バルブシール材料の選定

作成日 09.29

バルブ材料選定:ガスケット、パッキン、および本体温度限界

I. 一般的なバルブガスケットの使用温度

ガスケット材料の選定は、媒体温度、圧力、腐食性、およびフランジシール面のタイプを同時に考慮する必要があります。以下のまとめはガスケットタイプ別に分類されています。
一般的なバルブフランジガスケットの種類 - ゴム、スパイラルワウンド、カムプロファイル、PTFE、ジャケットガスケットの温度別選定

1. ゴムガスケット

ゴムガスケットは材料の弾性によってシールを実現し、低圧・常温の使用に適しています。上限温度はゴムの種類によって異なります。
番号
名称
使用温度(°C)
1
天然ゴム
-50~90
2
ネオプレンゴム
-40~100
3
ニトリルゴム(NBR)
-30~110
4
スチレン・ブタジエンゴム(SBR)
-30~100
5
エチレンプロピレンゴム(EPDM)
-40~130
6
フッ素ゴム(FKM)
-50~200

2. 非金属および複合ガスケット

アスベストゴムシートは、アスベスト規制により大部分が廃止され、現在のエンジニアリング実務ではほとんど使用されていません。合成繊維ゴムガスケットと柔軟黒鉛複合ガスケットが現在最も広く適用されているソリューションです。
いいえ。
名称
使用温度(°C)
7
石綿ゴムシート
≤ 300
8
合成繊維ゴム
-40~200
9
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)
≤ 200
10
ガラス繊維入りPTFE
-100~260
11
低炭素鋼+柔軟黒鉛複合ガスケット
≤ 450
12
304+柔軟黒鉛複合ガスケット
≤ 650

3. ジャケットガスケット

ジャケットガスケットは、金属製の外殻が非金属の充填材を包み込む構造で、金属の強度と非金属材料のシール適応性を兼ね備えています。
番号
名称
使用温度(°C)
13
純アルミニウムL3+アスベストラバージャケットガスケット
≤ 200
14
純銅T3+アスベストラバージャケットガスケット
≤ 300
15
錫メッキ薄銅板+アスベストラバージャケットガスケット
≤ 400
16
亜鉛メッキ薄銅板+アスベストゴム被覆ガスケット
≤ 400
17
0Cr18Ni9+アスベストゴム被覆ガスケット
≤ 500
18
00Cr19Ni10+アスベストゴム被覆ガスケット
≤ 500
19
00Cr17Ni14Mo2+アスベストゴム被覆ガスケット
≤ 500

4. スパイラルワウンドガスケット

スパイラルワウンドガスケットは、金属帯と非金属帯を交互に巻き付けて成形され、強度とシール性能を兼ね備えています。高温・高圧のフランジ接続に一般的に使用される選択肢です。
番号
名称
使用温度(°C)
20
0Cr18Ni9+特殊アスベスト紙繊維スパイラルワウンドガスケット
≤ 500
21
0Cr17Ni14Mo2+柔軟黒鉛スパイラルワウンドガスケット
≤ 650
22
00Cr17Ni14Mo2 + PTFE スパイラルワウンドガスケット
≤ 200

5. カムプロファイル(溝付き)ガスケット

カムプロファイルガスケットは、金属芯板の上下表面に同心円状のセレーション加工を施し、柔軟黒鉛またはPTFE層で覆ったものです。高温・高圧・温度変動の激しい用途に適しています。
番号
名称
使用温度(°C)
23
10または08+柔軟黒鉛カムプロファイルガスケット
≤ 450
24
0Cr13+柔軟黒鉛カムプロファイルガスケット
≤ 540
25
304+柔軟黒鉛カムプロファイルガスケット
≤ 650
26
316+PTFEカムプロファイルガスケット
≤ 200

II. 一般的なバルブパッキンの使用温度

パッキンはステムシールに使用され、その温度適用性は動的ステムシールの信頼性に直接影響します。
バルブステムパッキンリング - 柔軟黒鉛、ワイヤ編組黒鉛、PTFEパッキンの温度限界
番号
名称
使用温度(°C)
1
柔軟黒鉛パッキンリング
≤ 600
2
PTFEパッキンリング
≤ 200
3
ステンレス鋼線+柔軟黒鉛編組パッキン
≤ 600
4
膨張PTFEグラファイトテープ編組パッキン
≤ 250
5
油含浸アスベストロープ
≤ 450
6
グラファイトアスベストロープ
≤ 450
選定上の注意:
  • 柔軟黒鉛パッキンは最高温度限界(600°C)を持ち、高温バルブステムシールに最適な選択です。ただし、黒鉛は強酸化性媒体中で酸化損失を起こす可能性があることに注意してください。
  • PTFEパッキンは温度限界が低く(200°C)、常温および中低温サービスに適しています。低摩擦係数と良好なシール性能を特徴としています。
  • アスベスト系パッキンは、柔軟黒鉛に徐々に置き換えられています。

