設備管理・保全

第3回　玉掛けの力学(その3)

2025.06.02

国立大学法人　九州工業大学支援研究員・客員教授堀田　源治

装置材料の損傷・劣化「べからず集」Vol.5

2025.06.01

　図に模式的に示す多管式熱交換器（以下熱交と略す）は、化学プラントで多く用いられるタイプの熱交である。熱交を設計する場合に、腐食性のある流体をシェル側に流すことは、原則として避ける必要がある。すなわち多管式熱交では「腐食性流体はチューブ側に流す」を原則とする。それは、図に示すように、シェル側に腐食性流体を流すと、バッフル近傍や管板近傍で滞留部が生じるため、流体の流れを均一に一定以上の速度で流すことが不可能であり、かつ伝熱管表面の付着物や腐食生成物を定期修理時などで物理的に洗浄することが困難であり、更に腐食が発生した場合の非破壊的な検査が管内側に流体を流す場合に比べ困難になるためである。　これは、伝熱管が炭素鋼の場合も、ステンレス鋼の場合も同様である。　プロセス流体に腐食性が無い場合は、冷却水は炭素鋼やステンレス鋼に対して腐食性があるため、これをシェル側に流さず管内側に流した方が、以上の種々の課題に対応する上で望ましい。このような設計段階での配慮が、熱交の信頼性やメンテナンスの負荷に大きく影響する。ただし、プロセス側流体にも腐食性が有る場合や、プロセス側流体に重合やスケーリングの発生がある場合には、それらの流体をチューブ側に流さざる得ないため、冷却水をシェル側に流す場合もあり得る。その場合は、熱交のタイプを固定管板式からU字管式や遊動頭式などのチューブバンドルを開放できるタイプへ変更し、洗浄や検査を行い易くすることが考えられる。また、冷却水側からの腐食を抑制するため伝熱管の材料を炭素鋼からステンレス鋼へ変更や、ステンレス鋼でも冷却水側からの応力腐食割れの発生を抑制するためSUS304などのオーステナイト系ステンレス鋼から、SUS329などの2相系ステンレス鋼へ変更するなど、材料面からの腐食抑制策を選択することを行うことが妥当な場合もある。

装置材料の損傷・劣化「べからず集」Vol.4

2025.05.15

　ステンレス鋼等の金属材料には、「応力腐食割れ」（Stress Corrosion Cracking、SCCと略す）が発生することがある。SCCが生じた場合に、設備の継続使用の可否や補修の必要性を判断するために、割れ深さを明らかにする必要のある場合がある。割れ深さを非破壊で評価する方法としては種々あるが、「超音波斜角探傷」が一般的に採用される。　実際には、有資格の検査員が、標準試験片で割れ検出のキャリブレーションを行って、実機のSCC深さを評価することなる。　しかし、SCCの深さは、「超音波斜角探傷」では精度よく評価できないと考えた方が良い。それは、図に模式的に示すように、SCCの先端部は細い（開口量が小さい）割れが枝分かれしていて分布しており、「超音波斜角探傷」ではとらえられないためである。一般的に、SCCで溶解による開口量の大きい割れ根元部分は、「超音波斜角探傷」でも検出できるので、結果として、SCCの深さを浅めに評価する傾向がある。　SCC深さを精度良く評価するためには、非破壊検査ではなく表面からグラインダ研削と浸透探傷を繰り返す方法が採用される場合がある。しかしこの方法は、割れ深さが必要肉厚を割り込むと更新か溶接肉盛り補修が必要となり、また割れ発生本数が多い場合には、全ての割れのついて同様の手法を適用して割れ深さを測定することは現実的でない。　このため経験的には、SCCの表面長さの半分程度は、板厚方向に進行していると想定して、当該設備の継続使用の可否を判断する場合もある。