化学工業用ポンプのメカニカルシールの漏れ原因と対処法

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化学工業用ポンプのシールは、装置全体の運転において重要な役割を果たします。化学工業用ポンプのシールシステムからの漏れは、装置の正常な運転に深刻な影響を与えます。化学ポンプは、腐食性があるか、有毒な蒸気を発生させる媒体を送液することが多いため、そのシール性能は化学ポンプの良し悪しを判断する基準の一つです。我が国で使用されているポンプにおける主な軸封装置には、次のようなものがあります：パッキングシール、メッセンジャーシール、機械シール、オイルシール、ガスケットシール、ねじ式シール、ダイナミックシールです。ここでは、化学工業用ポンプの機械シールにおける漏れの原因分析と対処法について説明します。 化学工業用ポンプの機械シールの原理　機械シールはエンドシールとも呼ばれ、回転機械の軸封装置の一種である。これは、回転軸に垂直な少なくとも1対の端面が、液体の圧力や補償機構の弾力、そして補助シールの働きによって密着した状態を保ちながら相対的に滑動することで、流体の漏れを防ぐ装置である。その主な機能は、漏れやすい軸方向シールを、漏れにくい端面シールに変えることです。ポンプ、タンク、圧縮機およびそれに類する機器の回転軸のシールに広く使用されています。機械シールは、通常、動環、静環、圧縮要素、およびシール要素で構成されています。そのうち、動環はポンプ軸と共に回転し、動環と静環が密着してシール面を形成し、媒体の漏れを防ぎます。 動環は、シール室内の液体の圧力によってその端面を静環の端面に押し付け、両環の端面間に適切な圧力差を生じさせ、極めて薄い液体膜を維持することで密封を実現する。圧縮要素が圧力を発生させることで、ポンプが停止している状態でも端面が密着したままになり、シール媒体の漏れを防ぎ、かつ異物がシール端面に入るのを防ぎます。シール要素においては、シール動環と軸の隙間、静環とプレートの隙間が機能し、同時に弾性要素がポンプの振動や衝撃を緩和する役割を果たします。機械シールは実際の運転において、ポンプの他の部品と一緒に組み合わせて動作します。機械シールの正常な動作は、その自身の性能や外部条件と大きく関係しています。 化学ポンプにおける機械シールの問題点 化学ポンプの機械シールが故障する原因は多種多様であり、機械シール自体の内部要因だけでなく、外部要因の影響も受けます。一般的に、化学工業用ポンプのメカニカルシールが故障する主な原因は、機械的な損傷です；機械シールの部品の故障　回転機器が稼働している間、シール面には摩耗、熱によるひび割れ、変形、破損などが頻繁に発生します。また、バネも長期間使用すると緩んだり、切断したり、腐食したりします。補助シールリングも、ひび割れやねじれ、変形、破損などが発生することがあります。 化学工業用ポンプのメカニカルシールの漏れ原因と対処法 1. 漏れが発生するのは据付け時の試運転段階である。通常、調整が完了した機械装置の漏れ量を確認するために試運転が行われ、漏れ量の判断・分析には主に4つのケースがある。一つ目は、機械装置の漏れ量が少ない場合である。漏れ量が少ない場合は、化学ポンプのスタティックリングまたはダイナミックリングにシール上の問題があると判断できる；二つ目は、漏れ量が多い場合です。機械の漏れ量が多い場合、装置の動的・静的リングの摩擦対間に異常があることを示しています。機械設備の漏れ量や漏れ位置を判断し、故障箇所が特定されたら手動でタービンを回して動的・静的シールリングの状態を確認する；三つ目は、漏れに明確な変化がない場合、問題は動的シールリングまたは静的シールリングにあると判断できる；四つ目は、媒体の漏れ位置によって故障を判断することです。故障が静環のシール不良による場合、媒体が冷水孔から漏れ出したり、四方に飛散したりする現象が見られます。また、漏れの状況には同時性や主従関係が存在する可能性があり、構造をよく理解した上で綿密な観察を行うことによってのみ、正確な故障箇所を判断できる。 2、試運転時に漏れが発生する 試運転中に動環と静環の摩擦ペアが損傷を受けることが、機械シールの漏れの主な原因であり、摩擦ペアのシールが機能しなくなる原因は主に5つある。