III. バルブボディ材料と使用温度

1. 鋳鉄バルブ

鋳鉄バルブは熱伝導率が低く、脆性材料です。ANSI B16.1によると、使用温度範囲は-29~232°Cです。しかし、鋳鉄は低温脆性が顕著であるため、使用温度は0°C以上を推奨します。現在、石油化学工業では鋳鉄バルブはほとんど使用されておらず、国の規制により家庭用蛇口への鋳鉄の使用は明確に禁止されています。

2. 炭素鋼バルブ

鋳造炭素鋼(ASTM A216 WCB)および鍛造炭素鋼(ASTM A105)の使用温度範囲は-29~425°Cです。安全性を確保するため、使用温度は400°C以下を推奨します。

3. 低温バルブ

極低温弁に使用される一般的な材料には、LCB、LCC、LF2、LF3、およびCF8、CF3、CF8M、CF3M、304、304L、316、316Lなどのオーステナイト系ステンレス鋼が含まれます。実際の生産では、オーステナイト系ステンレス鋼が極低温弁の主流材料です:
低温サービス用の延長ボンネットと断熱板を備えた極低温ステンレス鋼バルブ
  • CF8:-196°Cに適合
  • CF8M、CF3M:-254°Cに適合
極低温弁の特別な構造要件:
  • 延長ボンネット:
ゲート弁、グローブ弁、ボール弁には、延長ボンネットと断熱板を設け、パッキン箱の温度が0°C以上に保たれるようにする必要があります。
  • 圧力逃がし穴:
ゲート弁とボール弁には、上流側端部に圧力逃がし穴を設ける必要があります。液化石油ガスなどの極低温液体は、温度上昇により圧力が約100倍に上昇し、体積が約600倍に膨張する可能性があります。圧力逃がしがない場合、パッキンとガスケットが吹き飛ばされ、深刻な場合には弁本体やボンネットが破裂する可能性があります。
  • 一方向シール:
圧力逃がし穴のため、すべての極低温弁は一方向シールです。弁本体には媒体の流れ方向を示す矢印を表示する必要があります。

4. 耐食ステンレス鋼弁

耐食ステンレス鋼は、各種腐食性媒体に使用される高クロムニッケル系または高クロムニッケルモリブデン系オーステナイトステンレス鋼です。腐食の種類に応じて3つのタイプに分類されます:
腐食タイプ
代表的な媒体
適用材料
酸化性酸
硝酸(HNO₃)
CF8、CF3、304、304L
還元性酸
酢酸(CH₃COOH)
CF8M、CF3M、316、316L
ハロゲン酸
フッ化水素酸(HF)
モネル合金(M35-1、モネル400、モネルK500)
耐食バルブに使用されるステンレス鋼は、炭素含有量を可能な限り低く(≤0.08%)または超低炭素(≤0.03%)にする必要があります。その使用温度は通常200°C以下です。

5. 耐熱ステンレス鋼バルブ

オーステナイト系ステンレス鋼は高温バルブにも使用することができる。しかし、耐熱鋼として使用する場合には、炭素含有量を適切に増加させることが求められ(より高い高温強度を得るため)、材料は専用の高温鋼溶製および熱処理を経なければならない。高温鋼溶製および処理を行っていない低炭素グレードのステンレス鋼は、高温バルブには使用できない。同一のステンレス鋼材料であっても、極低温用、耐食性用、耐熱用では、熱処理状態および炭素含有量に対する要求が根本的に異なる。材料選定の際にはこれを区別しなければならない。

IV. 温度別簡易選定参考

温度範囲
推奨ガスケット
推奨パッキン
推奨本体材質
≤ 200°C
PTFE、ゴム
PTFEパッキンリング
鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼
200~425°C
柔軟黒鉛複合ガスケット
柔軟黒鉛パッキン
炭素鋼(≤400°C)
425~650°C
304+柔軟黒鉛複合ガスケット
柔軟黒鉛パッキンリング
ステンレス鋼(耐熱グレード)
≤ -46°C
ステンレス鋼+柔軟黒鉛スパイラルワウンドガスケット
柔軟黒鉛パッキン
オーステナイト系ステンレス鋼(CF8/CF8M/CF3M)

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