技術論文《共著》

フランジ締付け作業の可視化を目指す
ガスケット締付けサポートシステムの紹介
2. プラント市場の現状と課題

2019 年 6月1日に、国立研究開発法人 産業技術総合研

ガスケットが多く使用されているプラント市場において、プラ究所（以下「産総研」）と当社は、「バルカー - 産総研 先端機

ントの安全操業を行うにあたり、高圧力容器の適切な維持管能材料開発連携研究ラボ」（以下「連携研究ラボ」）を設立し理は必要不可欠である。取り扱う流体は可燃性、引火性、た（Figure1）。連携研究ラボでは、従来の技術を深掘りし、爆発性、毒性などの性質を持つ場合もあるため、漏えいが差別化する技術開発を行うだけではなく、産総研の保有す災害や事故につながる恐れがある。そのため、プラント従事る技術を幅広く活用し、当社のコア技術と組み合わせ、オー者はプラント内にある多数のフランジ締結部が適切に締め付プンイノベーションによる技術開発を行っている。連携研究ラけられているか、日々管理をしている。
しかしながら、フランジ締結が起因の災害・事故はいまだ点を置き、様々な研究領域からなる「エコシステム」な研究開に多く発生している。国内における高圧ガス事故の原因別発を実行出来る体制を取っている。

推移をTable1に示す。これらの統計が示すとおり、設備の維今回、産総研九州センターで保有しているセンシング・可持管理の不良による災害事故の総件数はやや増加傾向に視化による診断技術と、当社が保有するシール技術を融合あり、更にその構成要因の約 30%を「フランジ締結起因」がすることにより、新たな技術開発である「フランジ締付け作業占めている。そのためメンテナンス時の適切なフランジ締結はを可視化したガスケット締付けサポートシステム」を紹介する。

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。

本システムは、ガスケット近傍にセンサーを設置し、開発プロまた、近年保全スキルを持った労働者は減少傾向にある。

グラムと連動させることにより、ガスケットの締結状態を直接モフランジ締結における技術と知識の底上げのため、ASMEニタリング出来るシステムである。

PCC-1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付け作業の教育プログラムが注目され始めている。併せて作業者の技能によらないフランジ締付け管理も重要である。
Table1
西暦

Figure1

連携研究ラボの概要

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2020 年

10472223714249

2019 年

15584133510297

2018 年

12499

193513290

2017 年

113

9729308277

2016 年

109109204210290

2015 年

9360

311721222

2014 年

7855

191116179

2013 年

8056281620200

2012 年

6559658112082011 年

6766

66

820227

出典：経済産業省「高圧ガス関係事故集計」

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Summer 2023

ボは、産総研のつくばセンター、九州センターなど複数に拠

バルカー技術誌

1. はじめにNo.45

フランジ締付け作業の可視化を目指すガスケット締付けサポートシステムの紹介

更に、一般的に現在使用されている締付け管理方法は間いていたり、無潤滑であったりした場合は、トルク係数が高く接的な管理方法であり、精度の高い締付け管理を行うには、なりガスケットにかかる面圧は低くなる。ボルト軸力管理の場

ガスケットにかかる面圧を直接計測し管理する手法がより良合は、各部材の摩擦を考慮する必要はないが、フランジ面いと考える。今回開発したシステムは、ガスケットにセンサーを間が広い場合や面間が平行でない場合は、ガスケットにかか設置し、ガスケットを締め付ける際の物性値の変化を計測し、る面圧を適切に計測出来ない恐れがある。

締付け完了を発信するシステムである。

本システムの有効性を確認するため、二つの実証実験を行った。一つ目は、錆び付いたボルトを用いたトルク法での締3. ガスケット締付けサポートシステム

付けについて検証した。Figure5に、潤滑剤を塗布したボル3-1）システム概要Figure2は、本システムの原理を用いた評価システムの概略図を示す。ふっ素樹脂圧延シートガスケットNo.GF300にセバルカー技術誌

ンサーを組み込み、締付け状態を画面上で表示する機構である。Figure3は、本システムを用いて管フランジ締結体の締付け状態を可視化したシステム画面例を示す。各ボルトの締付け状態を〇・△・×の3 段階で判定しており、ボルトごとに締付け不足の箇所を判別することが出来る。
管フランジ締結体は多数本ボルトにて締め付けられ、締付Summer 2023

け作業はボルト一本ずつ行われる。ガスケットの呼び径が大きい場合はボルト本数も多く、ボルトの締め忘れも起こりやすくばらつきも大きい。また、長期的に高温で使用されたフランジ

