JP2007127153A - 極低温用フランジ継手の漏洩防止装置 - Google Patents

極低温用フランジ継手の漏洩防止装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高圧・極低温流体の活ライン用として使用される配管やバルブのフタを連結するフランジ部分からの万一の微少な漏洩をシールする漏洩防止装置に関するものである。
【解決手段】
高圧・低温流体輸送用として使用されるパイプやバルブなどを連結するフランジ部分の漏洩防止構造であって、フランジ45の外周面46の漏洩部分に着脱可能に装着し、分割して形成した一対の枠片3からなる締着基枠2と、前記締着基枠で被った前記外周面46の漏洩部分をシールするパッキン13、16と、前記締着基枠と前記外周面との間に介在させた前記パッキンを圧着する押圧部23を有し、分割して形成した一対の圧着片21からなるパッキン押え20と、下面にガスケット31を取付けた複数の耐圧袋ナット29と螺合するねじ部28を両端に設けた複数の軸ボルト27とからなる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、高圧・極低温流体の活ライン用として使用される配管やバルブのフタなどのフランジ部分からの万一の液や気体の微小漏洩に備えた防止装置に関する。
従来、高圧・極低温流体を取扱うラインは溶接配管とされているが、バルブのフタや配管と機械との取合部の連結はフランジ結合によって行なわれており、フランジとフランジとの間にはガスケットを介在させてボルト・ナットで締着してある。
このガスケットは、長期間の使用により応力緩和が生じ、シール性能の低下を生じることが知られている。
例えば、図8に示したように、フランジの隙間部分をシールする従来の漏洩防止装置50は、フランジ45の外周面46に接着性樹脂含浸クロス部材からなるシールパッキン51を巻き付け、このシールパッキン51に開けた注入孔52からフランジ45の隙間に液性シリコーンゴムからなるシールパッキン53を注入充填し、フランジ45を連結しているボルト・ナット49にシールキャップ56を被せてねじ孔48からの漏洩を防止することが行なわれている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−269090号公報
また、図9に示した漏洩防止装置60は、フランジ45の外周面46に沿って湾曲させて延びた帯板状で分割された締付金具61と、前記フランジ45の外周面46との間にスポンジゴムからなるシールパッキン62と、該シールパッキンの両端にスペーサ63を装着し、前記締付金具61の両端をボルト・ナット65で締付けることにより、両側をスペーサ63で保持されたシールパッキン62がフランジ45の隙間に侵入してシールし、フランジ45を連結しているボルト・ナット49にシールキャップ69を被せてねじ孔48からの漏洩を防止する装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平9−264476号公報
特許文献1に示すシールパッキン51を、極低温領域の活きライン用のフランジ45に適用した場合、フランジ45の隙間から漏洩する流体の温度が極低温であることから、空気と触れているフランジ45の表面は霜付状態になっているため合成樹脂材からなるシールパッキン51の接着は困難である。また、硬化性ゴム材からなるシールパッキン53では、漏洩した流体で冷却されたフランジの表面に接合させることが困難であるなどの多くの問題点を有している。
特許文献2に示すシールパッキン62においても、極低温領域ではスポンジゴム自体が硬化してしまうため、シールパッキン62として必要な弾性反発力が喪失して漏洩部分のシールが困難であること、さらに、ボルト・ナット49にシールキャップ69を被せただけの押圧力では、ねじ孔48から漏洩する流体圧に耐えられず、すぐに漏洩を起こす可能性が高いなどの多くの問題点を有している。
そこで、本発明は、高圧・極低温流体を取扱うプラントにおいて使用される配管やバルブのフランジ部分からの万一の微少漏洩に備え、プラントやパイプラインの運転を停止させることなく、簡単でしかも安全確実に補修して漏洩を防止することを目的とするものである。
