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液体を扱うほぼすべての工業プロセスにおいて、どこかの工程でポンプが使用されている。深海での石油・ガス採掘からDNAシークエンシングに至るまで、さまざまな生産作業を行うためにはポンプが必要とされます。しかし、ポンプの設計やサイズに関わらず、あらゆる用途において重要なのは信頼性と効率です。停止時間と運用コストを最大限に削減することは、現代の工業にとって極めて重要です。 大型産業用ポンプを使用するユーザーが直面する特有の課題には、以下の2点があります。第一に、通常は過酷な環境下で稼働すること、第二に、絶え間ない腐食や摩耗の脅威にさらされながらも、ポンプの優れた性能を維持しなければならないことです。これらの生産プロセスや、生産プロセスで発生する問題を解決するための技術についての理解が深まるにつれて、ユーザーはよりコスト効率の高いポンプの修理手順を実施することができるようになる。 腐食とは、通常、部品の表面とポンプを流れる反応流体との間で起こる化学反応を指す。腐食は大きく2つのカテゴリーに分けられる：一般的または均一腐食、および点腐食や隙間腐食などの局部腐食である。ステンレス鋼以外の材料は主に均一腐食の影響を受けるが、酸化物層を形成して物体表面に付着し表面を不動態化させる金属は、局部腐食を起こしやすい。流動加速腐食 流動加速腐食（FAC）とは、金属表面の保護的な酸化物層が除去されることを指す。このプロセスの速度は、酸素含有量、流速、そしてある程度の塩素含有量の影響を受けます。水の高い炭酸塩硬度によって形成されるカルシウム層は、FACを弱めたり、さらには阻止したりすることができる。 コーティング技術により、ポンプの性能と耐久性が向上する。酸素の影響は、以下の例から明らかである。酸素濃度が20ppb（10億分の数）未満で、流速が約15メートル/秒の水中では、腐食速度は通常約0.01ミリメートル/年である。しかし、酸素含有量が増加すると、腐食速度は数ミリメートル/年にまで上昇し、これは工業生産プロセスに大きな課題をもたらすことになる。 幸いなことに、FACが本当の問題を引き起こしたのは低炭素鋼と鋳鉄だけでした。クロム含有量を増やすかステンレス鋼を使用することで、流動促進腐食による脆弱性を大幅に排除することができる。 摩耗は、砂などの摩耗性物質を含む液体を送液する際に、ポンプが深刻な摩耗を受け、特に流速が高い領域での摩耗が著しいです。この現象は石油・ガス産業においてよく見られる。このような用途においては、通常、注入ポンプを用いて水を油田内に押し戻し、原油を地表まで送り出すのに必要な圧力を維持します。水流に含まれる砂粒はポンプを摩耗させ、高い作業圧力はその摩耗問題をさらに悪化させる。 純粋な設計の観点から、摩耗をできるだけ減らすために、この分野のポンプメーカーは以下の2つの方法を選択できます。•ポンプ内のあらゆる場所での流速を下げるか、または•密着して動く隙間を流れる液体の流速が低くなるようにポンプを設計するかです。 摩耗・腐食現象が顕著な場合、最良の解決策は特殊なコーティングを使用することです。 しかし、ほとんどの場合、アプリケーションで要求される規格が、上記のいずれかの解決策の実装を制限してしまいます。これらの用途において、実践で有効であることが証明されている解決策は、ポンプの選定された部分に耐摩耗性に優れた塗料を塗布することです。 摩耗－腐食：摩耗と腐食の両方が存在する条件下では、劣化メカニズムは非常に複雑になる可能性があり、基材の種類や流体の化学的性質に依存します。腐食により、基材の表面に付着性の低い酸化物層が形成され、基材が摩耗しやすくなります。また、腐食が不動態皮膜を破壊して材料表面を活性化させ、それによって腐食が加速するという可能性もあります。このような状況では、表面保護メカニズムが最も適しており、唯一の選択肢となることが多い。 キャビテーションはポンプのインペラで最もよく見られる問題で、圧力差によって引き起こされ、ポンプ本体やインペラで発生する可能性があります。 局所的な圧力が、ポンプで送られる流体の飽和圧力よりも低くなると、流体内の急激な圧力低下によって液体が急激に気化し、蒸気に変わります。 ポンプシステムの特性を変更することで、キャビテーション損傷を防ぐ。 圧力降によって生じるあらゆる気泡は、流体の流れに伴ってインペラの羽根を通り過ぎていく。