フェルール継手とは何ですか?化学処理におけるステンレス製ダブルフェルール継手ガイド

フェルール継手は、ナットが継手本体に締め付けられるときに 1 つまたは 2 つの金属リング (フェルール) を使用してチューブをシールし、グリップする圧縮継手です。溶接やはんだ付けは必要ありません。 ダブルフェルールチューブ継手では、前部のフェルールが漏れのないシールを形成し、後部のフェルールがチューブをグリップします。この 2 つの部分からなる設計が、化学処理プラントの耐腐食性の高圧流体システムの標準的な接続方法であり続ける理由です。

この記事では、フェルール継手の仕組みとその理由を正確に説明します。 ステンレス鋼ダブルフェルール継手 腐食性および高純度のサービス向けに指定されているもの、耐食性の材料グレードを比較する方法、高品質のチューブ継手と使用初期に故障する継手を実際に区別するデータは何ですか。

フェルール継手とは何か、またどのようにチューブをシールするのか

フェルール継手は、溶接のような永久的な接合の代わりに機械的圧縮を使用して、流体またはガスシステム内のチューブを接続およびシールします。アセンブリには、圧縮ナット、1 つまたは 2 つのフェルール、および継手本体の 3 つのコア部品があります。ナットが本体にねじ込まれると、フェルールが前方に駆動され、チューブの外面と継手本体の内部テーパーの両方に対してフェルールが圧縮されます。その圧縮によってシールが形成されます。

シングルフェルール設計とダブルフェルール設計

シングルフェルール継手は、1 つのフェルールを使用して、シールとグリップの両方の作業を同時に実行します。これにより、設計がシンプルになりコストが削減されますが、単一のフェルールは時間の経過とともに、特に振動下で不均一に圧縮される可能性があり、漏れやコンポーネントの固着のリスクが高まります。

ダブルフェルールフィッティングは、これら 2 つの機能を 2 つの別個のリングに分割します。の 継手本体とチューブの間にフロントフェルールウェッジを入れて一次シールを形成します 、バックフェルールがチューブの外径に食い込み、チューブを所定の位置にしっかりと保持します。この方法で負荷を分割すると、機械的応力がより均等に分散され、単一フェルール設計と比較してチューブが変形する可能性が大幅に減少します。

化学処理プラントがダブルフェルール継手に依存する理由

化学処理システムは、高圧、一定の振動、繰り返しの熱サイクルという弱い接続に悪影響を与える 3 つの条件によって定義されます。この種の持続的な機械的疲労によって溶接接合部に亀裂が入る可能性がありますが、適切に取り付けられたフェルール接続は融着に依存せず、機械的圧縮に依存しており、数千回の圧力と温度のサイクルを通じて無傷のまま維持されます。

これは、接続部の漏れが製油所やプロセス配管システムの故障の主な原因として常に挙げられる理由でもあります。特に振動疲労は、これらの環境では継続的なリスクであり、これが、業界が計装ラインの溶接よりもデュアルフェルールチューブ継手を好む特別な理由の 1 つです。 繰り返しの振動により溶接部に亀裂が発生します。正しく取り付けられたフェラルは通常、そうではありません。

ダブルフェルール継手は、次の 3 つの実際的な利点により、化学処理チューブ継手のデフォルトの選択肢となっています。

1. 溶接は必要ありません。 レンチを使用して接続を作成および再作成できるため、熱間作業の許可や溶接検査の遅れが解消されます。
2. 再利用性。 多くのダブルフェルール継手は、完全に新しい継手本体を必要とせずに、フェルールを交換することで分解および再組み立てできます。
3. 幅広いサイズ範囲。 継手は約 1/8 インチから 2 インチ、外径 6 mm から 42 mm まで幅広く入手でき、大部分の計装および小口径のプロセスチューブをカバーします。

