蒸気圧縮機の潤滑油は乳化しやすいが、それは油の問題なのか、それとも機器の問題なのか？

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蒸気圧縮機MVR（メカニカル・ヴェイパー・リコンプレッション）は、湿式製錬、化学工業、医薬品、食品、飲料などの業界における省エネ・環境保護プロジェクトや、工業廃水のゼロ排出に主に利用されます。MVRは機械的圧縮によって発生する全二次蒸気の圧力と温度を上昇させ、それを蒸発器に戻して新鮮な蒸気の代わりに熱源として使用することで、省エネルギーを実現します。 蒸気圧縮機は運転中、軸受と歯車を潤滑・冷却するために潤滑油が必要です。多くのMVRユーザーを調査した結果、圧縮機を2～3ヶ月間連続して運転すると、潤滑油が乳化する傾向があることがわかりました。油タンクの底部にはペースト状の乳白色の沈殿物ができ、上部には大量の泡が発生します。潤滑油を採取して監視分析を行ったところ、乳化による水分含有率は10～15％にも達していた。 1 乳化油の危険性 油に混入した水分を迅速かつ完全に分離する能力が油になければ、油は乳化し、その結果、油の潤滑性能が低下したり失われたりし、酸化による劣化が進み、部品の摩耗や装置の腐食が激しくなります。 1）腐食性が強く、部品の使用寿命が短くなる； 2）粘着性が低下し、軸受の油膜が破壊されることで、軸受とローターの間に干渉摩擦が生じ、軸受ブッシュが損傷する； 3）酸価が上昇し、乳化防止能力が低下し、生成された油汚れがポンプ前のフィルターを詰まらせやすくなる； 4）流動性が低下し、ベアリングから熱を奪う能力が落ちるため、軸受が焼損しやすくなる。 2 乳化油が発生する原因 潤滑油が乳化する根本的な原因は、歯車箱の内部から水蒸気が潤滑油システムに侵入することです。 1）隔離ガス——飽和蒸気圧が高すぎ、蒸気の供給量が多いため、水蒸気がギアボックス内に侵入する； 2）ガスシールの隙間が過大； 3）蒸気圧縮機が動作しているとき、圧縮機のケーシング、隔離用ガス、大気、ギアボックスのケーシングの間に圧力差が生じる。隔離用ガスの圧力はギアボックスのケーシングの圧力よりも高く、一方で大気側の排気空間が狭すぎるため、大気側から排出される水蒸気が適時に排出されない； 4）蒸気圧縮機が動作している際、飽和蒸気の凝縮によって生じた水が主軸の回転とともに歯車箱の内部に持ち込まれる； 5）蒸気圧縮機の運転前、ギアボックス内は負圧となっており、供給される遮断ガスの圧力は0.98MPa.Gである。水蒸気がギアボックス内に侵入する。 3 乳化油の再利用 乳化油の水分含有量が15％未満の場合、潤滑油を再利用することができる。エマルジョンオイルは潤滑油ポンプによってサイクロン分離・熱交換器に送られ、油とガスが分離される。エマルジョンオイルは飽和蒸気によって70～80℃まで加熱され、サイクロンセパレーターは真空ポンプ（MVRシステムが装備されている）によって-0.07～-0.05MPa.Gの真空度が維持される。エマルジョンオイル中の蒸気は負圧下で回転遠心蒸発し、分離された潤滑油はフィルターで濾過された後、オイルタンクに戻される。 エマルジョンオイルの水分含有量が15％を超える場合、潤滑油は物理的な分離と化学的な精製という方法によって再乳化される。すなわち、酸と明礬を用いた分離、および硫酸による精製である。エマルジョンオイルは排出バルブから加熱反応槽（撹拌機付き）に送られ、撹拌しながら70～80℃まで加熱される。その後硫酸を加えてpH値を調整し、アルミニウム硫酸塩と水酸化ナトリウムを加えて凝集沈殿させる。油分を分離した後、濃硫酸で酸化処理を行い、最後に水洗いして静置する。添加剤を加えることで、油製品は新規油の基準を満たすようになる。蒸気圧縮機のオイルタンクにある潤滑油の量は約400～1200Lであるため、MVRシステムに一体型の再生装置を1台追加するだけでエマルジョンオイルの再生が可能となる。 4 潤滑油の乳化を防ぐ方法 1）シール装置の最適化 蒸気圧縮機のシールには、エアシールとオイルシールがある。ガスシールには、ドライガスシール、エアチャージ式メンブレンシール、ハニカムシール、または研削可能なシールなどが使用され、オイルシールにはメンブレンシール、オイルスピンドルリング、スパイラルシールなどが使用される。機器コストとシール性能を考慮し、以下のように提案する：A、エアシールには充気式メッセンジャーシールを採用し、シール歯をスパイラル歯に変更し、隔離用ガスはウォームチャンバー排気にする。そして、隔離用ガスの圧力、大気圧、およびギアボックス内部の圧力に応じて、適切なサイズの2つの排気空間を設ける；B、オイルシールにはラビリンスシールを採用し、主軸にはスパイラルシールと特殊形状のオイルスピンドルリングを追加する。 2）シールガスの追加 現場の公共工程の条件が許せば、潤滑油側に計装用ガスを追加してシールする。 3）システム起動の最適化　蒸気圧縮機を起動する前に、隔離ガスを計装用ガスに切り替えて潤滑油が圧縮機内部に入るのを防ぎ、圧縮機の排気圧力がギアボックス内の圧力を上回った時点で隔離ガスを渦室排気に切り替え、潤滑油側に計装用ガスを供給する。 5 結語 蒸気圧縮機は運転中にしばしば潤滑油の乳化現象が発生し、これは主に水蒸気がギアボックス内に侵入することが原因である。適切な対策を講じることで、潤滑油の乳化現象が再発するのを防ぐことができます。現場での操作ミスがあっても、装置によってエマルジョンオイルを再生成することができ、潤滑油の使用寿命を延ばし、運用コストを削減し、蒸気圧縮機の安定かつ信頼性の高い運転を確保します。 1）MVRシステムにサイクロン分離・熱交換器からなる一体型再生装置を追加することで、エマルジョンオイル中の水蒸気を除去することができる。 2）蒸気圧縮機のシール構造とシステム起動を最適化し、計装用ガスを増やすことで、蒸気がギアボックス内に侵入するのを効果的に防ぐことができる。 何かお話ししたいことがありましたら、コメントでご交流ください！