低温と 極低温アプリケーション1 ケーブルグランドが極度の熱ストレスにさらされると、標準的なエラストマーは脆くなって亀裂が入り、金属部品は収縮してシーリングの完全性を失い、従来の設計は致命的な故障を起こし、LNGターミナルや極低温貯蔵システムのような重要な施設では、危険なガス漏れ、システム故障、コストのかかるシャットダウンにつながります。常温用に設計された従来のケーブルグランドは、-196℃以下まで温度が下がる極低温環境での熱サイクルや材料の課題に耐えられません。
低温および極低温用途のケーブルグランドには、PTFEシール、極低温グレードのエラストマー、および熱適合性金属を含む特殊材料が必要であり、熱収縮に対応し、極端な温度範囲にわたってシーリングの完全性を維持し、要求の厳しい極低温環境で信頼性の高い性能を発揮する設計が求められます。 このような用途では、安全で信頼性の高い動作を保証するために、慎重な材料選択、熱膨張の考慮、特殊なテストが要求される。
カタールのLNG施設、ドイツの極低温研究所、北米の工業用ガスプラントのエンジニアと仕事をした経験から、極低温用途に適したケーブルグランドを選択することは、安全性と運用信頼性の両方にとって非常に重要であることを学びました。最も要求の厳しい低温環境で信頼性の高い性能を発揮するケーブルグランドを選択するために不可欠な知識を共有しましょう。
目次
- ケーブル・グランドの低温用途を困難にするものとは？
- 極低温サービスに不可欠な材料と設計特性とは？
- さまざまな極低温アプリケーションに対応するケーブル・グランドの選択方法とは？
- 設置とメンテナンスの注意点とは？
- 極寒の地で長期的な信頼性を確保するには？
- 低温用ケーブルグランドに関するFAQ
ケーブル・グランドの低温用途を困難にするものとは？
低温用途では、材料の脆性、熱収縮、シールの劣化、および標準的な材料が故障する原因となる熱サイクル効果によってケーブルグランドが課題となり、シーリングの完全性と機械的強度を維持するために極低温適合材料と熱膨張収容部を備えた特殊な設計が必要となります。
標準的なケーブルグランドは、極低温サービスにおいて致命的な故障を起こす可能性があり、安全上の危険と操業上の混乱を引き起こすため、これらの課題を理解することは極めて重要です。
材料の脆性と故障モード
エラストマーの脆さ： 標準的なゴム製シールは低温で脆くなり、亀裂が生じ、シール能力を失い、システムの安全性と性能を損なうリーク経路を作り出します。
金属の脆化： 一部の金属は極低温で脆くなり、特に炭素鋼は熱サイクル条件下で衝撃破壊や応力割れを起こす可能性がある。
プラスチックの劣化： 標準的なナイロンや他の熱可塑性プラスチックは低温で柔軟性と耐衝撃性を失い、極低温ケーブルグランド用途には適さない。
接着剤の不具合： ケーブルグランド組立に使用される標準的な接着剤やシーラントは、低温で故障することがあり、部品の分離やシールの完全性の損失を引き起こします。
熱収縮効果
微分収縮： ケーブルグランドアセンブリの材料界面には、応力集中やシール不良の可能性が生じます。
次元の変化： 熱サイクル用に適切に設計されていない場合、冷間時の大幅な寸法変化は、ネジのかみ合い、シールの圧縮、およびケーブルグランド全体の完全性に影響を与える可能性があります。
ストレスの集中： 熱収縮は、特にケーブルグランド構造における設計上の不連続部分や材料の移行部分において、材料強度の限界を超える内部応力を発生させます。
関節を緩める： 熱サイクルは、時間の経過とともにねじ接続が緩む原因となるため、極低温サービス用の特殊なねじロック化合物や設計上の特徴が必要となる。
熱サイクルの課題
