波形金属ガスケット: 選択、温度およびシールガイド

技術リファレンス

A 波形金属ガスケット薄い金属シート (通常はステンレス鋼、炭素鋼、または合金) から形成されたシール要素で、一連の同心円状または平行な隆起部にプレス加工されています。これらのリッジはボルトの荷重を狭いシールラインに集中させ、固体金属の代替品よりも低い全体的なフランジ応力で漏れのない接合を実現します。このガイドでは、塗布のタイミング、温度性能、必要なシール応力、熱交換器の適合性など、選択に関する重要な決定事項をすべてカバーしています。

波形金属ガスケットをいつ使用する必要がありますか?

高圧と高温の組み合わせ

システムの動作条件が圧縮繊維または PTFE シートの能力を超える場合 (通常は 260 C (500 F) 以上、または 100 bar (1450 psi) 以上）には、波形金属ガスケットが正しい選択です。波形プロファイルは、柔らかいガスケットが緩む可能性がある熱サイクル下でも、シールリッジ全体の残留応力を維持します。

化学的に攻撃的な媒体

プロセス流体がエラストマーや非金属フィラーを攻撃する場合（濃酸、塩素化溶剤、水素供給、400℃を超える蒸気）、地金または金属ジャケットの波形ガスケットにより、シール経路から有機成分が除去されます。グレードの選択 (316L、インコネル 625、チタン) は、必要な耐食性に直接対応します。

ボルト荷重が制限されたフランジ

波形ガスケットは応力をガスケット面全体に分散させるのではなく、尾根接触線に集中させるため、スパイラル巻きまたはリングジョイントタイプよりも低い組み立てボルト荷重で適切なシールを実現します。このため、ボルト数が制限され、フランジの剛性が制限される熱交換器チャネルフランジに適しています。

熱サイクルと振動環境

波形金属ガスケットはスプリングバック挙動を示します。リッジは、熱緩和または振動によるボルト荷重損失の後に部分的な接触応力を回復する機械的スプリングとして機能します。この自己補償動作により、往復コンプレッサーのフランジ、蒸気ライン、加熱ヒーターの接続において、固体の平らな金属ガスケットに比べて信頼性が大幅に向上します。

平面フランジと平面フランジの規格

波形ガスケットは、ASME B16.5 および B16.47 の平面フランジ、EN 1092 PN シリーズフランジ、および加工溝のない API 660 熱交換器フランジと寸法互換性があり、フランジの再加工が不可能な既存の設置において、ファイバーまたはグラファイトガスケットのドロップインアップグレードとなります。

高温に耐える波形金属ガスケットはどれですか?

温度耐性は、母材合金と、波形コアに積層された軟質表面材 (存在する場合) によって決まります。以下の表は、合金の選択と最大連続使用温度を対応付けています。

金属・合金	連続最高温度	キーのプロパティ	代表的な用途
炭素鋼(A36/SS400)	450℃ (840°F)	低コスト。良い強さ	低合金蒸気、水道サービス
316L ステンレス鋼	600℃ (1112°F)	耐腐食酸化性	プロセス配管、熱交換器
321 / 347 ステンレス鋼	650℃ (1200°F)	感作に対して安定化	高温スチーム、加熱ヒーター
アロイ800H/800HT	870℃ (1600°F)	高い耐クリープ性	改質器出口、熱分解ライン
インコネル625	980℃ (1800°F)	耐酸化塩化物性	硝酸、海洋、廃熱
ハステロイ C-276	1000℃ (1832°F)	最も幅広い耐薬品性	攻撃的な酸、FGD システム

表面材とその温度限界

多くの波形金属ガスケットには、わずかに損傷したフランジ表面のなじみ性を向上させるために、リッジ面にラミネートされた軟質表面材 (グラファイト、PTFE、またはマイカ) が付属しています。フェーシングの選択により、金属コアとは独立して使用可能な温度に上限が設定されます。

柔軟なグラファイトフェーシング: 酸化使用時の定格温度は 550 C (1022 F)。還元性/不活性雰囲気で最高 3000℃
PTFE フェーシング: 260 ℃ (500 °F) に制限されます。攻撃的な酸および医薬品サービスに好まれます
マイカ面: 定格900℃（1650°F）。高温炉や焼成ヒーターのフランジに使用
ベアメタル (フェーシングなし): 最高温度は合金のみによって決まります。より滑らかなフランジ仕上げが必要です (Ra 1.6 ～ 3.2 ミクロン)

波形金属ガスケットにはどのくらいのシール応力が必要ですか?