1つ目は、動環と静環のシールが不適切であるため、動環が軸方向に浮き上がり、静環が外れてしまうことだ；二つ目は、運転操作中にキャビテーションや圧力上昇、真空状態が原因で軸方向の力が強く発生し、動翼と静翼の接触面が分離してしまうことです；三つ目は、設計上の不備によりシール材の収縮性が上昇し、端面の比圧が低下することです；四つ目は、機械の運転中に粒子状の物質が混入し、摩擦力の影響で動環および静環のシール端面が損傷することです；五つ目は、機械の取り付け時にシール性の管理が不適切であったため、摩擦対面の端部に深刻な擦り傷や摩耗が生じたことです。試運転時に漏れの不具合が発生した場合、静圧座を調整し、損傷した部材や部品を交換することで、漏れを解消することができる。 3、正常運転時の漏れ 発酵工学用ポンプが正常運転中に漏れを起こす主な原因は2つある。1つ目は、ポンプの部品が著しく摩耗し、使用寿命に達していることである；二つ目は、化学ポンプの人為的な操作ミス、または運転条件の大きな変動、さらには化学ポンプのメンテナンスが不十分であることにより、通常の使用時に漏れが発生することです。例えば、キャビテーション、過度な圧力保持時間、または排気によってシールが損傷し漏れが発生すること；化学ポンプの吐出量が過小であるため、ポンプ内を循環する媒体の量が多くなり、熱が蓄積して媒体が気化し、シールが破損して漏れが発生する；管側容器の底部にある沈殿物が、戻り流量が過大であるため大量に持ち上げられて吸い込まれ、その結果機械的シール性が損なわれる；長期間使用されていなかった化学用ポンプを再起動する際に手動での軸回転操作が行われず、粘度が高すぎるために摩擦部のシール面が損傷し、漏れが発生した；化学ポンプの媒体に、多量の凝集性物質、腐食性物質、および重合性物質が存在する；環境温度の変化に適応するために運転条件が頻繁に調整されたり変化したりすることなどが、化学ポンプの通常の使用中に漏れを引き起こす原因となる。 4、機械シールの振動と発熱 装置が回転する過程で、可動環と固定環の接触面が粗くなり、可動環と固定環とシールケーシングとの隙間が狭すぎるため、振動によって衝突が起こり、それが振動を引き起こす。時には、シール端面の耐食性や耐熱性が不十分であったり、冷却が不十分だったり、取り付け時に粒子状の異物が挟まっていたりすることで、機械シールの振動や発熱が引き起こされることもあります。 5、機械シールの媒体漏れ　静水圧試験時に漏れが発生する。機械シールの取り付け時に不注意があると、シール面が傷ついたり変形したり破損したりし、清掃が不十分で粒子状の異物が混入したり、位置決めネジが緩んだりプレスキャップがしっかり押さえられていなかったり、機械や装置の精度が不足してシール面が完全に密着しなかったりすることで、媒体が漏れ出す。シールリングから漏れる場合は、シールリングが取り付け時に十分に圧縮されていないか、圧縮量が不足しているか、または損傷しているためです。 6、周期的または発作的な漏れ　機械シールのローター部品が周期的に振動したり、軸方向のずれ量が大きすぎたりすると、漏れが発生します。 7、機械シールの頻繁な漏れ 機械シールが頻繁に漏れる原因は多岐にわたります。第一に、シール端面の欠陥に起因する頻繁な漏れです；第二に、補助シールリングが原因で起こる頻繁な漏れです；第三に、ばねの欠陥が原因で生じる漏れです。その他には、ローターの振動による漏れや、伝動部品、締め付け部品、スラスト部品の品質不良や緩みに起因する漏れなども含まれます； 8、機械シールの振動が大きすぎる　機械シールの振動が大きくなると、最終的にシール機能を失ってしまう。しかし、機械シールの振動が大きくなる原因は、多くの場合、機械シール自体だけにあるわけではなく、ポンプの他の部品も振動の原因となっています。 化学ポンプのメカニカルシール性能を向上させるための点検・保守対策 化学ポンプは化学製造において重要な装置であり、その動作状態は化学製造全体の円滑な進行に大きな影響を与えます。したがって、化学プロセスポンプのメカニカルシールには、設計、加工、および組立品質に対する要求が非常に高い。機械シールの使用現場においては、可能な限り機械シールの技術的要求と使用条件の両方を満たすようにする。