疲労効果： 常温と極低温の間で繰り返される熱サイクルは、ケーブルグランド部品に亀裂の発生と進展につながる疲労応力を発生させます。
シールの劣化： 熱サイクルはシールの摩耗と劣化を加速させ、特に温度変化でケーブルが動くようなダイナミックな用途では顕著です。
腐食の加速： 結露や熱サイクルは、特に湿気や攻撃的な環境が存在する場合、金属部品の腐食を加速させる可能性があります。
パフォーマンス・ドリフト： 材料特性は何度も熱サイクルを繰り返すうちに変化し、シーリング性能や機械的完全性に影響を与えます。
ノルウェーのハンマーフェストにある主要なLNGターミナルのプロセスエンジニアであるマーカスは、ケーブルグランドの不適切な選択がもたらす結果を身をもって経験した。同施設の最初の冬季操業中、重要な計装機器に取り付けられていたいくつかの標準ケーブルグランドが、気温が-40℃まで下がったときに故障し、シール漏れと計装機器の故障を引き起こし、緊急シャットダウンが必要となった。標準のEPDMシールはもろくなり亀裂が入り、真鍮ボディは熱サイクルによる応力亀裂が見られました。私たちは、PTFEシールと-60℃サービス用に設計されたステンレス鋼構造を特徴とする特殊な極低温ケーブルグランドに交換し、故障の問題を排除し、北極の冬を何度も乗り越えて信頼性の高い動作を確保しました😊。
極低温サービスに不可欠な材料と設計特性とは？
極低温ケーブルグランドに不可欠な材料には、PTFEおよび特殊エラストマーシール、ステンレススチールまたはアルミニウムボディ、極低温グレードの潤滑剤、およびフレキシブルシールシステム、熱膨張収容部、低温靭性と化学的適合性のために選択された材料などの設計特徴が含まれます。
標準的な材料は極低温ではその特性や性能を維持できないため、材料の選択は非常に重要である。
極低温対応シール材
PTFEシール： ポリテトラフルオロエチレンは-200℃まで柔軟性と耐薬品性を維持するため、極低温ケーブルグランドでの一次シール用途に最適です。
特殊エラストマー： フルオロカーボンやシリコーンを含む高度なエラストマーコンパウンドは、シール性能を維持しながら、低温サービス用に特別に設計されています。
バイトン®FKM： 低温でも柔軟性と耐薬品性を維持する高性能フッ素エラストマーで、要求の厳しい極低温用途に適しています。
カルレッツ®FFKM： パーフロロエラストマーは、最も要求の厳しい極低温環境において、究極の耐薬品性と低温性能を発揮します。
金属建材
316ステンレス鋼： オーステナイト系ステンレス鋼は、極低温でも靭性と耐食性を維持するため、ケーブルグランド本体やハードウェアに最適です。
アルミニウム合金： ある種のアルミニウム合金は、軽量で優れた低温特性を提供し、重量が懸念される用途に適している。
インコネルとハステロイ： 極低温性能と過酷な環境下での優れた耐食性を兼ね備えた極限環境用超合金。
ブラスの限界： 標準的な黄銅は低温で脆くなり、一般的に極低温ケーブルグランド用途には推奨されない。
極低温サービスのための設計上の特徴
フレキシブル・シーリング・システム 温度サイクルを通してシールの完全性を維持しながら、熱の動きに対応する多段シール設計。
熱膨張継手： 密閉性や構造的完全性を損なうことなく、部品間の熱膨張差に対応する設計機能。
ストレスリリーフの特徴 角の丸み、緩やかな移行、応力集中の緩和により、熱サイクル中のクラック発生を防止。
モジュラー構造： ケーブルグランドを完全に交換することなく、コンポーネントの交換やメンテナンスが可能な設計。
特殊コーティングとトリートメント
| 治療タイプ | 目的 | 温度範囲 | アプリケーション |
|---|---|---|---|
| 電解研磨 | 耐食性 | -196°C ～ +150°C | 食品/医薬品クライオジェニック |