波形金属ガスケットのシール応力要件は、ASME パラメータの 2 つによって定義されます。最小設計シート応力 y (初期アセンブリ) とガスケット係数 m (運転維持係数)。これらの値は、まさに波形の尾根が局所的な接触圧力を増幅させるため、固体金属ガスケットの値よりも低くなります。

最小着座応力 (y)

裸の 316L 波形ガスケットの場合、典型的な設計の着座応力 y は、リッジのピッチとシートの厚さに応じて 55 ～ 90 MPa (8000 ～ 13,000 psi) の範囲になります。グラファイト表面の波形ガスケットでは、柔らかい表面が中程度の応力下で適合するため、より低い y 値 (通常は 28 ～ 55 MPa (4000 ～ 8000 psi)) が必要です。

ガスケット係数 m (動作時)

波形金属ガスケットの m 係数は通常 2.75 ～ 3.75 の間にあります。これは、動作圧力下の残留ガスケット応力が内部流体圧力の少なくとも 2.75 ～ 3.75 倍に等しくなければならないことを意味します。これはリングジョイントガスケット (m = 5.5 ～ 6.5) よりも大幅に低く、必要なボルト荷重とフランジの厚さが軽減されます。

ボルト荷重の計算

必要なボルト荷重 W = y x Ag (着座状態) または W = 2b x pi x G x m x P (動作状態)、ここで Ag はガスケット接触面積、b は有効着座幅、G は平均ガスケット直径、P は設計圧力です。制御（より高い）値はスタッドのサイズを決定します。ほとんどの DN100 ～ DN400 熱交換器フランジでは、波形ガスケットを使用すると、リングジョイントと比較してボルトサイズを 1 ～ 2 小さくすることができます。

フランジ表面仕上げ要件

裸の波形金属ガスケットには、Ra 1.6 ～ 3.2 ミクロン (63 ～ 125 AARH) のフランジ表面仕上げが必要です。グラファイト面波形ガスケットは最大 6.3 ミクロン (250 AARH) の Ra に耐え、再加工せずに使用済みのフランジに再利用するのに適しています。 Ra 0.8 ミクロン未満の仕上げは推奨されません。表面が滑らかすぎると摩擦が減少し、動作振動下でガスケットがクリープする可能性があります。

熱交換器に最適なガスケットはどれですか?

熱交換器は、プロセスプラントで最も要求の厳しいガスケット環境を提供します。たとえば、近接した複数のフランジ接合、シェルとチューブ束の間の熱膨張差、ボルトへのアクセスの制限、頻繁なメンテナンスの引き離しなどです。の波形金属ガスケットシェルアンドチューブ用途の大部分において、競合するタイプよりも効果的に 4 つの課題すべてに対処します。

よくある質問

波形金属ガスケットはフランジを引き離した後でも再利用できますか?

グラファイト表面の波形金属ガスケットは、通常、グラファイト表面に破れがなく、金属コアが設計厚さ以下に永久に潰れておらず、フランジ表面が許容可能な状態であれば、一度再利用できます。裸金属の波形ガスケットは再利用しないでください。最初の取り付けでは尾根の先端が永久に変形し、再組み立て時の残留取り付け応力は漏れのない状態で使用するには不十分です。

波形メタルガスケットと鋸歯状メタルガスケットの違いは何ですか?

鋸歯状ガスケットには、中実の金属リングに機械加工された同心の V プロファイル溝があり、鋸歯状の溝は厚い基板上の表面の特徴です。波形ガスケットは薄い金属板から形成されており、断面全体が波状になっており、弾性のあるスプリングバックが得られます。鋸歯状ガスケットは非常に高い着座応力を必要とし、通常はリング溝フランジに使用されます。波形ガスケットは、ボルト荷重が低い場合に標準の平面フランジに使用されます。

波形金属ガスケットの厚さはどのように指定されますか?

波形金属ガスケットは、自由状態の厚さではなく、圧縮された（取り付けられた）厚さによって指定されます。標準の圧縮厚さは 1.5 mm ～ 4.5 mm です。自由状態の高さは通常、圧縮された厚さの 1.5 ～ 2.5 倍です。熱交換器ガスケットの寸法規格は、プロジェクトの仕様に応じて、ASME B16.20、EN 1514-6、および API 660 付録 G に従います。

波形金属ガスケットには特別な取り付けトルク順序が必要ですか?

はい。波形メタルガスケットでは、最低 3 パスでクロスパターンのトルクシーケンスを適用する必要があります。つまり、目標トルクの 30%、70%、次に 100%、続いて動作温度での接合部の熱調整後に 100% での最終パスです。この漸進的な荷重により、ガスケット全周にわたって均一なリッジ圧縮が保証され、スプリングバックの利点を排除する局所的な過度のクラッシュが防止されます。