ポンプ選定のエキスパートになるための8ステップ

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一、基本根拠1、流量はポンプを選定する上での重要な性能データの一つです。それは、装置全体の生産能力と輸送能力に直結しています。設計院のプロセス設計において、ポンプの通常時、最小時、最大時の3つの流量を算出できる。ポンプを選定する際は、最大流量を基準にしつつ通常流量も考慮し、最大流量がない場合は通常流量の1.1倍を最大流量として採用することが一般的です。 2、装置システムに必要な揚程は、ポンプを選定する際のもう一つの重要な性能データです。一般的には、揚程を5％～10％程度余分に見積もって機種を選定します。 3、液体の性質。液体媒体の名称、物理的性質、化学的性質、その他の性質を含み、物理的性質には温度c、密度d、粘度u、媒体中の固体粒子の直径やガスの含有量などがあり、これらはシステムの揚程、有効エアケット余裕の計算、および適切なポンプの種類に関わってくる。化学的特性とは、主に液体媒体の化学的腐食性や毒性を指し、ポンプの材料選定や軸封のタイプ選定において重要な根拠となります。 4、装置システムの配管配置条件とは、送液高さ、送液距離、送液方向を指す。吸込み側の最低液面、吐出し側の最高液面などのデータや、配管の規格および長さ、材質、継手の規格、数量などは、揚程の計算やキャビテーション余裕の確認のために必要です。 5、操作条件の内容は多い。液体の操作としては、飽和蒸気圧P、吸込み側圧力PS（絶対値）、排出口側の容器圧力PZ、標高、環境温度、操作が間欠式か連続式か、ポンプの位置が固定か可動かなどがある。 二、腐食の影響　長年にわたり、腐食は化学プラントの設備にとって最も厄介な危険要因の一つであり、少しの不注意があれば軽くは設備の損傷を招き、深刻な場合には事故や災害を引き起こすことさえある。関連する統計によると、化学プラントの機器の損傷の約60％は腐食が原因であるため、化学ポンプを選定する際にはまず材料選定の科学性に注意する必要があります。ステンレス鋼は「万能素材」であり、どんな媒体や環境条件下でも有効だと考える誤解がよくありますが、これは非常に危険です。 ここでは、よく使われる化学媒体について、材料選定のポイントを説明します。1、硫酸 強腐食性媒体の一つである硫酸は、非常に幅広い用途を持つ重要な工業原料です。異なる濃度と温度の硫酸による材料の腐食度合いには大きな差があり、濃度が80％以上で温度が80℃未満の濃硫酸に対しては、炭素鋼と鋳鉄は優れた耐食性を示す。しかし、高速で流動する硫酸には適さず、ポンプやバルブの材料としては使用できない；一般的なステンレス鋼である304（0Cr18Ni9）、316（0Cr18Ni12Mo2Ti）は、硫酸環境においてもその用途は限られている。したがって、硫酸を輸送するためのポンプやバルブは、通常、高シリコン鋳鉄（鋳造および加工が困難）や高合金ステンレス鋼（20号合金）で製造される。フッ素プラスチックは硫酸に対する耐性が優れており、フッ素ライニングポンプ（F46）を使用することがより経済的な選択肢です。2、塩酸　ほとんどの金属材料は塩酸による腐食に耐えられない（各種ステンレス鋼も含む）。モリブデンを含む高シリコン鉄でも、50℃、30％未満の塩酸でのみ使用可能である。金属材料とは対照的に、ほとんどの非金属材料は塩酸に対して優れた耐食性を持っているため、ゴムライニング付きポンプやプラスチックポンプ（ポリプロピレン、フッ素樹脂など）が塩酸を輸送するのに最適な選択肢となります。3、硝酸　一般的な金属はほとんどが硝酸によって急速に腐食され破壊されるが、ステンレス鋼は硝酸に耐える材料として最も広く使用されており、常温下のあらゆる濃度の硝酸に対して優れた耐食性を持つ。特筆すべきは、モリブデンを含むステンレス鋼（316、316Lなど）は、通常のステンレス鋼（304、321など）よりも硝酸に対する耐食性が優れているわけではなく、場合によってはそれよりも劣ることさえある。一方、高温硝酸には通常、チタンおよびチタン合金が使用される。4、酢酸　これは有機酸の中で最も腐食性が強い物質の一つであり、通常の鋼材はあらゆる濃度・温度の酢酸によって深刻な腐食を受ける。