| 不動態化 | 表面保護 | -200°C ～ +200°C | 一般極低温 |
| PTFEコーティング | 低摩擦・耐薬品性 | -200°C ～ +260°C | エクストリーム・サービス |
| 極低温潤滑剤 | スレッド保護 | -196°C～+50°C | 組み立て/メンテナンス |
表面処理： 材料特性を維持しながら、耐食性を高め、低温での摩擦を低減する特殊な表面処理。
スレッドコンパウンド 低温で効果を維持し、組み立て時のカジリを防止する、極低温適合のスレッドシーラントと焼付き防止剤。
さまざまな極低温アプリケーションに対応するケーブル・グランドの選択方法とは？
極低温アプリケーション用のケーブルグランドの選択には、動作温度範囲、熱サイクルパターン、環境条件、安全要件を分析し、特定の低温環境において信頼できる性能を保証する適切な材料、設計、認証を選択する必要があります。
さまざまな極低温用途には、材料選択や設計上の考慮事項に影響を与える独自の要件があります。
LNGと天然ガスの用途
温度条件： LNGアプリケーションは通常-162℃で動作するため、これらの温度で実証された性能に加え、プロセスのアップセットに対する安全マージンを持つケーブルグランドが必要です。
安全性への配慮： 天然ガス環境では、防爆または 本質安全防爆2 極低温サービス用の適切な危険区域認定を受けたケーブルグランド。
熱サイクル： LNG施設では、荷役作業中に頻繁に熱サイクルが発生するため、耐疲労性と長期耐久性を備えたケーブルグランドが必要となります。
耐食性： LNGターミナルの海洋環境では、優れた耐食性が要求され、通常は適切な表面処理を施したステンレス鋼製が使用される。
工業用ガスと空気の分離
液体窒素サービス： -196℃動作には、特殊な材料と広範な低温試験検証を伴う最も要求の厳しい極低温ケーブルグランドが必要です。
酸素適合性： 液体酸素の用途では、酸素に適合し、耐火性のある材料と潤滑剤を使用した酸素クリーンケーブルグランドが必要です。
プロセスの純度： 高純度ガスアプリケーションには、滑らかな表面、最小限のアウトガス、プロセスストリームを汚染しない材質を持つケーブルグランドが必要です。
圧力を考慮する： 高圧極低温アプリケーションでは、標準的なケーブルグランド設計よりも強化された機械的強度と定格圧力が要求されます。
研究およびラボ用途
超低温： 研究用途では、-269℃の液体ヘリウムサービス用のケーブルグランドが必要になる場合があり、最先端の極低温材料と設計が要求されます。
精度の要件： 実験機器は、寸法安定性を維持し、熱影響による測定誤差をもたらさないケーブルグランドを必要とします。
クリーンな環境： 研究施設では多くの場合、ケーブルグランドは低 発散3 と超クリーンな環境での粒子発生特性。
柔軟性の要件： 研究用途では、性能を低下させることなく頻繁な接続や切断に対応するケーブルグランドが必要な場合がある。
食品と医薬品の低温技術
サニタリーデザイン： 食品加工用途では、滑らかな表面、隙間のない設計、食品との接触が認可された材料を持つケーブルグランドが必要です。
クリーニングの互換性： ケーブルグランドは、極低温性能を維持しながら、攻撃的な洗浄薬品や高圧洗浄手順に耐える必要があります。
FDAコンプライアンス： 医薬品用途では、規制遵守のため、FDA承認の材料と文書によるケーブルグランドが必要です。
汚染防止： 熱サイクルを繰り返しても性能を維持しながら、製品の汚染を防ぐ密閉設計。
