バルブ・ポンプ・高温フランジシステム向け黒鉛シール材

黒鉛系シール材は、静的なフランジ継手、可動バルブステム、回転ポンプアセンブリで使用されます。材料の種類は似ていても、負荷は異なります。フランジガスケットは、広い面積にわたってボルトの圧縮を受けます。バルブパッキンは、可動ステムの周囲をシールします。ポンプパッキンは、シャフトが毎回転ごとにその下を通過する間、漏れを制御する必要があります。

QDZRT Graphiteは、シート、ガスケット、リング形状の黒鉛シール材を供給しており、高温システム向けのフレキシブル黒鉛シートも含まれます。注文はシール位置から始まります。次に寸法が続きます。その後、圧力と温度によって材料の形状が絞り込まれます。

黒鉛シールの三つの使用箇所

配管フランジは組み立て後は静止状態ですが、その荷重は変化します。ガスケットは締め付け中に沈み込み、ボルトは温度上昇に伴って膨張します。接続された配管は、ジョイントを回転させたり、片側の荷重を軽減したりする可能性があります。20 °Cに取り付けられたガスケットは、その後350 °Cで動作し、配管はこれらの状態の間で数ミリメートル移動する可能性があるため、「静止状態」のジョイントであっても、制御された着座荷重、既知の表面仕上げ、および文書化された締め付け手順が必要となります。

バルブステムは別の問題を引き起こします。多くのグランドパッキンボックスには5～7個のリングが入っています。グランドがスタックを圧縮し、リングは移動または回転するステムに対して内側に押し付けられます。小型バルブには20–35 mmステムが使用される場合があります。プロセスバルブでは50–100 mmに達することもあります。シール荷重はアクチュエータの利用可能な推力以下に抑える必要があり、パッキン配置は動作パターン、ステムの状態、および使用環境に適合する必要があります。

ポンプシャフトは連続的な滑り速度を加えます。40 mm スリーブは 1450 rpm で 3.0 m/s 付近で回転します。2900 rpm では、約 6.1 m/s に達します。80 mm スリーブは 2900 rpm で 12.1 m/s に近い値になります。この差によって摩擦熱と冷却の必要性が変わるため、ポンプパッキンは漏れ許容値、潤滑、およびフラッシング装置とともに見直す必要があります。

シール位置	一般的な黒鉛の形態	必要なプロジェクト入力情報	例示的な初期選定注記
隆起面フランジ	プレーンまたは強化黒鉛ガスケット	フランジ規格、圧力クラス、公称サイズ、面材タイプ、ガスケット厚さ、使用温度、承認ガスケットグレード	初期の RFQ では、プロジェクト例として PN 10～PN 40 または ASME クラス 150–300 と 1.0–3.0 mm の厚さについて言及されているかもしれませんが、承認されたガスケット データとジョイント計算が依然として優先されます。
より高い負荷または高温のフランジ	強化黒鉛ガスケット	表面仕上げ、ボルト材質、動作温度プロファイル、ガスケット補強要件、および承認された設置手順	購入者は選別時にクラス300–600の使用条件やより厚い構造について説明するかもしれないが、高負荷の場合には必ずグレード固有のガスケットデータと接合部固有の締め付け方法が必要となります。
バルブステム	金型成形黒鉛パッキンリングまたはパッキンセット	ステム径、グランドパッキンの内径と深さ、リング数、セクションサイズ、グランドスタッドサイズ、ステムの動き、およびパッキンボックスの温度	一般的な問い合わせメモには、20–100 mmステム、5–7リング、6–12 mmセクションについて記載されている場合があります。ただし、最終的な梱包寸法と負荷制限は、バルブOEMまたは承認された梱包手順に従う必要があります。
ポンプのスタッフィングボックス	編組黒鉛パッキンまたは成形リングセット	スリーブ径、回転数、計算された表面速度、ボックス深さ、リング配置、フラッシュ接続、ポンプで送液される媒体、温度	スクリーニングに関する注記には、25–100 mmスリーブまたは4–6リングについて記載されている場合があります。ただし、フラッシュ圧力、漏れ制御、および温度制限は、機器およびパッキンに固有のものです。

