ガスケット選定とボルト締付け｜漏れないフランジ継手をつくる

※本記事の参考文献には、Amazonアソシエイトのリンク（アフィリエイト広告）を含みます。

フランジから漏れたとき、ガスケットだけを交換したり、ボルトを強く締めたりしても、原因が残っていれば再発します。漏れない継手は、ガスケット単体ではなく、左右のフランジ、座面、ボルト・ナット、締付け作業を一つの系としてつくります。

とくに危険なのが、漏れている加圧フランジへ近づき、その場で増し締めする対応です。片締め、ボルトの過伸び、ガスケット損傷によって漏れを増やし、作業者が噴出流体へばく露するおそれがあります。漏えいが発生した継手は、隔離・減圧・排液またはパージ・冷却を行ってから点検するのが基本です。

この記事では、ガスケットの種類を暗記するのではなく、選定、組立て、締付け、運転後の管理を一つの手順として説明します。

1. ガスケットだけでは密封できない

ガスケットは、フランジ座面の微小な凹凸やうねりを埋める静的シールです。しかし、置くだけでは密封できません。ボルト軸力でガスケットを圧縮し、運転中も漏れを防げる面圧を残す必要があります。

締付け前後の関係は、次のように整理できます。

1. ボルトを締め、ガスケットを座面へ密着させる
2. 内圧がかかると、フランジを引き離す力が生じる
3. ボルトがわずかに伸び、ガスケット面圧は初期値から低下する
4. それでも必要面圧以上が残れば密封を維持できる

必要なのは「締付けトルクを入れた事実」ではなく、運転中に必要なガスケット面圧が均一に残ることです。低すぎれば漏れ、高すぎればガスケットの過圧縮、ボルトの過負荷、フランジの回転・塑性変形を招きます。

継手の密封性は、少なくとも次の要素で決まります。

• ガスケットの材料、構造、寸法、厚さ
• フランジ座面の形式、表面仕上げ、傷、腐食、うねり
• ボルト・ナットの材料、寸法、状態、潤滑条件
• 初期軸力の大きさとボルト間のばらつき
• 内圧、温度変化、配管荷重、振動
• ガスケットのなじみ、クリープ、応力緩和

2. ガスケットは使用条件から絞る

「低圧だからシート、高圧だからうず巻形」という一条件だけの選び方は不十分です。流体、設計圧力・温度、フランジ規格と座面、必要な密封性、締付け可能なボルト荷重を同時に確認します。

流体

接液材料の耐薬品性だけでなく、ガス透過、酸素サービス、火災時要求、毒性・可燃性流体の漏えい許容度、異種金属接触やすきま腐食も確認します。

圧力・温度

通常運転だけでなく、起動停止、蒸気洗浄、再生、異常時、耐圧・気密試験を含めます。温度が上がるほど材料が軟化・劣化する場合があり、熱サイクルではガスケットとボルトの緩和が問題になります。

フランジ規格・呼び径・座面

JISとASMEを混同せず、相手フランジと規格、呼び径、呼び圧力またはClass、FF・RF・RJ、ガスケット内外径を一致させます。フランジ仕様の確認は「フランジの規格と呼び圧力」で詳しく説明しています。

ガスケットの構造

この表は選定の入口です。最終的な使用可否は、採用製品のメーカー資料、適用規格、設計コード、会社標準で確認します。同じ「PTFE」や「うず巻形」でも構造、補強材、フィラー、厚さによって特性は異なります。

JIS B 2404:2018は、JIS管フランジへ用いるガスケットの種類と寸法を規定しますが、材料と使用基準までは規定しません。ASME B16.20-2023も金属リング、うず巻形、メタルジャケットなどの材料・寸法・公差・表示を扱う規格です。寸法規格に合うことと、使用条件へ適合することは別の確認です。