請求項1の発明は、極低温流体の活ライン用として使用される配管やバルブのフタなどを連結するフランジ部分の漏洩防止構造であって、フランジ45の外周面46の漏洩部分に着脱可能に装着し、分割して形成した一対の枠片3からなる締着基枠2と、前記締着基枠2で被った前記フランジの外周面46の漏洩部分をシールするパッキン13、16と、前記締着基枠2と前記外周面46との間に介在させたパッキン13、16を圧着する押圧部23を設け、分割して形成した一対の圧着片21からなるパッキン押え20と、下面にガスケット31を取付けた複数の耐圧袋ナット29と、該袋ナットと螺合するねじ部28を両端に設け、前記フランジに設けたボルト孔48に挿通する複数の軸ボルト27とからなることを特徴とする。また、前記締着基枠2を構成する一対の枠片3は、それぞれ内面部4に前記フランジ45、45間の隙間部αをシールするパッキン13、16を収容するパッキン箱5と、それぞれ上面に前記パッキン押え20の圧着片21に設けた複数の孔24と合致させて締付ボルト25で着脱可能に取付ける複数のねじ穴6と、互いに当接する端面に締着ボルト10で着脱可能に連結するボルト孔8を有した連結鍔部7とを設けてなることを特徴とする。さらに、前記パッキン13、16は、機械的強度およびシール性に優れて極低温領域で弾性を有する炭素繊維からなる中芯材の外周面をPTFE(4フッ化エチレン樹脂)繊維で被覆編組してリング状に形成した少なくとも1以上の極低温シール用のパッキン13と、前記PTFE板材によりリング状に形成して剛性を有する耐低温スペース用のパッキン16とからなることを特徴とする。さらにまた、前記パッキン押え20を構成する一対の圧着片21は、それぞれフランジの外周面46に配して設けた内面部22の一端にパッキン13、16を圧着する押圧部23と、該圧着片21の上面に前記締着基枠の枠片3に設けたねじ穴6と合致する位置にそれぞれ孔24を設けたことを特徴とする。また、高圧用の締着基枠35は、半円状に分割して形成した一対の枠片36の内周面の略中央に両フランジ間に設けた隙間部αのスペース用凸部38と、前記枠片36の上下両面に前記パッキン押え20を取付ける複数のねじ穴37と、前記枠片36の互いに当接する端面をボルト43で着脱可能に連結する連結鍔部41をそれぞれ設けたことを特徴とする。
したがって、フランジ45の外周面46に装着した締着基枠2のパッキン箱5内にシール用のパッキン13とスペース用のパッキン16とを介在して収容し、パッキン押え20で前記パッキンを押圧密着させて締着すると共に、フランジ45を連結している六角ボルト・ナットを、軸ボルト27とガスケット31を有した袋ナット29に交換して締着することにより、プラントの運転を停止させることなく漏洩個所のバルブまたはパイプのフランジ部分のみを安全確実にしかも簡単に補修して漏洩をシールすることができる。
請求項6の発明は、高圧・極低温流体の活ライン用として使用される配管やバルブのフタなどを連結するフランジ部分の漏洩防止構造であって、両フランジ45の外周面46の漏洩部分に当接する凸部38を内面に設けて分割して形成した一対の枠片36の上下両面に複数のねじ穴37を設けた締着基枠35と、前記締着基枠の凸部38の上下に設けたパッキン箱39内に収容する少なくとも1以上のパッキン13と、前記枠片36のねじ穴37に合致する位置にそれぞれ孔24を有し、前記パッキン箱39内の前記パッキン13を圧着する押圧部23を設けて半円状に分割して形成した一対の圧着片21を締付ボルト25で取付けるパッキン押え20と、下面にガスケット31を取付けた複数の耐圧袋ナット29と、該袋ナットと螺合するねじ部28を両端に設け、前記フランジに設けてあるボルト孔48に挿通する複数の軸ボルト27とからなることを特徴とする。
したがって、高圧・極低温の流体用フランジ45の間に設けた隙間部αに、締着基枠35の凸部38をスペーサーとして当接させ、該凸部38の上下に設けたパッキン箱39に収容したシール用のパッキン13を枠片36の上下両面に取付けてパッキン押え20で圧着すると共に、フランジのボルト孔に軸ボルト27とガスケット31を有した袋ナット29で締着連結することにより、プラントの運転を停止させることなく、漏洩個所のバルブまたはパイプのフランジ部分のみを安全確実にしかも簡単に修復して漏洩をシールすることができる。