類似の黒鉛材料ファミリーが3つの用途すべてに共通して見られる場合もありますが、ガスケットやパッキンの構造、グレード、寸法は用途ごとに異なります。フランジには面寸法とボルトパターンが必要です。バルブにはステム径とボックスボアが必要です。ポンプにはスリーブ径と回転速度が必要です。したがって、発注ロジックはシール位置から始まり、1つのリングや汎用グレードを別の場所に移動できるという前提からではありません。

これらの表と数値注記は、RFQスクリーニングフレームワークであり、普遍的な定格ではありません。圧力クラスはフランジシステムを表します。グランドトルクは、スタッドサイズ、パッキン配置、および潤滑方法によって異なります。ポンプの冷却は、機器の手順に従ってください。最終的な制限値は、承認された製品データ、機械設計、および使用環境によって決まります。

フランジガスケット

黒鉛ガスケットは、接合面に密着するのに十分な初期応力と、緩和後の圧力に耐えるのに十分な残留応力が必要です。あるプロジェクトでは、35–70 MPaを初期着座応力範囲の例として、20–35 MPaを残留応力チェックポイントとして検討するかもしれませんが、これらの値は、承認されたガスケットデータ、フランジ形状、およびその接合部に使用される圧力設計方法と関連付けられた場合にのみ意味を持ちます。

PN 10、PN 16、PN 25、PN 40 は、公称フランジシステムを識別します。ASME クラス 150、クラス 300、クラス 600 は、別の定格システムを使用します。許容圧力は、フランジの材質と温度によって変化します。したがって、「クラス 300」は、固定の 300 psi 制限を意味するものではなく、ガスケットの着座応力の直接の代替として扱うべきではありません。

厚みによって緩和特性が変わります。1.0 mmガスケットは、より平坦な面を必要とします。1.5–2.0 mmガスケットは、多くの剛性接合部に適した実用的な中間層です。3.0 mmガスケットは、局所的な凹凸をより多く吸収しますが、ボルト荷重の制御をより厳密に行う必要があります。4.5 mm構造は、フランジ形状と補強がそれを支えている場合にのみ適しています。これらの厚みの例は、問い合わせの出発点として役立ちますが、承認された構造は、実際の接合部の面形状と耐荷重能力に合致している必要があります。

表面仕上げについても、文書化された基準が必要です。3.2–6.3 µm Ra付近のセレーション加工されたレイズドフェースは、フレキシブル黒鉛がそのテクスチャに適合できるため、しばしば見直されます。1.6 µm Raより低い場合、一部の接合部は機械的なグリップを失います。12.5 µm Raより高い場合、溝が薄型ガスケットには深すぎる可能性があります。これらの範囲は、普遍的な受入基準としてコピーするのではなく、承認済みのガスケットデータシートと特定のフランジ規格と照らし合わせて確認する必要があります。

ガスケット面積によって必要な総ボルト力が決まります。有効面積10,000 mm²に40 MPaを作用させるには、損失を考慮する前で約400 kNが必要です。面積を20,000 mm²に増やすと、その力は約800 kNになります。したがって、幅広の特注環状ガスケットは厚さだけでは承認できず、計算では全荷重面積、ボルトセット、フランジ剛性を考慮する必要があります。

プレーン黒鉛は多くのカバージョイントに適合します。強化黒鉛は取り扱いやすさと耐爆性を向上させます。高温ガスケット用フレキシブル黒鉛シートの選択の記事ではシートの構造について説明しています。柔軟性のある黒鉛製ガスケットとPTFE製ガスケットの比較では耐熱性とクリープ挙動を比較しています。