3. 組立て前に座面・芯・部品を確認する

適切なガスケットを選んでも、座面やフランジ配置が悪ければ密封できません。組立て前に次を確認します。

1. 対象系を隔離し、減圧、排液またはパージ、冷却、ロックアウト・タグアウトを行う
2. 旧ガスケットと付着物を除去し、座面を傷つけない方法で清掃する
3. 座面の放射状傷、打痕、腐食、うねり、仕上げ状態を確認する
4. 二つのフランジが同軸で、互いに平行か確認する
5. ボルト・スタッド、ナット、座金の材質、長さ、ねじ、腐食、かじりを確認する
6. ガスケットの規格、寸法、材質、表示、損傷を確認し、座面中央へ置く

配管の芯ずれをボルトで引き寄せて矯正してはいけません。先に配管・支持・フランジの芯を直し、座面が自然に平行となる状態で組み立てます。

ガスケットは交換を基本とし、再使用可否を現場判断で決めません。再使用が明示的に許可される特殊構造では、規格・メーカー・社内手順に従います。また、複数枚を重ねて隙間を埋める方法は、面圧分布と吹出しリスクが変わるため行いません。

旧稿ではガスケット面へシール剤を一般的に塗るとしていましたが、これは一律の手順にできません。接着剤、グリース、焼付き防止剤などをガスケットへ塗るのは、ガスケットメーカーと設計者が明示的に認めた場合だけです。製品によっては早期破損や滑り、面圧低下の原因になります。

4. ボルト締付けは「対角・段階・均一」が基本

締付けの目的は、全ボルトへ同じトルク値を示すことではなく、ガスケットへ必要な面圧をできるだけ均一に与えることです。

一般的な管理の骨格は次のとおりです。

1. ナットが座るまで手で均等に締める
2. 指定された対角順序で、目標値の一部ずつ段階的に締める
3. 段階を上げるたびに、同じ指定順序を繰り返す
4. 最終目標値へ到達後、円周方向に確認締めする
5. 締付け条件、工具、潤滑剤、作業者、完了値を記録する

具体的な順序、各段階の割合、周回回数は、最新版規格と承認済み施工要領を使います。図3は原理を示すもので、個別フランジの締付け番号表ではありません。

JIS B 2251:2024は、一般産業用圧力設備のガスケット付き鋼製フランジ継手について、トルク法による締付け方法を規定しています。適用範囲には条件があり、あらゆるフランジ・ガスケットへ同じ手順を流用できるわけではありません。ASME系ではPCC-1-2022が、圧力境界ボルテッドフランジ継手の組立て手順、教育、トラブルシュートを扱います。

トルク値とボルト軸力は同じではない

トルク法では、入力の多くがねじ面・ナット座面の摩擦に消費されます。潤滑剤、表面処理、錆、ねじ損傷、座金、工具、作業方法が変わると、同じトルクでも軸力は変わります。

トルク表は、ボルト材質、ガスケット、フランジ、潤滑条件、摩擦係数を含む一組の施工条件です。別の潤滑剤へ替えたり、乾燥ねじへ同じ値を使ったりしません。

重要継手では、必要な精度、口径、作業空間、リスクに応じて方法を選びます。

5. 漏れの原因を「ガスケット不良」だけにしない

フランジ漏れは、次の三群に分けると切り分けやすくなります。

運転側では、圧力・温度の急変、熱サイクル、振動、配管荷重、屋外の急冷なども面圧を変化させます。交換したガスケットの破損状態と座面の当たりを記録し、次回選定と締付け条件へ戻すことが再発防止になります。

6. ホットボルティングと漏えい時の増し締めを分ける

ホットボルティングは、温度上昇による継手各部の熱膨張差を考慮し、昇温状態で計画的に行う締付けです。コールドボルティングは、降温過程または降温後の熱収縮差を考慮した締付けです。