本発明に係る実施の形態を図面により説明すると、図1は本発明にかかる漏洩防止装置の分解斜視図、図2はフランジに締着基枠を取付けた状態を示す一部破断した平面図、図3は図2のA―A線断面図、図4は締着基枠のパッキン部分を示す要部拡大断面図、図5は一部省略したパッキンの拡大断面図である。本願に係る漏洩防止装置1は、フランジ45の外周面46に着脱可能に装着する短筒状に形成した締着基枠2と、該締着基枠とフランジ45の外周面46との隙間部αの漏洩部分をシールするパッキン13と、スペースパッキン16と、前記締着基枠2とフランジ45との間に形成したパッキン箱5内に収容した前記パッキン13、16を圧着するパッキン押え20とにより構成されている。
締着基枠2は、図1に示すように、全体を低温脆性を起こさない材料、例えば、アルミ材またはアルミ合金材により短筒状に形成し、分割して半円状に形成した一対の枠片3からなり、該枠片の内側に前記フランジ45の外周面46と接合する内面部4と、該内面部に前記フランジ45の互いに向い合う面の間に生じた隙間部αをシールするパッキン13と、スペースパッキン16を収容する段部5aを形成したパッキン箱5と、前記枠片3の上面には、前記パッキン押え20を着脱可能に取付けるためのねじ穴6を一定間隔に複数設けてある。前記枠片3の互いに当接する端面にはそれぞれ連結鍔部7を形成し、該連結鍔部には水平方向に複数のボルト孔8を設けてあり、該ボルト孔に締着ボルト10を螺合させて締着基枠2をフランジ45に取外し可能に締着してある。前記締着ボルト10で締着基枠2を締付け、枠片3の内面部4とフランジ45の外周面46とが当接する接合部βを設けることにより、連結鍔部7は互いに接合する密着部γで気密を維持させている。
前記パッキンは、シール用のパッキン13とスペース用のパッキン16とからなり、一方のパッキン13は機械的強度およびシール性に優れ、しかも極低温領域でも弾性を有する素材、例えば、紡績した炭素繊維からなる中芯材の外周面をPTFE(4フッ化エチレン樹脂材)繊維で被覆編組してリング状に形成してある。また、スペース用のパッキン16は、極低温に耐えられる剛性を有する金属材または樹脂材、例えば、前記したPTFE板材によりリング状に形成してある。
シール用のパッキン13とスペース用のパッキン16の一部には、図5に示すごとく、それぞれ端部を斜状に切断したスリット14、17を設けることにより拡径して取り付けられるようにし、フランジの外周面46への取付けを容易にしてある。また、前記パッキン13、16は前記した素材に限らず、それぞれ他の素材で極低温領域でも機械的強度およびシール性に優れさらに弾性を有するもの、または、剛性を有して極低温に耐えられる金属材または樹脂材からなるものでもよいことは勿論である。前記パッキン16の幅は、通常9mm以内であるが、9mm以上の場合はいわゆるSUS304、A1材などの樹脂以外の材料を使用しても良い。
前記パッキン押え20は、それぞれ半円状に分割して形成した一対の圧着片21を向い合わせて全体をリング状に形成してなり、該圧着片には前記フランジの外周面46と当接する内面部22と、該内面部の下端または上端を突出させた押圧部23と、前記圧着片21の上面で、前記枠片3に設けたねじ穴6と合致する位置にそれぞれ締付ボルト25を挿通させる複数の孔24を設けてある。前記押圧部23は、前記締着基枠2のパッキン箱5内に嵌合して内部に収容したパッキン13、16を圧着することができる。
前記軸ボルト27および耐圧袋ナット29は、フランジ45とフランジ45を連結している通常のボルト・ナットに替えて使用するもので、フランジ45のボルト孔48にそれぞれ挿通する軸ボルト27の両端に耐圧袋ナット29と螺合するねじ部28を設け、耐圧袋ナット29の下面周方向にリング状の凹部30を設け、該凹部に該耐圧袋ナットの座部とフランジ45との気密を保持するためのガスケット31を収容してある。
