流体システムのリーク検知と防止：包括的ガイド

流体システムリークの一般的な原因とコスト

ニック・アイバーソン、フィールドエンジニア、北米地区

流体システムのリークは、ほとんどのプラントで日常的に発生する問題です。プラントの安全性と収益性の維持を担う立場からすれば、わずかなリークであっても看過できません。そのため、リークが発生する仕組みと理由、検知・試験方法、そしてプラント全体でリークを対処・削減する戦略の立て方を理解しておくことが重要です。

リークがもたらすコスト

プラントではリークが頻繁に発生しますが、迅速な対応と将来的な予防計画の策定には、多くの財務的理由があります。

• 年間で数百万ガロンの油圧作動油が廃棄されていると推定されます。油圧作動油1ガロンのコストは約40米ドルです。
• 潤滑油の喪失は、早期摩耗や機械故障といった高額な設備損傷を招きます。
• リーク修理のためにプロセスを停止するたびに、プラントの生産能力が低下します。このダウンタイムは多大な利益損失につながります。
• リークによる計器の校正不良や運転異常でオフスペック製品が生産される可能性があります。その素材は再加工、値引き販売、または廃棄せざるを得ません。
• リークしたオイルの滴下は滑りや転倒事故を引き起こす危険な作業環境を作ります。また、逃散性排出物は修理コストが高く、従業員の健康にも悪影響を及ぼします。
• システムや設備が安全規制に違反している場合、リークは重大な罰金につながる可能性があります。
• リークの特定と修理には時間と費用がかかります。有毒化学物質のリーク対応には専門チームの雇用が必要となり、徹底的な検査のためにシステム全体をシャットダウンするコストが発生する可能性があります。

流体システムリークの3つの主要原因

意外かもしれませんが、ほとんどのリークは不良部品が原因ではありません。むしろ、コンポーネントの取り付け時や選定時の人為的ミスが原因です。適切なコンポーネントを選び、正しく取り付けることで、プラントの安全性を高め、大幅な時間とコストの節約が可能です。

スワゲロックのフィールドエンジニアが記録した、プラントでのリーク理解と軽減に役立つ3つの最も一般的な原因を紹介します：

• 信頼性に欠ける金属対金属シール： 高信頼性の金属対金属シールを作り、長期間維持することは困難です。特に経年変化により難しくなります。これらのシールを使用する際は、メーカーのガイドラインを厳密に守る必要があります。バルブの場合、繰り返しガス遮断が必要な用途では、ソフトシートシールを採用したコンポーネントへの交換を検討すべきケースもあります。
• チューブフィッティングの不適切な取り付け： チューブフィッティングを正しく組み立てることは、リーク発生リスクを大幅に減らし、プラントの安全性を高めます。技術者がフィッティングの正しい組み立て方（フェルールの正しい向き、ギャップゲージを用いた適切なプルアップ量の確認）について訓練を受けているか確認してください。
• 不適切なチューブ選定、取り扱い、準備： チューブの選定と準備もリークリスクを高めます。プロセス流体や外部環境と相性の悪いチューブ材質は、腐食、早期故障、リークの原因となります。また、切断面が不均一なチューブ、へこみや傷があるチューブ、バリ取りが不十分なチューブは、フィッティングのシール性能を損なう恐れがあります。

リークの3つのタイプ

リークのタイプを理解すれば、適切な是正措置を講じやすくなります。スワゲロックのエンジニアが、流体システムでよく遭遇する3種類のリークを特定しています：

実在リーク（Real Leak）： 圧力境界がシステム流体を周囲環境から封じ込めたり隔離したりする機能を失った結果生じるリークです。材料の亀裂やシール面の隙間が原因で発生します。

仮想リーク（Virtual Leak）： 材料のアウトガス、吸着・吸収された流体、隙間へのトラップ、デッドレグなどにより、内部に閉じ込められた流体が流体システム内に放出される現象です。