ただし、どの継手でも実施すべき一般作業ではありません。流体危険性、温度・圧力、ボルト材、ガスケット、工具、作業者のばく露、過去実績を評価し、対象、時点、荷重、手順、中止条件を個別に定めます。

すでに漏れている加圧フランジへ、その場で工具を掛ける行為は、計画されたホットボルティングとは別です。漏えい時は次の順に対応します。

1. 人を近づけず、流体・温度・圧力・風向・着火源を確認する
2. 運転手順と緊急時手順に従い、隔離・停止・減圧を行う
3. 排液またはパージし、安全な温度まで冷却する
4. ゼロエネルギー状態を確認してから分解する
5. ガスケット、座面、ボルト、芯ずれ、配管荷重を点検する
6. 原因を修正し、承認手順で再組立て・試験を行う

運転を直ちに止められない場合でも、現場判断で増し締めへ進みません。立入規制、漏えい監視、運転条件の安全側変更、計画停止などを設備管理者と安全担当が決定します。

7. 設計・発注・施工で残す情報

ガスケット仕様と締付け条件を現場任せにしないため、配管クラス、機器仕様書、施工要領へ次を残します。

• フランジ規格、呼び径、呼び圧力またはClass、座面
• ガスケット規格、形式、材料、寸法、厚さ、製品
• 設計圧力・温度、流体、異常時・洗浄条件
• ボルト・ナット・座金の規格、材料、表面処理
• 潤滑剤と適用箇所、目標軸力または目標トルク
• 締付け方法、順序、段階、工具、校正条件
• ホット／コールドボルティングの要否と承認手順
• 組立て、締付け、試験、開放時の記録様式

ガスケットとトルク値はセットで変更管理します。ガスケット銘柄、厚さ、ボルト材、潤滑剤のどれかを変えたときは、従来の締付け条件をそのまま使わず再評価します。

8. まとめ

• ガスケットは単体でなく、フランジ・座面・ボルトを含む継手として選ぶ
• 初期締付け後も、運転中に必要な残留面圧が均一に保たれることが重要
• 寸法規格への適合と、流体・圧力・温度への適合は別に確認する
• 組立て前に座面、芯、平行度、ボルト状態を点検する
• 対角・段階・周回確認の具体手順は最新版規格と承認済み施工要領による
• トルク値は潤滑・摩擦条件と一組で管理する
• 漏れている加圧フランジを現場判断で増し締めしない
• 変更と分解点検の記録を、次回の選定・施工条件へ戻す

漏れない継手をつくる本質は、ガスケットを選ぶことではなく、必要な面圧を安全に与え、運転中も維持できる接合系を管理することです。

関連記事

• フランジの規格と呼び圧力｜JIS KとASME Classを混同しない
• 配管の接続方法｜溶接・フランジ・ねじ込みの使い分け
• 設計圧力・設計温度の決め方｜運転条件をそのまま使わない理由
• 配管は温度でどれだけ伸びる｜熱膨張量と拘束反力の基本
• 配管サポートの選び方｜支える方向と動かす方向を決める

参考文献

• 高圧ガス保安協会『高圧ガス保安技術 第21次改訂版』
• 化学工学会編『化学装置便覧 改訂二版』A編 第7章「ガスケット・パッキン材料」分冊3、B編 第16章「高圧装置」分冊5　Amazonで見る
• 『熱交換器ハンドブック』第IV編「設備保全」　Amazonで見る
• 日本規格協会「JIS B 2251:2024 フランジ継手締付け方法」
• 日本規格協会「JIS B 2404:2018 管フランジ用ガスケットの寸法」
• ASME「PCC-1-2022 Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly」
• ASME「B16.20-2023 Metallic Gaskets for Pipe Flanges」
• Garlock「Gasketing Technical Manual」

※ 実作業の締付け値、順序、潤滑条件、再締付けの可否は、適用法規、最新版規格、設計コード、ガスケット・ボルトメーカー資料、事業所の承認済み施工要領に従ってください。