前記締着基枠2の他の実施形態として、図6に示すごとく、締着基枠35をアルミ材またはアルミ合金材により短筒状に形成し、該締着基枠を分割して半円状をした枠片36を設けてある。この枠片36の内周面の略中間部には前記フランジ45の向い合う面の間の隙間部αのスペース用凸部38を形成し、該凸部38の上下の段部にはパッキン13を収容するパッキン箱39を設けると共に、枠片36の上下両面には、前記パッキン押え20を着脱可能に取付けるためのねじ穴37をそれぞれ設けてある。
締着基枠35は、高圧・極低温用のフランジに取付ける締着基枠として使用することは勿論であるが、高圧・常温流体用パイプやバルブのフランジシール用として使用することができる。
前記枠片36の連結は、前記締着基枠2と同様に互いに向かい合せに当接する端面にそれぞれ連結鍔部41を形成し、該連結鍔部の水平方向に複数のねじ孔42を設け、該ねじ孔に締付ボルト43を螺合してフランジ45の外周面46に締着可能に取付けて行う。
以下、本発明の実施形態の作用について説明すると、高圧・極低温用のパイプやバルブなどの連結部分である両フランジ45の隙間部αから漏洩した流体を漏洩防止装置1によってシールする場合、締着基枠2を構成する一対の枠片3をそれぞれフランジ45の外周面46に位置して互いの連結鍔部7を接合させ、該連結鍔部のボルト孔8に締着ボルト10を螺合して締着固定することにより、締着基枠2とフランジ45の外周面46との間に設けた空間に、シール・スペース用のパッキン13、16を収容させるパッキン箱5を形成してある。
前記パッキン箱5内に収容するパッキン13、16は、図4に示すごとく、パッキン箱5の下方には弾性を有する複数枚のシール用パッキン13を位置させ、フランジの隙間αに該当する部分には、剛性の高いスペース用パッキン16を位置させるようにし、該パッキン16の上側には同じく弾性を有するシール用パッキン13を複数枚重ねて収容する。
フランジの隙間部αのスペース用パッキンとして、剛性が低く変形しやすいパッキンを使用すると、パッキン押えでパッキンを圧着したときに該パッキン押えの加圧力で変形し、フランジ端面とガスケットとの隙間にスペース用パッキン16が侵入してシール用パッキン13の有効体積が減少するおそれがある。このシールパッキン13の有効体積が減少すると、締付面圧が低下して漏洩を防止できなくなるおそれがある。そのため、フランジの隙間部αには、パッキン押え20の加圧力でも変形しない剛性の高いスペース用パッキン16を使用して変形を防止し、該パッキン16の上下両側に機械的強度およびシール性に優れ、しかも極低温領域でも弾性を有する複数のシール用パッキン13をそれぞれ収容することによりフランジの隙間部αおよびフランジ45と締着基枠2との接合部分をシールして漏洩を確実に防止する。
次いで、締着基枠2の上面に位置させたパッキン押え20の押圧部23をパッキン箱5の上方に位置させると共に、各圧着片21の孔24に締付ボルト25を挿通して枠片3のねじ穴6にそれぞれ締着して連結する。
パッキン押え20を締付ボルト25で締着基枠2に締着すると、パッキン箱5内のパッキン13が、該パッキン押えの押圧部23によって加圧されることにより若干変形してフランジの外周面46と前記締着基枠2の内面部5との隙間を封止して確実にシールすることができる。
また、締付ボルト25でパッキン押え20を締着基枠2に締着する際、締着基枠2とパッキン押え20との間に一定の隙間を設けて取付けてある。締着基枠2とパッキン押え20との間に隙間を設けることにより、弾性を有する複数のパッキン13の締付圧力を締付ボルト25の締着力により調整可能にすると共に、締付ボルト25による増締め調整を可能にしてある。
前記パッキン箱5に収容するシール用のパッキン13の枚数は、流体の圧力によって増減させるもので、高圧・極低温流体の場合、スペース用のパッキン16を挟んで上下に3枚づつ介在させてある。また、パッキン13のフランジの外周面46をシールする側面圧力は通常締付面圧の60%程度とされているので、仮に40N/m2の締付面圧を与えればフランジの外周面46のシール面圧は24N/m2となり、高圧分野まで対応することができる。
フランジの外周面46と、締着基枠2の内面部4とが直接当接する接合部β、および、連結鍔部7が互いに接合して形成した密着部γは、締着基枠2を構成する枠片3を連結する締着ボルト10による適正な値の締着力によって高い面圧が生じ、気密が保持されているので、前記パッキン13を横切って浸透洩れが生じても密着部γから直接外部には漏洩しない。
