なぜ私のステンレス鋼管は破損したのか？エンジニアのための破損解析入門

なぜ私のステンレス鋼管は破損したのか？エンジニアのための破損解析入門

プロセスプラントにおけるステンレス鋼管の破損は、単なる不便さ以上のものです。それは安全事故、環境への放出、そして高額な計画外停止につながる可能性があるより大きな問題の症状です。エンジニアやプラント要員にとって、再発を防ぐために体系的な破損分析を行うことは極めて重要です。

このガイドでは、ステンレス鋼管の破損原因を特定するための体系的で実用的なアプローチを提供します。

黄金律：証拠を保存すること

何よりも先に、故障現場の安全を確保してください。安全である場合、パイプを複数の角度から現地で撮影し、全体の状況と具体的な故障部品を確認できるようにしてください。腐食生成物や堆積物に重要な手がかりが含まれているため、破断面や内面を過度に清掃しないでください。分析のために、故障した部分をラベル付けし、保護してください。

ステップ1：背景情報の収集

以下の重要な質問に答えることから調査を始めてください：

• 使用環境： パイプはどのような流体を輸送していましたか？濃度、温度、pH、流量が重要です。水中または大気中に（微量であっても）何か不純物が存在していましたか？ 塩化物 予期しないプロセスの乱れや変更はありましたか？

• 材料の仕様 指定された材質は何でしたか？（例：304、316、316L）。材料試験成績書（MTR）を確認して、受け取った合金が注文したものと一致しているかを検証してください。

• 運用条件: パイプは応力下にありましたか？運転温度およびサイクル温度はどのくらいでしたか？連続使用または間欠使用のどちらでしたか？

• 歴史: そのパイプはどのくらいの期間使用されていましたか？新しく設置されたものでしたか？同じ場所で以前に漏れや修理の履歴がありましたか？

ステップ2：外観検査および破面解析

マクロ的な検査では、最初で最も明らかな手がかりが明らかになることが多いです。

発生箇所の特定： クラックが発生した正確な地点を見つけます。以下の点に注意してください：

• クラック： 枝分かれしていますか？（応力腐食割れを示唆）

• 肉薄： 破損は管壁全体の肉薄によるものか、局所的なピッティングによるものですか？

• 表面付着物： 腐食生成物、スケール、変色がありますか？それらの色と位置を記録してください。

• 故障モード： 破断は延性（引き裂き、「カップアンドコーン」）ですか、それとも脆性（平らで粒状）ですか？

ステップ3：実験室分析（必要に応じて）

重要な故障の場合、実験室での試験により決定的な証拠を得ることができます。

• 立体顕微鏡： 破断面をより詳細に観察し、破壊の起点と破壊様式を確認します。

• 走査型電子顕微鏡（SEM）： 破断面の形態について高解像度の画像を提供します。延性のディンプルと脆性の劈開を区別できます。

• エネルギー分散型X線分光法（EDS）： 腐食生成物、堆積物、介在物の元素組成を特定します。 塩化物イオンや硫化物イオンの存在を確認する上で極めて重要です。

• 金属組織学： 顕微鏡で断面を観察することで、微細構造の損傷が明らかになります。

  • 亀裂の進展経路： 粒内破壊（transgranular）ですか、それとも粒界破壊（intergranular）ですか？

  • 敏進化： 組織にクロムが貧化した粒界が見られますか？

  • 相の形成： Σ相などの有害な相が存在していますか？

ステップ4：根本原因の特定と是正措置の決定

最終段階は、故障メカニズムからその根本原因へと移行することです。故障の原因が「ただの腐食」であることはめったにありません。ほとんど常に、複数の要因が組み合わさった結果です。

根本原因の例：

• 材料の誤選定： 316Lが必要な場所で304が使用された。二相系ステンレス鋼またはニッケル合金が必要な場所で316Lが使用された。

• 設計上の欠陥： 不良なガスケットや溶接により隙間（クリース）が生じた。滞留流によって塩化物が濃縮された。

• 製造上の問題： 配管の溶接後に応力除去処理が行われず、高い残留応力が残った。溶接部が汚染された。

• 運転条件の変更： プロセスの変更により、新しい化学物質が導入された、または温度が設計限界を超えて上昇した。

• メンテナンス上の問題： 断熱材が取り付けられておらず、大気中の塩化物イオンが冷たい表面に濃縮する原因となった。あるいは、断熱材の維持管理が不十分で、水分が侵入した。

結論：予防が重要である

徹底的な故障分析により、高コストとなる故障を貴重な学びの機会に変えることができる。体系的に証拠を収集し、故障メカニズムを特定して根本原因を突き止めることで、新材料の選定、工程の変更、製造基準の改善など、効果的な是正措置を講じることができるため、同じ故障が二度と発生しないようにすることが可能になる。

覚えて： 不明な点がある場合は、専門の故障分析ラボまたは材料・腐食エンジニアに相談すること。彼らの専門知識は、複雑な事例を解決する上で非常に価値あるものとなる。