ラプチャーディスク / ラプチャーディスクについて

ラプチャーディスクとは?

ラプチャーディスクは、圧力容器や回転機器、ダクトなどの密閉された装置が圧力によって破損することを防止するために用いられる安全装置です。
安全弁の代わりに単独もしくは、直列に取り付けられる装置となり、「破裂版」とも呼ばれています。
ラプチャーディスクと一口にいっても、種類がいくつかあり、それぞれメリットや特徴が異なります。
そこで今回はラプチャーディスクの種類について詳しく解説していきましょう。

1.ラプチャーディスクとは

ラプチャーディスクの種類を知る前に、まずは簡単にラプチャーディスクについて知っておきましょう。
ラプチャーディスクはどんな製品であり、どういった目的で使用されるのでしょうか?

①:ラプチャーディスクの役割

ラプチャーディスクは密閉された容器内を、あらかじめ設定された温度と圧力によって容器内の過剰圧力を開放してシステムや装置を保護する役割があります。
そのため、圧力容器や配管などの強度がより弱い部分に設置をします。
そうすると、内圧が異常昇圧した際に、設置された弱い部分だけが破壊されて流体を噴出させて圧力を下げ、容器や配管を守ることができるのです。
ノンメカニカルな圧力安全装置になっているので、作動に動力などは必要ありません。

②:ラプチャーディスクを使用する目的

ラプチャーディスクが圧力安全装置であることは分かりましたが、どういった目的の場所で使用されているのでしょうか?
実はこのラプチャーディスク。化学や原子力といったものが機械的な誤作動や化学反応の暴走などで過剰圧力の危険から守るために使用されているのです。
可燃性や有毒ガスなどの危険や漏出を予防することができ、安全性を守るためには不可欠な装置であると言えます。

③:ラプチャーディスクの構成

ラプチャーディスクは、破裂版の他にホルダーやバキュームサポートなどで構成されています。
破裂版であるディスクは、設定された温度もしくは圧力で破裂をする金属板の部品となり、ディスクを固定するにはホルダーが必要です。
ディスクが確実に固定されていないため、ホルダーによって固定します。
また、破裂圧力を調整するスリットディスクや、負圧時にディスクの変形やバキュームを支えるバキュームサポートなどで構成されています。

2.ラプチャーディスクの種類と特徴

ラプチャーディスクには大きく分けると2種類があります。
「引張型」「反転型」の2種類あり、それぞれ破裂原理や特徴が異なるのです。
それぞれどういった特徴があるか紹介していきます。

①:引張型

引張型は、破裂圧力が加わる方向へドーム状に形成されています。
ドームの内側にプロセス圧力がかかり、破裂をした際には破片の分散飛散があります。
運転圧力は70~80%まで可能となり、気体や液体用の破裂版です。
運転圧力が70%までのものがB型破裂版で、80%のものがD型破裂版と呼ばれています。
真空ラインなどに用いる場合には、バキュームサポートが不要になる場合もあるので注意が必要です。

②:反転型

反転型は引張型とは反対方向のドーム形状となり、ドーム状外側が破裂方向になります。
引張型と違う点は、破裂による破片の分散飛散がない点や、真空設計なのでバキュームサポートが必用ないという点です。
また、最大運転圧力が高く、80~95%となっています。
反転型は圧力変動や脈動に対して寿命が長いことが特徴的と言えるでしょう。
しかも、上下逆に取り付けるようなミスが起きないように、3次元タグや位置決めタブが採用されています。

3.ラプチャーディスクの構造

過去にはカウンターウェイト式ベントが多く使用されていましたが、多くの事故から現在はラプチャーディスクが使用されています。
ラプチャーディスクはどのように圧力容器や配管を守ることができるのか構造を学んでいきましょう。

①:ラプチャーディスクの構造

ラプチャーディスクは、圧力容器や配管の内圧が一定まで上昇した際に、ウィークスポットだけが破壊されて、その他の部分を被害から守ることができます。

ウィークスポットは、圧力容器や配管の強度よりも弱い部分となります。
破壊されることで過剰圧力を解放することができるだけでなく、あらかじめ設定した条件で瞬時に開くことができる急開弁として実験装置などにも利用することができます。

②:ラプチャーディスクを用いるメリット

ラプチャーディスクを用いる最大のメリットは、圧力放出速度が速いため、洩れを素早く防ぐことができるということです。
これによって、球体の漏れによる危険性を防止することができ、高粘性や固着性流体に適しています。

しかも、ラプチャーディスクは機械的な操作などの必要がないので、取り扱いや点検も簡単である点もメリットと言えます。

4.ラプチャーディスクの構成部品とは

ラプチャーディスクは破裂板と呼ばれるディスクだけでなく、装置をつけるためのホルダーなどいくつかの部品によって構成されています。
ラプチャーディスクの構造を知るためにも、構成部品について知っておきましょう。

①:ディスク

破裂板と呼ばれる金属の板で、設定された圧力と温度で破壊される部分です。
主に、引張型と反転型の2種類があります。
引張型は破裂圧力が加わる方向へドーム状に形成されたものとなり、反転型はドームの凸面部に作用します。
ディスクに使用する材料は、ディスクに摂食する流体に応じた素材を用いる必要があります。

②:ホルダー

ディスクを確実に固定するために必要な部品です。
しっかりと固定されていない場合には、ディスクに加わる応力が変化してしまう可能性があり、設定した圧力で破壊されない可能性が発生します。

ホルダーは、一部のラプチャーディスクを除いては専用ホルダーに組み込まれる形となります。
挟みこむボルト締め型と、ねじこんで取り付けるスクリュー型・ユニオン型から選びます。

③:スリットディスク

複合型に使用される金属板で、ドーム状になっています。
円周に沿ってスリット加工がされており、圧力を調整するのに必要な部品です。

④:バキュームサポート

容器や配管内が、真空や背圧になる場合に使用されます。
ディスクの凹面に重ねるように設置され、ディスクが変形してしまうことを防げます。

5.ラプチャーディスク種類のまとめ

ラプチャーディスクは、破裂の危険のあるシステムや容器を保護するのに最適な装置です。
安全弁のみを使用するのではなく、ラプチャーディスクも併用することで十分に保護できるようになるのです。
種類によって特徴や使い勝手に違いがあるので、使用すべき部分に見合ったラプチャーディスクを用いることで安全性を高めましょう。