さらには、高圧・極低温用フランジの外周面46は、流体の熱伝導によって−100℃前後に冷却されているため、アルミ材で形成した締着基枠2はフランジの外周面46の伝熱によって熱収縮を生じることに伴って、パッキン箱5内のパッキン13、16自体も強制収縮するため必然的に面圧も上昇し、気密性を向上させることができる。
向い合うフランジ45の間に介在させたガスケット47の外側とフランジ45の外周面46との隙間に位置するフランジ連結用のボルト孔48のシールは、該フランジの外周面をシールした後、両フランジ45を連結している複数の六角ボルト49を一本ごとに抜き、抜いたボルト孔48に軸ボルト27を挿入し、該軸ボルトのねじ部28の両端に底面にガスケット31を取付けた耐圧袋ナット29をそれぞれ締着してボルト孔48の隙間をシールする。
六角ボルト49と軸ボルト27および耐圧袋ナット29との交換作業は、一本ごとに規定トルクで安全確実に行なうことにより、短時間、一本のボルトを抜いた程度の締着力の減少では、高圧流体の管内圧力によってフランジとフランジとを連結している締着力に何ら影響を与えるものではなく、安全確実に交換作業を行なうことができる。
高圧・極低温流体が万一漏洩した場合、フランジとフランジの隙間部αから生じた範囲内であれば、前記したシールパッキン13、スペースパッキン16の枚数や幅の調整と、締付面圧などを調整することによりほとんど対応することが可能である。そして、より高圧流体の漏洩を防止する場合、或いは、安全性と耐久性を高める場合には、図6に示す高圧用の締着基枠35を使用してシールする。
この締着基枠35の、より高圧で極低温な流体に対して安全性と耐久性を高めるため、締着基枠の内面に設けた凸部38は、シール用パッキン13の高い締付けに対しても十分な剛性を保持しており、前記パッキンの面圧を両フランジ外周面46とパッキン箱39に正しく伝達させシール性能を向上させる。また、アルミ材で形成した高圧用の締着基枠35は、フランジ45の伝熱によって生じる熱収縮で強制収縮するため必然的にパッキンの面圧も上昇し、気密性を向上させることができる作用を有する。
さらに締着基枠35の内面中間部に形成した凸部38の上下に設けたパッキン箱39にそれぞれ機械的強度およびシール性に優れ、しかも極低温領域でも弾性を有する素材、例えば、紡績した炭素繊維からなる中心材の外周面をPTFE(4フッ化エチレン樹脂材)繊維で被覆編組してリング状に形成した前記パッキン13をそれぞれ複数収容し、該パッキンを枠片36の上下両面に取付けた前記パッキン押え20でそれぞれ上下方向から締付ボルト25で圧着することにより、高い締付け面圧が保たれるので漏洩を完全に防止することができる。
このパッキン押え20の作用効果およびフランジを連結している六角ボルト49のボルト孔48のシールについては前記実施例と同じであるため説明を省略する。
本発明にかかる漏洩防止装置の分解斜視図である。 フランジに締着基枠を取付けた状態を示す一部破断した平面図である。 図2のA―A線断面図である。 締着基枠のパッキン部分を示す要部拡大断面図である。 一部省略したパッキンの拡大断面図である。 締着基枠の他の実施形態を示す一部省略した説明図である。 図6の締着基枠を使用してフランジの外周面をシールした状態を示す要部拡大断面図である。 従来の漏洩防止装置の要部拡大断面図である。 従来の他の漏洩防止装置を示す要部拡大断面図である。
符号の説明
2 締着基枠
3 枠片
4 内面部
5 パッキン箱
6 ねじ穴
7 連結鍔部
8 ボルト孔
10 ボルト
13 パッキン
14 スリット
16 パッキン
20 パッキン押え
21 圧着片
22 内面部
23 押圧部
24 孔
25 締付ボルト
27 軸ボルト
28 ねじ部
29 耐圧袋ナット
31 ガスケット
35 締着基枠
36 枠片
37 ねじ穴
38 凸部
39 パッキン箱
41 連結鍔部
43 ボルト
45 フランジ
46 外周面
48 ボルト孔
α フランジとフランジとの隙間部
β フランジの外周面と締着基枠の内周面との接合部
γ 互いに接合する連結鍔部の密着部

Claims (6)