ステンレス鋼は優れた酢酸耐性材料であり、モリブデンを含む316ステンレス鋼は高温や希薄な酢酸蒸気にも適用可能である。高温高濃度の酢酸や、その他の腐食性物質が含まれるような過酷な条件においては、高合金ステンレス鋼やフッ素樹脂ポンプを使用することができます。5、アルカリ（水酸化ナトリウム）　鋼鉄は、80℃以下で濃度が30％以下の水酸化ナトリウム溶液に広く使用されており、多くの工場では100℃、75％以下の条件でも通常の鋼鉄が使われている。腐食は増加するものの、経済的な利点がある。一般的なステンレス鋼は、アルカリ液に対する耐食性において鋳鉄と比べて明確な優位性はなく、媒体中にわずかな量の鉄分が混入しても問題ない場合にのみ、ステンレス鋼の使用は推奨されない。高温アルカリ液には、主にチタンおよびチタン合金、または高合金ステンレスが使用される。6、アンモニア（水酸化アンモニウム）　ほとんどの金属および非金属は液体アンモニアやアンモニア水（水酸化アンモニウム）中での腐食が非常に軽微であり、銅とその合金のみが使用に適さない。7、塩水（海水） 一般的な鋼材は、塩化ナトリウム溶液や海水、塩水における腐食速度はそれほど高くなく、通常は塗装による保護が必要である。各種ステンレス鋼も全体的な腐食速度は非常に低いが、塩化物イオンの影響で局部的な腐食が生じる可能性があり、通常は316ステンレス鋼を使用するのが望ましい。8、アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類　一般的なアルコール系媒体にはメタノール、エタノール、エチレングリコール、プロパノールなどがあり、ケトン系媒体にはプロピオンケトン、ブタノンケトンなどがある。エステル系媒体には各種のメチルエステル、エチルエステルなどがあり、エーテル系媒体にはメチルエーテル、エチルエーテル、ブタンエーテルなどがある。これらは基本的に腐食性がなく、一般的な材料で対応可能である。具体的な選定にあたっては、媒体の特性や関連する要件に基づき、適切な判断を下す必要がある。また、同系物、エステル、エーテルは多種のゴムに溶解性を持つため、シール材を選定する際に誤りがないよう注意が必要です。 三、その他の要因の影響 一般的な工業用ポンプでは、工程フローにおいて配管系統の漏れ量は無視できるが、工程の変更が流量に与える影響は考慮しなければならない。 農業用ポンプで明渠による送水を行う場合は、浸透量や蒸発量も考慮しなければならない。圧力：吸水槽の圧力、排水槽の圧力、配管システム内の圧力差（揚程損失）。配管システムのデータ（管径、長さ、配管付属品の種類と数、吸水槽から圧水槽までの幾何学的標高）など。必要であれば、装置の特性曲線も作成すべきである。 四、パイプラインの影響 パイプラインの設計・配置にあたっては、以下の点に注意する必要がある： A、パイプラインの直径を適切に選定する。パイプラインの直径が大きいと、同じ流量でも流速が小さくなり、抵抗損失も少なくなるが、コストは高くなる。一方、直径が小さいと抵抗損失が急激に増加し、選定したポンプの揚程が上昇し、駆動動力も増えるため、コストや運用費用も増加する。したがって、技術的および経済的な観点から総合的に検討すべきである。B、排出管およびその接続部は、耐えられる最大圧力を考慮しなければならない。C、配管の配置はできるだけ直管とし、配管内の付属品を極力減らし、配管長もできるだけ短くする。曲がる必要がある場合は、エルボーの曲率半径は配管直径の3～5倍でなければならず、角度は可能な限り90℃以上にする。D、ポンプの排出側にはバルブ（ボールバルブまたは遮断弁など）および逆止弁を設置しなければならない。バルブはポンプの動作点を調整するために使用され、逆止弁は液体が逆流した際にポンプの逆回転を防ぎ、ウォーターハンマーの影響からポンプを守ります。（液体が逆流すると、巨大な逆圧力が発生し、ポンプが破損する）五、流量と揚程の影響　流量の決定：A、製造工程で最小流量、通常流量、最大流量が示されている場合は、最大流量を考慮すべきである。B、製造工程で通常の流量のみが示されている場合は、一定の余裕を考慮するべきである。ns100の大流量・低揚程ポンプについては、流量余裕を5％とし、ns50の小流量・高揚程ポンプについては10％とする。