チューブ継手の耐食性を高めるもの

チューブ継手の耐食性は、ほぼ完全に合金の化学的性質、特にクロム、モリブデン、窒素の含有量によって決まります。エンジニアはこれを次の方法で定量化します。 耐孔食相当数（PREN） 、PREN = %Cr 3.3(%Mo) 16(%N) として計算されます。 PREN スコアが高いほど、塩化物を含むプロセス流体の主な故障モードである局所的な孔食や隙間腐食に対する耐性が優れていることを意味します。

一般的な継手材料の耐食性能の比較

304 ステンレス鋼はベースラインのオーステナイトグレードで、PREN は通常 18 ～ 20 の範囲にあります。 316 および 316L ステンレス鋼は合金にモリブデンを添加しており、これにより PREN が約 24 ～ 26 に上昇し、304 と比較して塩化物誘発孔食に対する耐性が大幅に変化します。塩水、海水に隣接するプロセス、または攻撃的な酸など、塩化物への曝露が厳しい用途では、ハステロイ C-276 のような高性能合金はさらに優れており、PREN は約 45 に達します。

温度も PREN とは独立して重要です。テストでは、塩化物濃度が 500 ppm の場合、 316 ステンレス鋼の臨界孔食温度 (CPT) は約 70°C (158°F) です。 — そのしきい値を下回ると、孔食のリスクは急激に低下しますが、そのしきい値を超えると、合金の PREN 評価が紙の上でどれだけ強そうに見えても、塩化物に富んだ流体中での継続的な運転は局部的な腐食を加速させます。

316 vs. 316L: ステンレス鋼ダブルフェルール継手の適切なグレードの選択

316 と 316L は、未溶接部品における耐食性がほぼ同じです。クロム、ニッケル、モリブデンの含有量が同じであるため、どちらも同じ PREN 範囲内にあります。重要な違いは炭素含有量であり、溶接が関与する場合にのみ顕著になります。

316L の炭素含有量が低いため、溶接中の粒界での炭化物の析出が防止されます。この現象は、周囲の母材が完全に保護されている場合でも、溶接部の熱影響部が腐食を受けやすくなる可能性があります。取り付け時に溶接されないチューブ継手本体の場合、標準 316 の引張強度はわずかに優れています (最低 515 MPa 対 316L の 485 MPa)。ただし、医薬品容器、溶接配管、または溶接継手で製造された化学プラント機器の場合は、 316Lが標準仕様です それはまさに、標準 316 に発生する可能性がある溶接部の弱点を取り除くためです。

実際には、これは次のことを意味します。

• 選択してください 316 溶接されておらず、若干高い機械的強度が必要なボディとフェルールの取り付け用。
• 選択してください 316L 溶接を伴うアセンブリ、または FDA および USP クラス VI の製品接触要件が適用される場合。
• 配管設計自体で、狭い隙間、重なり合う接合部、よどみゾーンを避けてください。形状と仕上げは、合金の選択と同様に実際の耐食性に影響します。

圧力定格と高品質のチューブ継手の背後にある基準

チューブ継手の使用圧力定格は、継手本体自体だけでなく、接続するチューブの壁の厚さによって決まります。たとえば、外径 10 mm、肉厚 1.5 mm のシームレスなステンレス鋼チューブは、約 380 bar の使用圧力に耐えることができます。また、正しく適合したダブルフェルール継手は、同じチューブを最大定格圧力まで圧縮して密閉するように設計されているため、接続がシステムの弱点になることはありません。

ASME B31.3 これは、石油精製所、化学工場、製薬施設におけるプロセス配管設計を管理する主要な規格であり、チューブ継手の仕様とサービスの認定方法を直接決定します。 B31.3 では、配管コンポーネントは、参照された圧力/温度定格表に準拠しており、さらなる設計分析を行わずに定格条件内で使用できることを意味する「リスト付き」、またはコンポーネントの設計、材料、およびテストを独立して検証する全責任を所有者と設計者が負うことを意味する「非リスト」に分類されます。化学処理チューブ継手の場合、リストに記載されている認定製品ラインから購入すると、リストに掲載されていないコンポーネントや未検証のコンポーネントを調達する場合と比較して、コンプライアンスの大きな負担が軽減されます。