ポンプの機械シールは、メンテナンス担当者の資質にも非常に高い要求があります。ポンプに存在する機械シールの問題を解決するために、以下の対策を講じることができます。 1、材質の最適化 化学工業用ポンプの材質選定においては、硫黄含有量が高い材料を優先的に使用し、摩擦部品には炭化ケイ素または窒化ケイ素の材質を選ぶことで、化学工業用ポンプの機械シール性能を効果的に向上させることができる。シリコンカーバイド材料は密度が比較的低く、強度が高く、耐摩耗性に優れ、耐食性や断熱性にも長け、高温にも耐えられるという利点があるため、摩擦部品の製造に使用することができる。化学ポンプが媒体によって腐食されるのを防ぐためには、その表面に金属製の保護層を形成し、この保護層によってメカニカルシールの金属部とポンプ内の媒体を効果的に隔離し、腐食の発生を防ぐ必要があります。合金鋼とは、鋼に鉄元素や炭素元素のほかに他の元素を加えたもので、強度が高く、靭性に優れ、耐食性や耐高温性、耐摩耗性も持っています。しかし、製造工程が複雑でコストも高いです。したがって、化学工業用ポンプのメカニカルシール材の選定にあたっては、ポンプ内の媒体の性質や実際の稼働環境を十分に考慮し、的確な選択を行う必要があり、選ばれる材料が技術的に先進的で、経済的にも合理的であることを確保しなければならない。 2、規格に厳密に従って操作する 化学ポンプのメカニカルシール性能に悪影響を及ぼす操作ミスを避けるため、できるだけ生産作業員の操作ミス率を低減しなければならない。ダブルスクリューポンプの操作にあたっては、作業員はできるだけ連続的かつ安定した操作を心がけ、ポンプに悪影響を与えないようにしなければならない。同時に、ポンプの運転状況をリアルタイムで監視し、特にポンプの振動強度については振動計を用いて正確に測定し、それに基づいてポンプの振動を科学的かつ合理的に制御する必要がある。 3、振動を十分に考慮する 振動は化学工業用ポンプの機械シール性能に非常に深刻な影響を与えるため、点検時にはその振動状況を科学的かつ合理的に分析し、ポンプの実際の稼働状況に応じて適切な改善策を講じることで、稼働中に生じる振動をできるだけ低減し、それによって振動が化学工業用ポンプの機械シールに及ぼす悪影響を避ける必要がある。ポンプシャフトのたわみが過大になることによって化学ポンプのメカニカルシール性能に悪影響を及ぼすのをできるだけ抑えるために、両端のベアリング間の距離を縮めるための有効な対策を講じる必要がある。同時に、化学ポンプのシャフト直径を適宜大きくすることで、振動が化学ポンプに与える悪影響を軽減することもできる。 4、要求に厳密に従って機械シールを取り付ける 化学工業用ポンプの点検作業が終了した後は、効果的に取り付ける必要があり、その取り付け品質は化学工業用ポンプのシール性能にとって非常に重要な意味を持つ。したがって、取り付け作業にあたっては、**関連する規格基準に厳密に従って行う必要があり、スプリングの伸縮量を厳しく制御し、動環が軸上で自由に動けるようにしなければならない。また、静止環と動環、および補助シールリングの接触部の表面粗さが5μmを超えないようにし、内径または外径の寸法公差はH8とする必要がある。機械シール部の軸方向の跳動公差は0.06mmを超えてはならず、機械シールの軸方向の移動量も0.3mmを超えてはならない。また、シールを取り付ける際の表面粗さは3.2μmを超えてはならない。 化学工業用ポンプの機械シールの点検において注意すべき点 1. スプリングの圧縮量 化学工業用ポンプのスプリングについては、その圧縮量を科学的かつ適切に制御する必要がある。圧縮量が過大になると、摩擦対の摩擦力が増加し、それによって**摩擦損失が大きくなる。摩擦対での損失が続くと、化学工業用ポンプの機械シールが機能しなくなり、さらには摩擦対が焼損することもあり、化学工業の安全に深刻な脅威をもたらす可能性がある；バネの伸びが過度に大きくなると、バネが動環の端面を適切に調整できなくなり、その結果ポンプの機械シールが機能しなくなって化学ポンプから漏れが発生することがある。 2、動環シールリング　化学ポンプの動環シールリングの張力は適切でなければならない。