気泡が飽和圧よりも高い局所的な圧力の領域に入ると、気泡は突然破裂し衝撃波を発生させ、時間が経つにつれてこの現象がインペラおよび/またはポンプケーシングに重大な損傷を与えます。 ほとんどの場合、ポンプ装置に与えるキャビテーションの影響を軽減しようとするよりも、キャビテーションが発生するのを防ぐ方が望ましい。通常、この目的を達成するために以下の3つの措置のうち1つが講じられます：•吸込み圧頭の増加 •流体温度の低下 •必要なキャビテーション余裕量（NPSHR）の削減 キャビテーションを避けることができない場合や、ポンプシステムで内部循環や過度な乱流が発生している場合は、ポンプの設計を見直すか、特殊なコーティングシステムを使用してポンプへの損傷をできるだけ軽減する必要があるかもしれません。 ポンプメーカーにとって適切な材料の選定とは、腐食問題を軽減するために、ポンプの製造に最も適した基材を使用することが鍵となります。 一部の用途では、コスト面を考慮して炭素鋼や鋳鉄材が好んで使用されるため、これらの用途においては腐食速度を非常に正確に見積もることができる。許容される年間腐食速度に基づき、ポンプの使用寿命を予測し、それを設備のメンテナンスコストに組み入れることができます（公式アカウント：ポンプ管家）。 キャビテーションを避けられない場合は、カスタムメイドのコーティングシステムを使用すべきです。予想される腐食速度が許容できない場合は、ポンプの材質をステンレス鋼にアップグレードする必要があり、これによりコストが増加します。このコスト増加の案を受け入れられない場合、代替案としては各用途の特性に応じて高度な塗料をカスタマイズして使用することです。 ある用途においてステンレス鋼を基材として選択すれば、ポンプの予想される使用寿命は大幅に延長され、場合によっては無限になることもあります。しかし、特定の用途に合った適切なステンレス鋼の等級を選び、ポンプを丁寧に製造し、要求される流体仕様に従って使用することによってのみ、ポンプの十分な使用寿命を確保できるのです。粒子が流体中に混入すると、特に注意が必要です。 このような状況下では、ステンレスであっても腐食しやすくなる。なぜなら、不動態皮膜が破壊されることで基材が活性化し、それによって腐食が始まるからである。通常はパッシベーション層を再形成することができるが、塩化物の含有量が高すぎたりpH値が低すぎたりすると、材料は依然として活性な状態を保ち、腐食が続く可能性がある。ステンレスポンプが腐食するもう一つの一般的な原因は、工程の中断や間欠運転によって生じる停滞状態です。 ステンレス鋼にとってもう一つの脅威は塩素で、これは主にポンプや接続配管内の微生物の増殖を抑制するために使用されます。約2ppmという低濃度の塩素はステンレス鋼にほとんど影響を与えませんが、ある場所での濃度が高くなりすぎて保護層が損傷するのを避けるために、塩素ガスがどのように、そしてどこから水流に混入するのかを理解しておくことが重要です。 より安価な炭素鋼材料と比較して、予期せぬ腐食がステンレス鋼の耐久性向上に対する高い期待を容易に打ち消してしまう。 防護コーティングにおいては、以下の2つの問題を明確にすることが非常に重要です。まず、防護コーティングを施すことで本当にポンプの性能や使用寿命が向上するかどうか、次に、そのコーティングのコストが実際に材料のアップグレードコストよりも低いかどうかです。ほとんどの場合、ポンプメーカーはその用途に最も適した材料を使用することで製造工程の要求を満たそうとし、コーティングの使用は単なる代替案として捉えている。 溶着エポキシのようなポリマーコーティングは、流動層法や静電塗布を用いるポンプ部品に適用できる。コーティングが破壊されなければ、優れた防食効果を発揮することができます。 ポリマーコーティングとしては、低流量の条件下での使用に限定され、通常は清浄な水処理用途で用いられる。このような使用環境下では、ポンプの表面を滑らかにすることで液圧性能を向上させることもできる。 経験豊富な材料エンジニアと協力することで、最終的なユーザーが最も適したソリューションを得られるようにすることができます。 しかし、パイプ用のコーティングはポンプ用途には適さない場合があります。なぜなら、ポンプでは流速がはるかに高く、狭い通路によって流量が集中し、さらに可動部品の保護も困難だからです。したがって、通常は配管内で用いられる方法（例えば電気防食）の多くは、ポンプには適用できない。 