  1. 極低温流体の活ライン用として使用される配管やバルブのフタなどを連結するフランジ部分の漏洩防止構造であって、
    フランジ(45)の外周面(46)の漏洩部分に着脱可能に装着し、分割して形成した一対の枠片(3)からなる締着基枠(2)と、
    前記締着基枠(2)で被った前記フランジの外周面(46)の漏洩部分をシールするパッキン(13、16)と、
    前記締着基枠(2)と前記外周面(46)との間に介在させたパッキン(13、16)を圧着する押圧部(23)を設け、分割して形成した一対の圧着片(21)からなるパッキン押え(20)と、
    下面にガスケット(31)を取付けた複数の耐圧袋ナット(29)と、該耐圧袋ナットと螺合するねじ部(28)を両端に設け、前記フランジ(45)に設けたボルト孔(48)に挿通する複数の軸ボルト(27)とからなることを特徴とする極低温用フランジ継手の漏洩防止装置。
  2. 前記締着基枠(2)を構成する一対の枠片(3)は、それぞれ内面部(4)に前記フランジ(45、45)間の隙間部(α)をシールするパッキン(13、16)を収容するパッキン箱(5)と、それぞれ上面に前記パッキン押え(20)の圧着片(21)に設けた複数の孔(24)と合致させて締付ボルト(25)で着脱可能に取付ける複数のねじ穴(6)と、互いに当接する端面にボルト(10)で着脱可能に連結するボルト孔(8)を有した連結鍔部(7)とを設けてなることを特徴とする請求項1記載の極低温用フランジ継手の漏洩防止装置。
  3. 前記パッキン(13、16)は、機械的強度およびシール性に優れ極低温領域で弾性を有する炭素繊維からなる中芯材の外周面をPTFE(4フッ化エチレン樹脂)繊維で被覆編組してリング状に形成した少なくとも1以上の極低温シール用のパッキン(13)と、前記PTFE板材によりリング状に形成して剛性を有する耐低温スペース用のパッキン(16)とからなることを特徴とする請求項1又は2記載の極低温用フランジ継手の漏洩防止装置。
  4. 前記パッキン押え(20)を構成する一対の圧着片(21)は、それぞれフランジの外周面(46)に配して設けた内面部(22)の一端にパッキン(13、16)を圧着する押圧部(23)と、該圧着片(21)の上面に前記締着基枠の枠片(3)に設けたねじ穴(6)と合致する位置にそれぞれ孔(24)を設けたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1記載の極低温用フランジ継手の漏洩防止装置。
  5. 高圧用の締着基枠(35)は、分割して形成した一対の枠片(36)のそれぞれ内周面の略中央に両フランジ間に設けた隙間部(α)のスペース用凸部(38)と、前記枠片(36)の上下両面に前記パッキン押え(20)を取付ける複数のねじ穴(37)と、前記枠片の互いに当接する端面にボルト(43)で着脱可能に連結するボルト孔(42)を有した連結鍔部(41)とをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項1記載の極低温用フランジ継手の漏洩防止装置。
  6. 高圧・極低温流体の活ライン用として使用される配管やバルブのフタなどを連結するフランジ部分の漏洩防止構造であって、
    両フランジの外周面(46)の漏洩部分に当接する凸部(38)を内面に設けて分割して形成した一対の枠片(36)の上下両面に複数のねじ穴(37)を設けた締着基枠(35)と、
    前記締着基枠の凸部(38)の上下に設けたパッキン箱(39)内に収容する少なくとも1以上のパッキン(13)と、
    前記枠片(36)のねじ穴(37)と合致する位置にそれぞれ孔(24)を有し、前記パッキン箱(39)内の前記パッキン(13)を圧着する押圧部(23)を設け、分割して形成した一対の圧着片(21)を締付ボルト(25)で取付けるパッキン押え(20)と、
    下面にガスケット(31)を取付けた複数の耐圧袋ナット(29)と、該耐圧袋ナットと螺合するねじ部(28)を両端に設け、前記フランジに設けたボルト孔(48)に取付ける複数の軸ボルト(27)とからなることを特徴とする極低温用フランジ継手の漏洩防止装置。

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