アラブ首長国連邦のアブダビで大規模な工業用ガス施設を管理するハッサン氏は、液体窒素の生産能力を拡張する際にユニークな課題に直面しました。周囲温度+50℃とプロセス条件-196℃の間の極端な温度差は、重要な制御機器に対応するケーブルグランドに厳しい熱サイクルストレスを生じさせました。中程度の気候用に設計された標準的な極低温ケーブルグランドでは、極端な熱サイクルに対応できませんでした。当社では、熱膨張の収容力を強化した特殊なケーブルグランドと、極端な熱サイクル条件に特化して設計された高度なPTFEシールシステムを提供し、中東の厳しい気候でも信頼性の高い運用を可能にしました。
設置とメンテナンスの注意点とは？
極低温ケーブルグランドの取り付けとメンテナンスには、極端な温度環境での取り付けとサービス中に信頼できる性能を確保し、損傷を防ぐために、適切な材料の取り扱い、温度調整、特殊な工具、安全プロトコルを含む特殊な手順が必要です。
不適切な処置は極低温性能を損ない、安全上の危険を引き起こす可能性があるため、適切な設置とメンテナンスが非常に重要です。
設置前の準備
素材の調整： 極低温ケーブルグランドは、材料特性と性能を最適化するため、取り付け前に熱調整または応力除去が必要な場合がある。
ツール要件： 低温でも機能を維持し、設置やメンテナンスの際に極低温素材を傷つけない専用工具。
安全プロトコル： 適切なPPE、換気、緊急時対応手順など、極低温システムで作業するための包括的な安全手順。
書類審査： 設置作業を開始する前に、設置説明書、材料証明書、性能仕様書を十分に確認すること。
インストールのベストプラクティス
温度への配慮： システムのクールダウン時および運転時の熱膨張および熱収縮を考慮した設置手順。
トルク仕様： 低温での材料特性の変化と熱サイクル効果を考慮した修正トルク値。
シールの取り付け： 極低温に適合した潤滑剤を使用し、特殊なシール材への損傷を避けるための適切なシール取り付け技術。
システム統合： 適切なサポート、熱絶縁、メンテナンスのためのアクセス性を確保するためのシステム全体の設計との調整。
保守点検プログラム
熱サイクルモニタリング： 熱サイクルとケーブルグランド性能への影響を追跡し、メンテナンススケジュールの最適化と交換の必要性を予測する。
漏れ検知： ヘリウムリーク検査やサーマルイメージング技術など、極低温システムに適した特殊なリーク検査方法。
材料検査： 極低温サービスによる材料の劣化、亀裂、その他の損傷を特定するための目視および非破壊検査方法。
パフォーマンステスト： シーリングの完全性、電気的導通、機械的特性を定期的に検査し、性能の継続を保証する。
緊急時対応手順
故障の対応 絶縁、修理、緊急交換プロトコルを含む、極低温システムにおけるケーブルグランド故障への対応手順。
安全性への配慮： 窒息、凍傷、圧力危険など、極低温システム特有の危険を考慮した緊急手順。
スペアパーツ管理： 極低温グレードの材料や部品の適切な保管条件を備えた適切なスペアパーツの在庫を維持すること。
トレーニングの必要条件 極低温ケーブルグランドとシステムを扱うメンテナンス担当者向けの専門トレーニング。
極寒の地で長期的な信頼性を確保するには？
極低温アプリケーションにおける長期信頼性には、包括的な材料試験、性能モニタリング、予防保守プログラム、そして現場経験に基づく継続的な改善が必要であり、特定の動作条件に対してケーブルグランドの選択と保守を最適化する必要があります。
極低温アプリケーションでは信頼性が非常に重要である。
材料試験とバリデーション
極低温試験： 包括的な試験プログラムにより、使用温度におけるケーブルグランドの性能に加え、プロセス変動に対する適切な安全マージンを検証します。
熱サイクル試験： 長年の熱サイクルをシミュレートする加速試験により、長期的な性能を予測し、潜在的な故障モードを特定します。
互換性テスト： 特定のプロセス流体、洗浄化学薬品、および使用中に遭遇する環境条件に対する材料の適合性試験。