Figure2

評価システムの概略図

Figure3

締付け状態判定システム

はフランジ面が歪んでいることが多く、たとえ均等にボルトを締め付けても部分的に締付け不足が起きることがある。本システムはボルトごとに締付け状態を判定することが出来るのNo.45で、このような場合にも有効であると考える。
Figure4は、本システムにおけるセンシング値とそのガスケット面圧における漏れ量との関係の例を示す。Figure4より、センシング値の変化点（赤矢印部分）でガスケットの漏れ量が大きく減少しており、センシング値から適切な締付け状態を判定で出来ることが分かる。プラントにおける漏れ量の判定基準であるカニ泡はおおよそ3.0×10−4Pa・m3/sであり、変化点を超えると安定したシール性能が得られると言える。
3-2）既存締付け管理方法との比較実験
ガスケットの定量的な締付け管理方法として、トルク法、回転角法、超音波軸力計及びボルトテンショナーによるボルト軸力管理などがある。いずれの方法も一長一短があり、作業性、施工精度などのバランスを総合的に判断し選択している。しかしながら、これらの管理手法はガスケットに負荷される面圧を直接管理してはいない。締付けトルクやボルト軸力はボルトにかかる力を管理しているため、実際にガスケットにかかる面圧と異なる場合がある。例えばトルク法の場合、各部材の摩擦特性によりばらつきが生じやすい。ボルトが錆つ
3Figure4 センシング値と漏れ量の関係例

技術論文《共著》

トと錆ついたボルトを使用した場合の比較実験結果を示す。

いと信頼されている超音波軸力計と同程度に小さい結果とセンサーを組み込んだガスケットをフランジに設置し、締付けトなった。また、締付け完了までにかかる時間は、超音波軸力ルク30、50、70N・mで段階的に締め付けている。Figure5

計が最も長いのに対し、本システムが最も短い結果となった。

より、ボルトに潤滑剤を塗布した場合は、締付けトルク30N・

このように本システム用いると、ばらつきが少ない締付けを短m からセンサーが反応し始め、締付けトルク50N・mですべ時間で行えることが実験で実証出来た。てのボルトが締付け完了となった。一方、錆ついたボルトを使用した場合、高い締付けトルクを負荷してもすべてのボルトでセンサーが反応しなかった。
なお、締付け後のガスケットの表面状態を確認した結果をFigure5に示す。ボルトに潤滑剤を塗布した場合は、フランジ面の跡が明確であったが、錆ついたボルトの場合はフラン締付けトルクを上げてもセンサーの反応なしジ面の跡は見られず、ガスケットに適正な荷重が負荷されてバルカー技術誌いないことが分かる。
二つ目の実験として、既存の締付け管理手法と精度及び締付け時間を比較した。Figure6にその実験結果を示す。
既存締付け管理手法は、トルクレンチを用いたトルク法、スパナを用い数値管理をしない手法、及び超音波軸力計を用いた軸力管理法とした。スパナを用いる手法については、締付Summer 2023

け作業の経験が多い熟練者と初心者で実施した。同一寸法のフランジ締結体をそれぞれの締付け手法で締め付けた際のフランジ面間の距離、ばらつき（最大値 - 最小値）、締付け完了までの時間を測定した。なお、締付け手順はすべての手法ともJIS B 2251に沿った手順とした。
Figure6より、フランジ面間の平均値はすべての手法で同程度であったが、ばらつきを示す最大値と最小値の差分については、本システムを用いた手法が、最もばらつきが少な

Figure6

No.45

Figure5 ボルトの状態による影響評価結果

既存管理手法との比較実験結果4

フランジ締付け作業の可視化を目指すガスケット締付けサポートシステムの紹介

4. 今後の取り組み

付け状態を確認出来ることはもちろん、その挙動を記録することも出来る。締付け作業時だけでなく、締付け後の確認作

国内大手プラント会社より、本システムのコンセプトについ業などにも有効であると考えられる。今後は実証試験装置をて共感をいただいている。今後は本システムの実証機を用い用いて、フィールドテストを行い、より市場ニーズに沿った商て、フィールドテストを重ねながら、ブラッシュアップを行い、市品化を進める。

場投入を進める予定である。
その第一弾として、実証試験装置を用いたフィールドテストの運用実験を始める。Figire7は実証試験装置を示す。こ5. おわりにの実証試験装置はうず巻形ガスケットにおける締付け状態を今回、産総研と協業で進めている連携研究ラボの取り組ボルトごとに判定する装置である。作業者がリアルタイムで締みの一つとして、メンテナンス時のフランジ締付け作業の可視化を目指す「ガスケット締付けサポートシステム」を紹介した。
将来的にはプラント操業中の締結状態を監視出来るシステム

バルカー技術誌の実用化を目指して、更なる連携研究ラボでの研究を進めている。
この協業を行うことで、ハード製品及びサービス（H&S）による、スピーディーな顧客ソリューションの最大化を目指す。更に、安心・安全な産業界の活動を実現することで、広く社会
Figure7

実証試験装置に貢献していく所存である。

Summer 2023

高橋 聡美
技術総合研究所

H&S 事業本部
商品開発部
ガスケット開発チーム

寺崎 正

坂田 義太朗

国立研究開発法人
産業技術総合研究所
センシングシステム研究センター
4Dビジュアルセンシング研究チーム
チーム長

国立研究開発法人
産業技術総合研究所
センシングシステム研究センター
4Dビジュアルセンシング研究チーム
主任研究員

戸田 清華

No.45

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