承認されたトルクの段階的な締め付け順序（例：30%、次に60%、次に100%）は、OEMまたは工場の手順書に記載され、その後、円形検証パスが続きます。正確な順序とN·m値は、ボルトの直径、潤滑剤の状態、および承認された接合方法によって決まります。OSHAのプロセス安全ガイダンスは、フランジボルトの均一なトルクと適切なポンプシール取り付けを含む管理された設置品質の必要性を支持していますが、これを固定されたパーセンテージの順序の出典として解釈すべきではありません。

バルブステムパッキン

バルブパッキンは、漏れと摩擦のバランスを取る役割を果たします。グランド荷重によってリングが軸方向に圧縮され、その荷重の一部がステムにかかる半径方向の圧力となります。圧縮が少なすぎると漏れが発生し、多すぎるとアクチュエータへの負荷が増加します。そのため、パッキンセットは、ステムの仕上げ、ボックスの形状、グランドのハードウェア、および使用時に想定される動作パターンと合わせて評価する必要があります。

一般的な黒鉛セットには、5–7 リングが含まれています。一般的な正方形断面には、6 mm、 8 mm、 10 mm、12 mm があります。50 mm ステムを 70 mm ボックス内に配置することで、公称 10 mm 半径方向のスペースが得られるため、10 mm リングが幾何学的な開始点となります。ボックスの深さによって、5 リングまたは 6 リングが装着後に収まるかどうか、また、エンドリング、編組コーナーリング、スペーサーが必要かどうかが決まります。

ステムの直径によって感度が変わります。20–35 mm ステムでは、0.2 mm の不一致がクリアランスの大部分を消費します。50–100 mm ステムでは接触面積が大きくなるため、グランド荷重が増加すると摩擦が急速に上昇します。表面仕上げは 0.4–0.8 µm Ra 付近でレビュー範囲として使用できます。また、振れが約 0.05–0.10 mm を超える場合は機器の検査が必要ですが、どちらの値も承認されたパッキン設計とバルブOEMの指定条件と照らし合わせて確認する必要があります。

パッキンでは損傷したステムを修復できないため、新しいセットを取り付ける前に、ステムの状態を合否判定基準として考慮する必要があります。ステムの傷、腐食、または過度の振れは、グランドナットをもう一度締めるよりもはるかに早く、漏れや作動力に影響を与えます。

グランドの締め付けトルクは、特定のボルトサイズ、スタッドの潤滑状態、パッキンセットの設計に合わせて調整する必要があります。グランドの調整は、バルブメーカーの手順書またはパッキンメーカーのトルク表に従って段階的に行い、グランドフォロワーの平行度、ステムの摩擦、移動量を監視しながら漏れのない気密性を確保します。最終的な締め付けパラメータは、承認されたエンジニアリング手順書および現地の試運転記録に基づいて検証する必要があります。

連続酸化サービスの場合、 450 °Cは多くのフレキシブル黒鉛パッキンに関する議論において妥当なスクリーニング上限値となります。蒸気または不活性ガスサービスでは600–650 °Cが許容される場合がありますが、パッキンセット全体、耐酸化性、およびバルブ構造がそれをサポートする必要があります。パッキンボックスの温度はプロセス温度よりも低い場合があります。どちらの値も有用であり、パッキングレードを選択する際には両方とも報告する必要があります。

装置の手順で許可されている場合は、最終的な漏れチェックの前にバルブを数回フルストロークさせ、両方のナットを均等に動かしてグランドを調整してください。OSTIから入手できる公式のバルブパッキンマニュアルには、漏れと作動力の関係が説明されており、あるテスト構成について0.18–0.33 mm クリアランスという数値が報告されています。これらの数値は特定のテスト構成を表しており、ステムやパッキンボックスの普遍的なルールではありません。最終的なリング寸法は、ステム、ボックスの内径、および取り付け深さから決定されます。

ポンプ軸シール

ポンプシャフトは表面速度を増加させます。40 mm スリーブは、1450 rpm で約 3.0 m/s、2900 rpm で約 6.1 m/s、3600 rpm で約 7.5 m/s の速度を生じます。直径 80 mm では、これらの値は約 6.1 m/s、 12.1 m/s、15.1 m/s に上昇します。したがって、表面速度は、パッキンが既に選択された後に見積もる詳細ではなく、必須の問い合わせ項目です。