品質保証： 厳密な品質管理プログラムにより、極低温での使用に耐えうる一貫した材料特性と製造品質を保証します。
パフォーマンス・モニタリング・システム
コンディション・モニタリング： 温度、圧力、漏れ検知を含むケーブルグランド性能指標を追跡する連続監視システム。
予知保全： 運転条件、熱サイクル履歴、性能傾向からメンテナンスの必要性を予測するデータ分析プログラム。
故障分析： あらゆる不具合を包括的に分析し、根本原因を特定し、再発防止のための是正措置を実施する。
パフォーマンス・ベンチマーク： 選択基準と仕様を最適化するために、さまざまなケーブルグランド設計と用途にわたって性能を追跡。
継続的改善プログラム
現場経験の統合： ケーブルグランド設計とアプリケーションガイドラインを改善するために、現場設置から学んだ教訓を取り入れる。
技術開発： 極低温用途における性能と信頼性を向上させるため、新しい材料と設計を継続的に開発。
標準的な開発： 極低温ケーブルグランドアプリケーションのベストプラクティスを確立するための業界標準開発への参加。
トレーニングと教育： 担当者が極低温ケーブルグランド・アプリケーションのユニークな要件を理解していることを確認するための継続的なトレーニング・プログラム。
結論
低温および極低温アプリケーション用のケーブルグランドを選択するには、極低温環境特有の課題を理解し、性能と安全性を維持する特殊な材料と設計を選択する必要があります。成功するかどうかは、適切な材料選択、適切な設計特徴、および包括的な設置・保守手順にかかっています。
極低温アプリケーションの極限条件では、安全で信頼性の高い動作を保証するために、最高品質の材料と最も慎重なエンジニアリングが要求されます。Beptoでは、低温アプリケーションの重要な要件を理解し、最も要求の厳しい環境に対応する実証済みの材料と設計を備えた特殊な極低温ケーブルグランドを提供しています。当社のエンジニアリングチームは、極低温条件下で信頼性の高い性能を発揮するケーブルグランドの適切な選択と実装を確実にするため、施設オペレータと協力しています。
低温用ケーブルグランドに関するFAQ
Q: 極低温ケーブルグランドはどの温度範囲に対応しますか？
A: 極低温ケーブルグランドは、一般的に-196℃（液体窒素）から+150℃の温度に対応し、-269℃の液体ヘリウムサービス用の特殊設計も可能です。正確な範囲は、特定のアプリケーションの材料と設計仕様に依存します。
Q: 低温用途で標準的なケーブルグランドを使用できますか？
A: いいえ、標準的なケーブルグランドは、材料の脆性と熱収縮の影響により極低温サービスでは故障します。低温サービス用に設計されたPTFEシールと適切な金属構造を持つ特殊な極低温ケーブルグランドが必要です。
Q: 極低温ケーブル・グランドの熱サイクルによる損傷を防ぐには？
A: 熱サイクル用に設計されたケーブルグランドは、柔軟なシーリングシステム、ストレスリリーフ機能、温度変化に対して特性を維持する材料から選択する。熱サイクルによる損傷を防ぐには、適切な設置と定期的な点検も不可欠です。
Q: 極低温用ケーブルグランドシールに最適な材料は何ですか？
A: PTFEは極低温シールにおいて最高の総合性能を発揮し、-200℃まで柔軟性と耐薬品性を維持します。Viton®やKalrez®のような特殊なフッ素ゴムも、エラストマー特性を必要とする特定の用途に使用されます。
Q: 極低温ケーブルグランドは特別な設置手順が必要ですか？
A: はい、極低温用ケーブルグランドは、低温用の適切なトルク仕様、極低温適合潤滑剤、システム運転中の熱膨張と収縮を考慮した手順など、特殊な取り付けが必要です。
