非金属ガスケット: 材質、温度、選択ガイド

A 非金属ガスケットは 2 つの合わせフランジ間のシール界面であり、その材料仕様により、パイプラインのジョイントが 20 年間保持できるか、数か月以内に破損するかが決まります。化学的適合性、温度範囲、圧縮性、および耐クリープ性は、PTFE、グラファイト、ゴム、および圧縮繊維のグレードごとに異なる相互作用を及ぼします。腐食性または高温の用途で間違った材料を選択すると、漏れが発生するだけでなく、計画外の停止、規制上のインシデントが発生し、元のガスケットの価格をはるかに上回る交換コストが発生します。このガイドでは、非金属ガスケットの調達の決定要因となる 4 つの仕様に関する質問を解決します。

-200℃

260℃まで

延伸PTFEガスケットの使用範囲

3,000

psiボルト荷重

圧縮繊維グレードの最小着座応力

pH 0 ～ 14

フルレンジ

バージン PTFE の耐薬品性エンベロープ

化学用途に適したガスケット材質はどれですか?

化学的適合性は、非金属ガスケットを選択する際の主要なフィルターです。周囲温度で完全に密閉する材料でも、プロセス流体にさらされると数週間以内に膨潤、硬化、または溶解する可能性があります。以下の表は、最も一般的な非金属ガスケット材料とその耐薬品性プロファイルを示しています。

材質	酸	アルカリ	溶剤	炭化水素	蒸気
バージンPTFE	素晴らしい	素晴らしい	素晴らしい	素晴らしい	良い
延伸PTFE（ePTFE）	素晴らしい	素晴らしい	素晴らしい	素晴らしい	素晴らしい
フレキシブルグラファイト	良い	良い	良い	素晴らしい	素晴らしい
NBRラバー	限定	良い	貧しい	良い	貧しい
EPDMゴム	良い	素晴らしい	貧しい	貧しい	良い
圧縮繊維 (CAF)	限定	限定	限定	良い	良い

強酸 (H₂SO₄、HCl、HNO₃)

バージン PTFE または延伸 PTFE は、全濃度範囲にわたって高濃度鉱酸に耐える唯一の材料です。 NBR および CAF ガスケットは、70% を超える濃硫酸にさらされると 48 ～ 72 時間以内に膨張し、圧縮強度が低下します。

苛性アルカリサービス

EPDM ゴムは、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムの使用下で 80°C まで信頼性の高い性能を発揮します。高温での苛性物質濃度が 30% を超える場合は、ePTFE が推奨されます。EPDM は、長期間使用するとこのしきい値を超えると引張強度が低下し始めます。

炭化水素および石油サービス

柔軟なグラファイトと NBR ゴムは、石油、燃料、炭化水素サービスの標準的な選択肢です。 PTFE は化学的に適合しますが、摩擦係数が低いため、高圧炭化水素フランジのボルト荷重下でコールドフローが発生します。これに対処するには、ガラス入り PTFE または ePTFE を指定してください。

非金属ガスケットはどのくらいの温度に耐えられますか?

温度は、使用上限（それを超えると材料がシールの完全性を失います）と下限（その温度を下回ると脆化または硬化によりボルト荷重下で適切な圧縮が妨げられます）の両方を決定します。動作ウィンドウでは、定常状態のプロセス温度と、起動時、シャットダウン時、およびプロセスの混乱時の一時的な変動の両方を考慮する必要があります。

フレキシブルグラファイト

-200℃ to 450°C (oxidising); to 3000°C (inert)

非金属ガスケット材料の中で最も高い熱天井。空気中で 450°C を超えると酸化するため、金属補強なしでの使用は制限されます。

延伸PTFE（ePTFE）

-200℃ to 260°C

熱窓全体にわたって最も幅広い耐薬品性。コールドフローの傾向には、制御されたボルト荷重が必要です。トルクは、メーカーが指定した着座応力に達するものであり、感じないようにする必要があります。

バージンPTFE

-200℃ to 230°C

ePTFEよりも耐クリープ性が低い。ガラス充填 (25% GF) またはカーボン充填グレードは、有効耐荷重範囲を拡大し、高温でのコールドフローを軽減します。

EPDMゴム

-50℃～150℃

蒸気定格 EPDM グレードは、断続的な使用で 160°C に達します。 150°C を超える温度が継続すると、硬化が進行し、圧縮回復力が失われます。

圧縮繊維 (CAF)

-40℃～400℃

アラミド繊維グレード (従来のアスベストに代わる) は、良好なボルト荷重保持力を備えながら、高温で蒸気、油、ガスを処理します。最新の CAF 供給品すべてについてアスベストフリー認定を確認します。

NBRラバー

-30℃～120℃

周囲炭化水素サービスの費用対効果が高い。標準グレードでは -30°C 未満では脆くなります。低温 NBR 化合物は、冷凍および極低温に隣接したサービスの下限を -50°C まで拡張します。

臨界温度ルール

通常の動作温度ではなく、常に最大プロセス変動温度に合わせてガスケットの材質を指定してください。通常は 120°C で動作しますが、起動時にピークに達する温度が 180°C になる蒸気ラインには、余裕を持った 180°C 定格の材料が必要です。定常状態の性能に関係なく、ピーク温度でのガスケットの故障はガスケットの故障です。

非金属ガスケットの厚さを選択するには?