張力が過度に高くなると、一方では軸受とシールリング間の摩擦力が過大になり、それによって**摩擦損失が増加し、化学ポンプの機械シールの寿命が**短くなる。また、動環の軸方向への調整や移動の抵抗も増大する。化学ポンプが動作している際、ポンプの回転速度が上がると、適時に調整を行うことができなくなる；一方で、過度な緊張は化学ポンプのスプリングに過度な疲労をもたらし、長期にわたって過負荷状態にあるスプリングの使用寿命は**短くなり、それが原因でシールが機能しなくなる。 3、スタティックリングシールリング　ポンプのスタティックリングシールリングは通常、静止状態にあるため、適切に張力を高めることである程度シール性能を向上させることができる。しかし、スタティックリングシールリングの張力が過度に高くなると、化学ポンプのメカニカルシールにも悪影響を及ぼすことがある点は見過ごしてはならない。まず、長期にわたって過度な圧力状態に置かれるスタティックリングのシールリングは、ある程度塑性変形を起こし、それによってそのシール性能に悪影響を及ぼします；次に、スタティックリングのシールリングはほとんどが黒鉛で作られており、材料の性質上、もろく破れやすいため、過度な力が加わると容易に破損してしまいます。また、スタティックリングのシールリングが過度に締め付けられると、取り付けや取り外しなどの作業が困難になり、その結果、シールリングが損傷しやすくなります。 4、インペラロックナットは締め付けが強ければ強いほど良いわけではない。化学ポンプのメカニカルシールからの漏れの原因の中で、シャフトハウジングとシャフトとの間の漏れが占める割合は高く、したがってこれに十分な注意を払う必要がある。通常、軸間の漏れは主にインペラロックナットがしっかり締め付けられていないことが原因ですが、漏れを引き起こす要因はそれだけに限りません。例えば、軸間のガスケットの故障、ずれ、または軸とシールリングの嵌合部の形状や位置の誤差が大きいことなども原因となります。したがって、ロックナットを過度に締め付けると軸間のワッシャーが早期に劣化してしまうだけです。逆に、適度にロックナットを締め付けて軸間のワッシャーが常に一定の圧縮弾性を保つようにすれば、運転中にロックナットが自動的かつ適切に締まり、軸間が常に良好な密封状態を維持されます。 5、新しい機械シールの選定 化学ポンプの機械シールからの漏れを処理する際には、単に機械シール装置を交換するだけでは不十分であり、化学ポンプの実際の状況を踏まえて適切なものを選定する必要がある。例えば、透過性媒体を輸送する化学ポンプの場合、静環に過度な摩耗が起きていなければ交換する必要はありません。これは、静環が長時間静止した状態にあるため、不純物やポリマーなどが堆積し、それによって機械シールの効果が高まるからです。 6、分解修理は修理しないよりまし 化学工業用ポンプのメカニカルシールが故障した場合、最初から分解修理を行うべきではない。まずは体系的かつ総合的に分析した上で、分解修理を行うかどうかを決定すべきだ。ある程度の漏れが発生している化学ポンプであっても、その機械シールが故障しておらず良好な状態にある場合は、分解修理を行う必要はありません。ポンプの運転条件を調整したり、機械シールを適切に調整するだけで、機械シールからの漏れ問題を解消することができます。これにより、化学ポンプの点検・修理の効率が向上し、**修理にかかる時間を節約できるだけでなく、化学企業の生産を早急に再開させることができます。また、多大な修理コストも削減でき、化学企業に大きな経済的メリットをもたらします。 要するに、化学ポンプは化学企業の生産において重要な設備であり、その正常な運転は化学企業にとって非常に重要な意味を持つ。しかし、実際の製造プロセスにおいて、化学ポンプの作業環境は非常に過酷であり、このような環境下で長期間使用される化学ポンプでは、その機械シールがさまざまな程度で故障し、それが原因で化学ポンプから漏れが発生することになります。化学工業用ポンプの漏れに対して科学的かつ合理的な対策を講じるためには、その実際の状況を体系的かつ包括的に分析し、それに基づいて適切な点検・修理措置を講じることで、化学工業用ポンプの安全かつ安定した運転を確実に保証する必要がある。