このような場合、予想される流量の増加がある特定の領域や、衝突による損傷が生じる可能性のある位置（例えば90度の曲がり角）にコーティングを施します。通常、空気プラズマスプレー（APS）や高速酸素燃料（HVOF）といったスプレー法が、硬質なコーティングを施すために用いられる。どのスプレー方法を選ぶかは、必要な塗膜の厚さと塗料の成分によって決まります。 高速酸素炎法を用いて形成される超硬合金コーティングは、非常に耐摩耗性が高い。コバルト、ニッケル、またはコバルト・クロム系の基質を組み合わせたタングステンカーバイドの使用が推奨される。粉末および熱噴射技術の改良により、この材料は優れた耐摩耗性と靭性だけでなく、優れた耐腐食性も備えている。熱噴射法はほとんどの基材に適用可能ですが、これは「視線」型のプロセスであるため、羽根車などの複雑な形状の部品への塗装が困難になります。 熱スプレー法では塗装が困難な複雑な部品には、CVDプロセスを使用できる。これにより非常に硬いコーティングを形成できるが、このプロセスは850℃を超える温度で行わなければならない。このような高温は、冷却段階で構造変化や部分的な変形が生じる可能性があるため、基材の選択を制限します。 すべての塗料が同じわけではなく、コーティングシステムはポンプの性能と耐久性を向上させる上で大きな役割を果たします。そのため、多くのコーティングサービスが登場しています。人々は比較的容易に原材料や基本的な設備を手に入れ、それらを使ってさまざまな機器にコーティングを施すことができる。 しかし、HVOFコーティングを例にとると、その品質は主にスプレーのパラメータ、例えば材料の温度、塗布速度、塗布率、および使用する装置の品質に依存します。このような塗料は、正しく塗装するには一定の時間がかかるため、避けられずポンプの修理にかかる最終的なコストに影響を与えます。しかし、沈着速度を上げるとコーティング内の応力が増加し、時間が経つにつれて塗料の性能が低下し、早期に機能しなくなる可能性があります。 スルザーのようなポンプメーカーや、その塗料供給業者たちは、自社で使用する塗装工程や設定を開発するために、長年の時間を費やしてきました；工程プロセスに関する幅広い知識と豊富な経験は、工程を改善する唯一の方法である。各コーティングの最終的な工程は厳重に守られており、独自の技術情報によって、世界中のすべての顧客が同じ品質のコーティングを得られるようにしています。 これらのプロセスの重要性、特にポンプ用途におけるそれを説明するために、インペラーの取り付けと取り外しの工程を考えてみましょう。多くの場合、インペラを駆動軸に取り付けたり、駆動軸から取り外したりするために加熱する必要がある。 この収縮による適合過程は、日常のメンテナンス作業中にコーティングが損傷する原因となる可能性があります。ズルツァー社は、そのコーティング技術がこのような熱衝撃に耐え、持続的な防食保護を提供できるようにしています。 伝統的な機器のメンテナンスにおいて、現代のコーティング技術は修理計画の一環として利用でき、ポンプの使用寿命を延ばすことができる。改修プロジェクトの一環として、新しいコーティングを施すことで、既存設備の性能と信頼性を大幅に向上させることができます。 最後に、効果的な防食対策の鍵は、対象となるものを十分に理解し、利用可能なあらゆる情報を活用して最も適切な措置を決定することです。既存の資産機器のメンテナンスを希望する人々は、一連の改善策を講じることで使用寿命を延ばし、ポンプの性能を向上させることができます。新しいポンプの設計が必要な場合、ポンプの耐久性を向上させるために、最も適した基材や最適なコーティングシステムを決定する機会があります。 将来的には、コーティング技術の進歩に伴い、エンドユーザーは製造過程で塗布可能なカスタムコーティングを選択できるようになるでしょう。 しかし、最も先進的なコーティングを使用しても、鋳造されたインペラやワームホールの複雑な内面に塗料を塗布するためには、その塗装工程の研究開発が必要となる。したがって、これは依然としてポンプ設計の「聖杯」であり、この課題を克服すれば、産業用ポンプの信頼性と使用寿命はさらに向上するでしょう。 適切な基材と保護コーティングの使用、そしてより優れたポンプ設計によって、包括的かつ費用対効果の高いポンプソリューションを提供することで、所有コストを最大限に削減できます。