チューブ継手の失敗の一般的な原因とその防止方法

高品質のチューブ継手であっても、取り付け方法が一貫していないと故障します。業界のデータは、化学および工業用流体システム全体で同じ 2 つの根本原因、つまり不適切な設置と不適切なチューブの選択または準備を一貫して指摘しています。

漏れを引き起こす取り付けエラー

締め付け不足は漏れの最も一般的な原因の 1 つであり、多くの場合、技術者が測定ゲージによるチェックではなく感触に頼っていることが原因です。サイズ、壁の厚さ、硬さなどのチューブの変数によって実際に必要な力が変わるため、経験豊富な取り付け者であっても「本能的」な締め付けは信頼できません。解決策は簡単です。技術者はフェルールを正しい方向に向け、メーカー指定の回転数で締め、感触だけを信頼するのではなく、ギャップ検査ゲージで接続を確認する必要があります。

チューブの準備と材料の適合性

不均一に切断されたり、不適切にバリが取り除かれたチューブは、継手自体がどれほどよく作られているかに関係なく、最初の取り付けから継手のシール能力を損なう可能性があります。同様に重要なのは、チューブの材質がプロセス流体と化学的に適合することを確認することです。適合しない流体や外部環境にさらされたチューブは、継手が正しく取り付けられている場合でも、腐食、早期故障、漏れが発生しやすくなります。

短いインストール前のチェックリストにより、このリスクのほとんどが軽減されます。

• チューブを直角にカットし、内側と外側の端のバリを完全に取り除きます。
• 一般的な耐食性だけでなく、チューブ材料と特定のプロセス流体との適合性を確認します。
• 締め付ける前にフィッティングに印を付け、感覚で判断するのではなく、ギャップゲージを使用して正しく引き上げられていることを確認します。
• コンポーネントが安全に交換できることを保証する普遍的な規格がないため、異なるメーカーのフェルール、ナット、またはボディを決して混合しないでください。

用途に適したチューブ継手の選択

フィッティングを実際の使用条件に合わせることで、過剰な支出と早期の故障の両方を防ぎます。これを迅速な決定ガイドとして使用してください。

• 汎用、低圧空気または水ライン: シングルフェルール真鍮またはプラスチック継手。
• 中程度の塩化物にさらされる化学処理: 316 ステンレス鋼のダブルフェルールフィッティング。
• 溶接アセンブリ、医薬品、または高純度システム: 316L ステンレス鋼のダブルフェルールフィッティング。
• 重度の塩化物、塩水、または海水に隣接した環境での使用: 二相ステンレス鋼またはハステロイ C-276 継手。
• 製油所の高振動計装ライン: 振動疲労による亀裂を避けるために、溶接接合部にダブルフェルールを取り付けます。

重要なポイント

フェルールフィッティングは、溶接を行わずに漏れのない機械的に信頼性の高いチューブ接続を作成するという、特定の工学的問題を解決します。ダブルフェルールフィッティングは、シール機能とグリップ機能を 1 つのリングではなく 2 つのリングに分離することで、その信頼性を高圧、高振動の化学処理環境まで拡張します。

耐食性チューブ継手はまず合金の化学的性質に依存します — 316 および 316L ステンレス鋼の PREN は約 24 ～ 26 です。 、標準 304 からの有意義なステップアップですが、材料の選択だけではパフォーマンスが保証されません。高品質のチューブ継手は、正しいチューブ肉厚に適合し、検証済みのギャップゲージチェックを使用して取り付けられ、メーカー間で混合されない場合にのみ、定格圧力と腐食寿命を実現します。 3 つすべてを正しく行うことが、化学プラントの耐用年数全体にわたって続く継手と、次の計画外の漏れを引き起こす継手の区別となります。