石油、天然ガス、化学産業において、硫化水素（H₂S）を多く含む天然ガス（通称「サワーガス」）の取り扱いは、機器の信頼性と安全性にとって極めて大きな課題となります。硫化水素は、毒性、可燃性、爆発性が高いだけでなく、強い腐食性も持ちます。金属硫化物応力割れ（SSC）や水素誘起割れ（HIC）を引き起こすだけでなく、非金属シール材の膨潤、硬化、劣化も引き起こします。そのため、このような媒体に適したシール部品を選定することは非常に重要であり、生産の安全性、環境保護、そして機器の長期運用に直接影響を及ぼします。
I. 動作条件分析と主要な課題
シールを選択する前に、メディアの特性を十分に理解することが重要です。
- 硫化水素（H₂S）の腐食性H₂Sは水に溶解して弱酸を形成し、多くのエラストマーや金属を強く腐食します。シーリング材の分子鎖を切断し、弾性を失わせたり、脆くしたり、過度に膨潤させたりして、故障につながる可能性があります。
- 天然ガス（主にメタン）の性質天然ガス自体は非極性媒体であり、特定のゴムに膨潤を引き起こす可能性があります。システムはしばしば高圧シールには優れた押し出し抵抗と低い圧縮永久歪みが求められます。
- 複合動作条件媒体の温度、圧力、濃度、そして水の存在（H₂S腐食を著しく悪化させる）はすべて重要な要因です。一般的な動作温度は、室温から100℃を超える温度までの範囲です。
II. 推奨シール材の選択
上記の課題を踏まえ、硫化水素を含む天然ガス環境において以下のシーリング材が信頼性が高いことが実証されています。
1. パーフルオロエラストマー (FFKM)
- パフォーマンス: これは現在 最高グレード オプションは「エラストマーの王様」として知られています。優れた化学的不活性を有し、濃硫酸、強塩基、腐食性の高い硫化水素など、ほぼ全ての化学物質に耐性があります。また、耐熱性も抜群で、280～300℃以上での連続使用が可能です。
- 応用: 坑口設備、高圧バルブ、コンプレッサーシールなど、高温、高圧、高H₂S濃度の過酷な環境下での使用。コストはかかるものの、絶対的な安全性を確保するための第一選択肢です。
- 共通グレード: Chemraz®、Perlast®など
2. 水素化ニトリルブタジエンゴム（HNBR）
- パフォーマンスHNBRは、標準的なニトリルゴム（NBR）と比較して、水素化処理により耐熱性、耐薬品性、耐老化性が向上しています。油・ガス媒体や中濃度のH₂Sに対する優れた耐性に加え、高い機械的強度と耐摩耗性も備えています。
- 応用: 中程度の温度（通常-25℃～150℃）、中程度の圧力、中程度の腐食条件に適しています。コスト効率に優れ、バルブシール、Oリング、フランジガスケットなどによく使用されます。
- 注記: 非常に高い H₂S 濃度と高温が同時に発生する極端な環境には適していません。
3. フッ素エラストマー（FKM/Viton®）
- パフォーマンスFKMは、酸性ガス環境において長年にわたり最も広く使用されている高性能エラストマーの一つです。高温（約200～230℃）、油、そして多くの化学物質（H₂Sを含む）に対して優れた耐性を備えています。
- 応用H₂Sを含むほとんどの天然ガス環境に適しており、性能とコストのバランスが取れた理想的な選択肢です。Oリング、Vリング、フランジガスケット、バルブステムシールなどに広く使用されています。
- 重要な注意事項: FKMに注意してください低温性能が悪い蒸気または温水中では長期的な性能低下の可能性があります。特定の化合物が酸性用途に適していることを確認してください。
4. ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）とその複合材料
- パフォーマンス「プラスチックの王様」として知られるPTFEは、ほぼ完璧な化学的不活性を有し、H₂S、酸、塩基、溶剤に対してあらゆる濃度で完全に耐性があります。使用温度範囲も非常に広く（-180℃～260℃）、摩擦係数も非常に低いのが特徴です。
- 応用: パッキンリング、バルブシート、押し出し防止リング、リップシールなどに広く使用されています。純粋なPTFEはコールドフローを起こしやすく、弾力性に乏しいため、ガラス繊維、グラファイト、炭素繊維などを複合することで、機械的強度、耐クリープ性、耐摩耗性を向上させることがよくあります。
- フォーム: 成形シールや機械加工されたパッキングリングによく使用されます。
5. 金属シール
- パフォーマンス超高圧、超高温、あるいはエラストマーが適さない極限条件下では、金属シールが究極のソリューションとなります。一般的な材料には以下が含まれます。ステンレス鋼316L、 合金625（インコネル625）、 合金C276（ハステロイC276）、およびその他の耐腐食合金。
- フォーム典型的には、金属製Oリング（中実または中空）、金属製Cリング、スプリング式シールなどが挙げられます。これらは金属の弾性変形を利用してシールを実現し、非常に高い圧力と温度に耐えることができます。
- 応用: 坑口のクリスマスツリー、高圧バルブ、反応器、パイプライン接続。
III. 避けるべき材料
- 標準ニトリルゴム（NBR）: H₂Sおよび高温に対する耐性が不十分で、急速に劣化します。
- エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）: 蒸気に対しては耐性がありますが、油や炭化水素に対する耐性は非常に低く、油の中では激しく膨張します。
- ネオプレン（CR）: 一般的に耐酸性が低く、性能は FKM/HNBR よりはるかに劣ります。
- 一部のポリウレタン（PU）: 加水分解されやすく、H₂S 腐食に対する耐性がありません。
IV. 選択と考慮事項
- 動作パラメータを確認する: 温度、圧力、H₂S および CO₂ 濃度、および水の存在が選択の基準となります。
- 標準規格を参照: 金属材料と非金属材料の選択に関する詳細なガイダンスを提供する NACE MR0175/ISO 15156 (石油および天然ガス産業 - 石油およびガス生産における H₂S 含有環境で使用する材料) などの業界標準に従ってください。
- 材料適合性試験: 不明な場合は、必ずシール供給元に化学的適合性チャートを要求するか、動作条件をシミュレートする浸漬テストを実行してパフォーマンスを確認してください。
- シールデザイン: 優れた材料が最適に機能するには、合理的な設計 (適切な圧縮比、押し出し防止リングの使用) が必要です。
- サプライヤー資格: 材料の信頼性と信頼性の高い製造プロセスを確保するために、資格のある経験豊富なシールサプライヤーを選択してください。
結論
天然ガスや硫化水素の媒体を取り扱う際は、安全は最優先事項ですシーリング部品の選択は、主にコストではなく、材料の信頼性と適合性.
- 主な推奨事項: ほとんどの状況において、フッ素エラストマー（FKM）は経済的で信頼できる選択肢です。
- 極限状態: 高温、高圧、高腐食に耐えるパーフルオロエラストマー（FFKM）または特殊合金金属シールは必要な投資です。
- 特殊用途: PTFE複合材料と水素化ニトリルゴム（HNBR）それぞれの適用範囲内で優れたパフォーマンスを発揮します。
適切なシーリングコンポーネントを選択することは、安全で信頼性が高く、長寿命のバリアを構築することに繋がります。これは、人員の安全確保、環境汚染の防止、そして生産の継続性を保証する上で、極めて重要な技術的決定です。
投稿日時: 2025年9月2日