ラプチャーディスクについて About rupture disk

破裂板(ラプチャーディスク)について

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破裂板(ラプチャーディスク)は、あらかじめ決められた設定圧力で確実に作動するノンメカニカルな圧力安全装置です。あらかじめ設定された圧力と温度で、瞬時に容器内の過剰圧力を開放し、反応の暴走・人為的エラー等に起因する粉体・液体・気体の過剰圧力を開放しシステム・装置を保護する装置です。

ラプチャーディスクはJIS B8226破裂板式安全装置として規格化されており、JIS B8226では「この規格は、圧力容器、配管系、ダクトなどの密閉された装置が過剰圧力又は負圧によって破損することを防止するために設ける、破裂板(ラプチャーディスク)、ホルダー、バキュームサポートなどで構成された安全装置」について規定しています。
圧力容器や配管の一部に圧力容器や配管の強度より弱い部分(ウィークスポット)を設置しておけば、内圧が異常昇圧した際、この弱い部分だけが破壊されて内圧を放出して容器や配管を保護し、この弱い部分に、形状・寸法・圧力・温度などの一定条件を与えたものが破裂板(ラプチャーディスク)です。

化学プラントや原子力・電力プラントなど各種プラントの圧力容器・機器類・配管などを、異常昇圧や化学反応による昇圧などの危険から保護するために使用され、この点は安全弁と同様ですが、可燃性・毒性・高価なガス及び放射性流体のリークによる危険防止、粘性流体の固着の観点からは破裂板の方が効果的です。


 
破裂板(ラプチャーディスク)の構成部品:
破裂板(ラプチャーディスク)は、破裂板の他に、破裂板を保持し配管または装置に取付けるためのホルダー、負圧時のバキュームに対して破裂板を支えるバキュームサポートなどで構成されています。

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破裂板(ラプチャーディスク)の種類と破裂原理:
破裂板(ラプチャーディスク)の種類としては、大別すると引張り型と反転型の2種類があります。
材料の引張り強さの限界で破裂開口または材料の座屈強さの限界で座屈反転して破裂開口します。

 
引張型(ラプチャーディスク):
この破裂板(ラプチャーディスク)は破裂圧力が加わる方向へドーム状に成形され、材料の引張り強さの限界で破裂又は開口するもので、次のような型式があります。

- 金属単板型Bシリーズ
金属単板のドーム全面に圧力が負荷され、圧力が材料の引張り強さの限界に達すると破裂するもので、最も基本的な引張り型破裂板(ラプチャーディスク)です。真空で使用される場合には、バキュームサポートの取り付けが必要になります。スコア溝(ノッチ)加工を施したタイプもあります。

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- スリット付き複合型Dシリーズ
スリットの入ったトップメタルにシールメタルあるいはシールプラスチック(主にテフロン)が組み合わされた複合型破裂板(ラプチャーディスク)です。シールを介してトップメタルに圧力が負荷され、スリットの未加工部分に応力が集中して、圧力が未加工部分の引張り強さの限界に達すると破裂する破裂板(ラプチャーディスク)です。
真空で使用される場合には、バキュームサポートの取り付けが必要となります。

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- グラファイト製ディスクMBシリーズ
破裂板(ラプチャーディスク)とホルダーが一体化された不浸透膨張黒鉛で作られた破裂板(ラプチャーディスク)で、耐食性に優れていますが、破片の飛散があります。

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反転型(ラプチャーディスク):
この破裂板(ラプチャーディスク)は破裂方向とは反対方向にドーム状をなし、プロセス圧力は破裂板ドームの凸面部に作用します。破裂板(ラプチャーディスク)は設計圧力にて、材料の座屈強さの限界で座屈反転して破裂開口します。

反転型には次のような型式があります。
(1)金属板にスコア溝(ノッチ)加工し、座屈反転した際にスコア溝に沿って開口するタイプ。
(2)金属単板で座屈反転した際に、歯又ナイフに破裂板が衝突して開口するタイプ。

最新のSAF技術 (Structual Apex Forming、構造的向点成形加工) による反転型破裂板(ラプチャーディスク)では二相流体、液体及びガス体万能の優れたフロー特性を有する高帯域圧設定、ダメージ安全率1以下のフェイルセイフなものへと進化しています。 

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    十文字スコア型     外周スコア型        切頭体型          歯状型
 
 
破裂板(ラプチャーディスク)の取付場所:
圧力容器への一般的な取付には次のような3タイプがあります。

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安全弁と破裂板(ラプチャーディスク)の併用は安全弁を外したりシステムを停止することなしに安全弁の作動試験が可能となります。
また、気密性の保持を確実にし、安全弁の腐食の問題も解決します。
安全弁とプロセス媒体を隔離することは、リーク・腐食・誤動作等の防止及びメンテナンスコストの低減に大きな効果があります。

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過剰圧力のインパルスも捕らえる応答性のよい圧力レリーフ装置とする場合は、上図(A)のように圧力が破裂板(ラプチャーディスク)に直接加わる位置関係が望ましく、また過剰圧力のサージは破裂圧としては避けたい場合(液体など)は、上図(B)のような位置関係が望ましいものとなります。
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