンショナーを装着する分だけ、余分のねじ長さとスペースが必要となる。超音波軸力計、ボルトテンショナーとも高精度ではあるが、時間と費用がかかるため、高圧配管や大口径フランジなどの重要箇所に用いられることが多い。

Table4

試験条件

ガスケット

うず巻き形ガスケット
No.6596V

ジョイントシートガスケット
No.6500

寸法

JPI Class300 24inch
t4.5

JPI Class300 24incht3.0

なお、定量的ではない締付けとして、小口径フランジではフランジ座の直径φ692.2

φ692.2

ハンドスパナ、大口径フランジでは打撃レンチが用いられる場

ボルト

M39、24 本

M39、24 本合がある。しかしながら、ばらつきが大きく、締付け力をコント

目標
ガスケット面圧

40MPa

40MPa

ロール出来ず、均一な締付けには熟練を要する。シールメーカーとしてはTable3に示した定量的な締付け管理方法を推Table5奨する。
Table39

定量的な締付け管理方法

締付け手順

JIS B 2251

ASME PCC-1

目標値までの締付け段階

4 段階

3 段階

締付け管理方法

締付け指標

締付けの領域

トルク法

締付けトルク

弾性域

締付け手順

仮締付け時：対角締付け
本締付け時：円周締付け

対角締付け
円周締付け

回転角法

締付け回転角弾性域
塑性域

対象ボルト全てのボルト

トルクこう配法

締付け回転角に対する締付けトルクのこう配

仮締付け時：4 本
本締付け時：全てのボルト

弾性限界

11 段階

8 段階

超音波軸力計ボルトの伸び

弾性域

締付け完了までの総段階数

ボルトテンショナー

ボルト軸力

弾性域

備考

目標トルクの110％で締付け

円周締付け時はナットが回らなくなるまで締付けカスタマー・ソリューション

○No.6596V○JPI Class300 24inch[kN]
No.24150
No.23

No.22No.1

No.2[mm] No.1
○No.6596V
No.24 8.0○JPI Class300 24inch No.23No.3

No.22

No.4100

No.2150No.19No.6No.20

No.7

No.19No.8No.180No.18
No.17

No.13

[kN] No.1○No.6500
No.24 200
○JPI Class300 24inch No.23
No.21

No.6No.7

6.5

No.8
No.9
No.10

No.11
No.12

No.15
締付け前のNo.14
フランジ面間平均：約8.7mm

No.2[mm] No.1○No.6500
No.24 6.4
○JPI Class300 24inch No.23150

No.3

No.22

No.4

No.2050No.6No.20

No.190No.7

No.19No.8

No.18

No.18

No.10

No.15
No.11
目標面圧：40MPa
No.14
No.12
No.13
目標軸力 : 150.6[kN]
N…
N…
N…
N…
6N…
JISB 2251
ASME PCC-1
N…
N…
N…
ボルト軸力の分布
Figure5Figure5
ボルト軸力の分布

No.4

6.2

No.5
6.0

No.6
No.7

5.8

No.8

No.17

No.9

No.16

No.3

No.9

No.16

No.10

No.15
締付け前の
No.14
フランジ面間平均：約7.4mm
6JIS B 2251

Winter 2022

No.17No.2

No.21

No.5

100

No.13

No.11
No.12

バルカー技術誌

No.22

No.5
7.0

No.16

No.10

No.15
目標面圧：40MPaNo.14
目標軸力 : 108.2[kN]

No.4

7.5

No.17

No.9

No.16

No.3

No.21

No.5

No.20

No.2No.13

No.11
No.12

ASME PCC-1

フランジ面間距離
Figure6フランジ面間距離
Figure6

No.42
7. 参考文献

6. おわりに
国内プラントは設備の高経年化が進んでおり、2025 年までにほとんどの設備稼働年数が 40 年超過となる。そのため、「事故発生リスク増大」「稼働率低下による収益性ダウン」が想定される。本報では、ガスケットのトラブル事例と基礎的な

1）ASME PCC–1, Guidelines for pressure boundary
bolted flange joint assembly（2010）2）Japanese Industrial Standards. JIS B 2251
“フランジ継手締付け方法”（2008）,締付け手順、及び締付け管理方法を紹介した。当社はシー3）JIS B 1083, ねじの締付け通則（2008）

ルメーカーとして今後もシールエンジニアリングサービスを提供

4）藤原隆寛，“密封特性に対する締付手順の影響”，Valqua

し、漏えいによる災害や事故の撲滅に貢献する。

中出 賢志郎
Ｈ＆Ｓ営業本部

Technology News Vol. 37（2019）高橋 聡美
研究開発本部
商品開発部
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