浸透（Permeation）： 圧力境界に、分子のごく一部しか通過できないほど微小な穴しかないにもかかわらず、流体がその境界内へ、を通り抜け、外へ通過する現象です。

リーク検知方法

一般的に、ほとんどのリーク試験は加圧システムで実施されます。実際のプロセス流体を用いるか、水、空気、窒素、ヘリウムなどの代替流体を用います。実用上、試験方法は「据付済み機器で実施されるもの」と「ベンチトップ（実験室）で実施されるもの」に大別できます。

1. 目視検査： 液体システムにおける最も基本的なリーク試験です。リーク箇所の下部に実際の滴下や濡れとして現れます。据付済み機器で最も一般的ですが、ホースアセンブリのベンチトップ試験でもよく用いられます。
2. 泡試験： ガスシステム向けの簡易かつコスト効率に優れた試験です。薄膜界面活性剤（スヌープ液など）を塗布するか、水槽に浸漬します。据付済み機器とベンチトップの両方で一般的です。リークの有無を確認するもので、漏れ量の定量には向きません。泡の発生を目視で観察する必要があります。
3. 圧力変化試験： 液体・ガス両方に使用可能です。試験対象機器を規定圧力で隔離状態に加圧し、規定時間保持します。リークがあれば徐々に圧力低下が測定されます。代表的なのは圧力降下試験です。ベンチトップでより一般的ですが、試験設計に注意すれば据付済み機器でも実施可能です。必要機器が最小限で済み、自動化も可能です。
4. 空気超音波試験： ガスシステムで使用します。空気超音波測定装置を用いてリークの存在を特定します。加圧システムではリーク率の概算も可能です。非加圧システムでも、内部に音源装置を設置すれば実施できます。据付済み機器でよく用いられます。
5. 質量分析試験： ガスシステムで使用します。質量分析計で微量漏洩ガスを検知・定量します。ほぼヘリウムを代替ガスとして専用に使用されるため、ヘリウムリーク試験と呼ばれます。加圧システムでは外部側試験、真空システムでは内部側試験が行われます。ベンチトップで極微小リークを特定する際に最も一般的です。

リークの優先順位付け

プラント内のあらゆるタイプのリークを即座に対処することは不可能ですが、リークを分類してメンテナンスと修理の優先順位を決めることは可能です。

• 危険なリーク： 安全上の問題を呈するリークは最優先事項です。有毒ガスや腐食性化学物質のリーク、滑り・転倒ハザードを生むリークが含まれます。リスク管理者がこれらを最初に特定し、最優秀なメンテナンス技術者を即座に派遣して修理させます。
• コストの高いリーク： プラント内の全リークを合計すると多大なコストになります。しかし、一部のリーク（小さなものでも）がそのコストの大部分を占めているケースがあります。例えば、高価なアルゴンガスの小さなリークを塞ぐことは、大量の低コスト圧縮空気リークを止めるより、はるかに大きな節約効果をもたらす可能性があります。リーク対策の節約効果がいかに迅速に積み上がるかをご確認ください。
• 厄介なリーク： 最後に、安全上の危険がなく、大きな損失にもつながらない軽微なリークが多数存在する場合です。これら低優先度のリークは、メンテナンススタッフがより重要な業務で逼迫していないときに対処すればよいでしょう。

エンジニアと技術者を多様なトピックで訓練・再訓練し、さまざまなタイプのリークを特定・対処するスキルを高めることは有益です。トレーニングには、適切な材料選定に関する教育から、チューブ曲げやチューブフィッティング取り付け手順の実践的スキル習得コースまで含まれます。幸い、スワゲロックはプラントの安全かつ効率的な運転を保証する多くの専門トレーニング・教育プログラムを提供しています。訓練されたチームがリークの特定と阻止に注力すれば、プラントはより安全でコスト効率の良い運営を実現できるでしょう。

リークの特定・対処方法、チームへのベストプラクティス教育についてさらに知りたい方は、最寄りのスワゲロック販売・サービスセンターまでお問い合わせください。