表面速度の計算は、低負荷、中負荷、高負荷の用途を分けるのに役立ちますが、冷却要件はポンプ形式、パッキン構造、媒体、許容漏れ量、OEM手順によって決まります。プロジェクトでは最初の15–60 minにグランド温度を注意深く監視したり、ボックス圧力より一定量高い圧力でランタンリングへのフラッシュを指定したりできますが、いずれも普遍的な運転規則ではなく、装置固有の設定です。

潤滑黒鉛パッキンセットを使用した連続回転運転の場合、完全なパッキンデータでそれ以上の値が許容されない限り、260 °C付近を保守的なスクリーニング上限値として使用できます。システムによっては、300 °Cに達する場合があります。低速または静的黒鉛サービスに関する議論で使用される450 °Cの値は、摩擦熱、潤滑安定性、およびシャフトの状態が制御限界となるため、高速ポンプに直接適用してはなりません。

0.05 mm シャフト振れは、回転ごとに半径方向のギャップを変化させます。2900 rpm では、パッキンは毎分 2900 回そのサイクルを経験します。0.4–0.8 µm Ra スリーブは切削作用を軽減できますが、傷や位置ずれのあるスリーブは、グランド調整が安定する前に新しいリングセットを損傷する可能性があります。したがって、ポンプの負荷は、速度、表面状態、冷却を 1 つの実用的な承認判断に組み合わせます。

グランドパッキンには、4–6リングとランタンリングが含まれている場合があります。10 mm圧縮リング高さの場合、ランタンリングを1つ移動させると、10 mmを中心にずれて、フラッシュポートを塞いでしまう可能性があります。注文には、フラッシュがランタンリング、クエンチライン、またはその他の局所的な設計要素のいずれを通って流入するかを含めた、完全な軸方向配置が必要です。

圧縮パッキンの目標として、目に見える漏れがゼロであることが常に正しいとは限りません。グランドを乾燥するまで閉じると、冷却膜が除去され、モーター負荷が増加する可能性があります。承認されたポンプ手順では、制御された漏れ、外部フラッシュ、またはメカニカルシールが必要かどうかを決定します。当社は黒鉛シートと成形リングの供給について説明できますが、完全なポンプシールセットは機器固有のものです。

同じ素材がそれぞれ異なる挙動を示す理由

フランジは、100% トルク通過後に 1 回の圧力保持を完了し、数か月間静止状態を維持する場合があります。遮断弁は、年間 10 回のストロークを行う可能性がありますが、制御弁は 1000 回を超えるストロークを行います。2900 rpm のポンプは、24時間で400万回を超える回転を完了します。同様の黒鉛化学組成では同様の機械的負荷は発生しないため、動きによって故障モードと許容されるシール戦略が変わります。

用途	主運動または荷重パターン	検討すべき制御変数	記録するプロジェクト入力情報	試運転または検証に関するメモ
フランジガスケット	組み立て後の静的状態、その後温度と配管負荷による緩和状態	座面応力、残留荷重、表面仕上げ	フランジクラス、面材タイプ、ガスケット厚さ、有効面積、および承認済みガスケットグレード	当該接合部について、承認された締め付け方法と圧力保持要件を確認してください。
バルブステムパッキン	断続的な上昇、往復運動、または回転運動	グランド荷重と漏洩および作動力の関係	ステム径、ボックスの穴径と深さ、断面サイズ、リング数、スタッドサイズ、ボックス温度	バルブまたはパッキンの手順に従って、試締め付け、サイクルテスト、および漏れチェックを設定してください。
ポンプシャフトパッキン	速度依存の摩擦熱を伴う連続回転	表面速度、漏れ許容値、冷却、およびシャフトの状態	スリーブ径、回転数、計算されたm/s、媒体、温度、フラッシュ配置、リングレイアウト	承認済みの起動チェックを実行し、温度、漏れ、およびフラッシング性能を確認してください。