50≤ns≤100のポンプについても流量余裕は5％とする。品質が悪いか運転条件が厳しいポンプについては、流量余裕を10％とすべきである。C、基本データが重量流量のみの場合は、体積流量に換算する必要がある。 六、温度の影響　高温の媒体を輸送する場合、ポンプの構造や材料、そして補助システムにより高い要求が課せられる。ここでは、さまざまな温度変化が冷却に与える影響について説明する：1、温度が120℃未満の媒体の場合、通常は専用の冷却システムを設置せず、媒体自体を利用して潤滑および冷却を行う。DFL(W)H化学ポンプ、DFL(W)PHシールド付き化学ポンプ（90℃を超える場合は、モーターの保護等級はH級を使用する）；一方、DFCZの標準タイプおよびIH化学ポンプはサスペンション構造を採用しているため、温度上限は140℃～160℃に達する℃；IHFフッ素ライニングポンプの最高使用温度は200℃まで可能℃；CQBの通常の磁気ポンプのみ、使用温度が100℃を超えません。特筆すべきは、結晶しやすい媒体や粒子を含む媒体には、シール面洗浄用の配管を設ける必要があることです（設計時には接続口が用意されています）。2、120℃以上300℃以下の媒体に対しては、一般的にポンプカバーに冷却室を設ける必要があり、シール室も冷却液と接続されなければならない（両端面機械シールを装備する必要がある）。冷却液が媒体中に漏れ込むことが許されない場合は、媒体自体を冷却した後で供給する方法を採用するべきであり（簡易な熱交換器によって実現可能である）。3、300℃以上の高温媒体に対しては、ポンプヘッド部だけでなくサスペンションベアリング室にも冷却システムを設ける必要があります。ポンプの構造は一般的に中央支持式で、機械シールには金属製の波形チューブタイプを使用するのが望ましいですが、価格は高く（通常の機械シールの10倍以上です）。 七、密封性の影響 漏れがないことは化学プラント機器における永遠の目標であり、まさにこの要求が磁気ポンプやシールドポンプの利用拡大を促しているのである。しかし、真に漏れがない状態を実現するにはまだ長い道のりがあり、例えば磁気ポンプのシールケーシングやシールドポンプのシールケーシングの寿命の問題、材料の孔食の問題、静止式シールの信頼性の問題などがある。ここでは、シールに関するいくつかの基本的な情報を簡単に紹介します。 1、シールの形態 静的シールにおいては、通常シールパッドとシールリングの2種類しかなく、シールリングの中ではOリングが最も広く使用されている；動的シールにおいては、化学プロセス用ポンプではほとんどパッキングシールが使用されず、主に機械シールが採用される。機械シールには単端面式と双端面式、バランスト型とノンバランスト型があり、バランスト型は高圧の媒体のシールに適している（通常は圧力が1.0MPaを超える場合）。双端面式機械シールは、高温で結晶しやすく、粘度が高く、粒子を含む、または有毒な揮発性物質を含む媒体に主に使用される。双端面式機械シールでは、シール室に隔離液を注入する必要があり、その圧力は一般的に媒体の圧力よりも0.07～0.1MPa高く設定される。2、シール材質 化学ポンプの静止シールには一般的にフッ素ゴムが使用され、特別な場合にのみポリテトラフルオロエチレンが用いられる；機械シールの動静環の材料選定は非常に重要であり、単に超硬合金同士を組み合わせるのが最善というわけではありません。コストが高いことは一因ですが、両者の硬度に差がないのも理にかなっていません。したがって、媒体の特性に応じて適切に対応するのが最善です。（注：米国石油協会API 610第8版では、機械シールおよび配管システムの典型的な構成について、付録Dにて詳細な規定がなされている）八、粘度の影響 媒質の粘度はポンプの性能に大きな影響を与える。 粘度が上昇すると、ポンプの揚程曲線は低下し、最適動作時の揚程と流量も共に減少する。一方で動力は増加するため、効率は低下する。一般的なサンプルにおけるパラメータはすべて、清水を輸送する際の性能です。粘性のある媒体を輸送する場合は換算が必要です（粘度別の補正係数は、関連する換算表を参照してください）。粘度が高いペーストやグリース、粘性の高い液体の輸送には、スクリューポンプの使用を推奨します。