ガスケットの厚さは好みではなく、フランジの表面仕上げ、ボルトの荷重、操作圧力、材料の圧縮特性によって決まる計算パラメータです。完全なフランジ面接触を実現する最も薄いガスケットが、ほぼ常に正しい仕様となります。

ルール1

フランジの仕上げに厚さを一致させる

滑らかな機械加工仕上げ (Ra 3.2 ～ 6.3 µm) のフランジは、0.8 mm の薄さのガスケットに効果的に取り付けられます。この材料は、余分な厚みを必要とせずに、ボルト荷重下での微細な表面の凹凸を埋めます。粗いまたは腐食したフランジ (Ra 12.5 μm 以上) では、漏れ経路を作らずに表面の変化に対応するには 1.5 ～ 3.0 mm の厚さが必要です。フランジ面の準備が不十分な場合は、決して薄いガスケットを使用しないでください。代わりにフランジの表面を再研磨してください。

ルール2

薄いシールは高いボルト負荷の下でも優れています

ガスケットを薄くすると、フランジのギャップを埋めるために圧縮する必要のある材料が少なくなるため、同等のボルトトルクでより高い着座応力が得られます。適切なボルト荷重を備えた ASME クラス 300 以上のフランジの場合、1.5 mm PTFE または 1.6 mm フレキシブルグラファイトは、ボルト荷重の長期保持において 3.0 mm 相当の性能を上回ります。材料が厚いほど、長期にわたる持続的な圧縮応力下でクリープする質量が大きくなります。

ルール3

用途別の標準厚み

用途別の業界標準の厚さの選択: 低圧水および HVAC フランジには 3.0 mm ゴムまたは CAF が使用されます。 ASME クラス 150 ～ 300 のプロセス配管では 1.5 ～ 2.0 mm PTFE またはグラファイトが使用されます。クラス 600 を超える高圧および高温サービスでは、フランジ設計者の計算で必要な場合、金属補強インサートを使用して 0.8 ～ 1.5 mm を指定します。

ルール4

熱サイクルによる圧縮損失を考慮する

フランジの加熱と冷却という熱サイクルごとに、フランジ、ボルト、ガスケット間の熱膨張差によってボルトの負荷が緩和されます。圧縮率の高い材料 (ゴム、CAF) は、硬い材料よりもこの緩和によく対応します。頻繁な熱サイクルにさらされるフランジでは、定常状態の最小値より 10 ～ 15% 厚いガスケットを指定するか、サイクルを通じてシール応力を維持するバネ付勢の ePTFE 設計に切り替えてください。

どの非金属ガスケットが最も長持ちしますか?

非金属ガスケットの耐用年数は、その材料が化学的攻撃、熱老化、圧縮永久歪みという 3 つの主要な劣化メカニズムにどれだけ耐えられるかによって決まります。単一の材料が 3 つすべてに優るものはありません。寿命は常に、材料を特定の使用条件に適合させるかどうかによって決まります。

拡張 PTFE — 化学サービスで最長の寿命

化学プロセスフランジの ePTFE ガスケットは、十分に仕様が定められた設置環境では、交換することなく通常 10 ～ 15 年の耐用年数を達成します。この素材の pH 0 ～ 14 にわたる化学劣化に対する耐性は、バージン PTFE よりも耐クリープ性が高い多方向繊維構造と組み合わせることで、化学プラントの長期シールのベンチマークとなります。製薬および半導体施設の文書化された設備では、継続使用で 12 ～ 18 年で最初のガスケット交換が行われると報告されています。

フレキシブルグラファイト — Longest Life in High-Temperature Services

蒸気、熱油、および 200°C を超える高温ガスの用途では、ステンレス鋼インサート補強を備えた柔軟なグラファイトは、他のすべての非金属オプションよりも一貫して優れた性能を発揮します。持続的な熱負荷下でも劣化したり、硬化したり、圧縮永久歪みが発生したりしません。発電所の設備では、計画されたメンテナンス間隔の間のグラファイトガスケットの耐用年数が 8 ～ 12 年であると報告されています。多くの場合、ガスケットは予定された交換期間よりも長持ちします。

EPDMゴム — Longest Life in Water and Steam Services

EPDM の 150°C 天井内で動作する飲料水、冷水、および低圧蒸気フランジでは、高品質の EPDM ガスケットは 7 ～ 10 年の耐用年数を実現します。この材料の優れた圧縮回復力 (動作温度で 1,000 時間後も元の厚さの 85 ～ 90% を維持) により、再トルクを行わなくても、取り付け間隔全体にわたってボルトの荷重とシール応力が一定に保たれます。

材質に関係なくガスケットの寿命を縮める原因

すべての材料カテゴリで 4 つの取り付け失敗がガスケットを早期に破壊します。取り付け時のボルト荷重が不十分 (材料の最小着座応力を下回っている)、材料を弾性限界を超えて押しつぶす過剰なトルク、腐食または凹凸のあるフランジ面へのガスケットの取り付け、およびすでに圧縮永久ひずみが発生したガスケットの再利用です。フランジが破損するたびに、例外なく、新しいガスケットを使用することが、寿命を延ばす最も効果的な方法です。

正しいものを指定する非金属ガスケット工場全体の単一の標準をデフォルトとするのではなく、各使用条件に応じて、体系的なフランジ監査を実施した施設では年間ガスケット交換量を 40 ～ 60% 削減します。ガスケットの単価は、防止可能なシールの故障に伴う労力、ダウンタイム、安全コストに比べれば微々たるものです。