フランジガスケットは、ボルトの全荷重を一度受けた後、保持荷重状態に向かって緩和します。バルブパッキンは、グランドが調整されるたびに再荷重されるため、その応力履歴は、単一の安定曲線ではなく、一連の段階になります。ポンプパッキンは、潤滑膜を継続的に失ったり回復したりするため、単一のトルク値よりも、運転中の観察の方が多くの情報が得られることがよくあります。したがって、位置固有の負荷を無視すると、同様の黒鉛化学組成でも、3つの無関係な理由で故障する可能性があります。

媒体は各シールに異なる経路で到達します。フランジはボアの端面を露出させます。バルブパッキンはプロセス端で圧力を受けます。ポンプパッキンは常に湿潤状態にあり、スリーブに研磨粒子が付着する可能性があります。「蒸気サービス」または「酸サービス」という情報だけでは、3つの位置すべてに対応する単一仕様を作成するには不十分です。

漏れを左右する取付け詳細

フランジの場合は、面仕上げとガスケットの厚さを記録します。ボルトで接合部を締め付ける前に、位置合わせを確認します。ガスケットを中央に配置します。承認されたトルク計算で潤滑剤の使用が想定されている場合にのみ、ねじ山に潤滑剤を塗布します。

バルブパッキンでは、ステムを複数の軸方向位置と4方向の角度で測定します。各リングを個別に着座させます。グランドフォロワーを平行に保ち、1 mmの高さ差があれば不均一な圧縮を示します。均等な増分で締め付けた後、バルブを作動させ、漏れを記録します。

ポンプのパッキンについては、シャフトの振れを確認してください。圧縮後、ランタンリングの位置を確認してください。冷却のための余裕を持たせて締め付けを開始し、起動時の温度を観察しながら均等な動きで調整してください。急激な温度上昇が見られる場合は、締め付けを強めるのではなく、点検を行ってください。

取り付けた内容だけでなく、測定値も記録してください。フランジの記録には、フランジ面の仕上げと最終トルク値が記録されます。バルブの記録には、リング数、断面サイズ、漏れが止まったときのグランド調整位置または測定値が記録されます。ポンプの記録には、スリーブの振れと圧縮後に確認されたランタンリングの位置が記録されます。これらの記録により、次回の交換作業は既知の状態を再現する作業となります。

冷間設置は最初の条件にすぎません。フランジの取り付け手順によっては、高温下での再トルク調整が認められているものもあれば、加圧下での調整が禁止されているものもあります。ポンプによっては、連続フラッシングが必要なものもあります。これらの操作は、該当する機器の手順とプラントの安全規則によって規定されます。

適切な材料形態を注文する

フランジガスケットの場合は、フランジ規格と圧力クラスを指定してください。公称サイズ、面材の種類、ガスケットの図面も併せて記載してください。厚さ、補強材、使用温度も明記してください。弊社のシール材および工業用ガスケットページには、適用方法が記載されています。

バルブパッキンについては、ステム径とグランドパッキンボックスの内径を指定してください。ボックスの深さ、グランドスタッドのサイズ、フォロワーの移動量も記載してください。ステムが上昇するか回転するかを明記してください。圧力とパッキンボックスの温度も追加してください。

ポンプのパッキンについては、スリーブ径と回転数（rpm）を明記してください。計算された表面速度、ボックスの深さ、リングの配置も併せて記載してください。ランタンリングまたはフラッシュ接続部を示してください。送液媒体とその温度を明記してください。シャフト径だけでは冷却要件を判断できません。

関連する材料の選択肢は、アスベスト代替品としてのフレキシブル黒鉛 および 黒鉛輸出関連書類 に掲載されています。その他の材料ページは、フレキシブル黒鉛シートアーカイブ、黒鉛製品記事カテゴリ、および 黒鉛製品カテゴリー でご覧いただけます。シール位置と機器の寸法を お問い合わせページ を通じて QDZRT Graphite までお送りください。当社チームが、適切なシート、ガスケット、または成形リングの供給方法を検討します。