プロセス産業は、危険物や毒性物質を含む流体をポンプで送り続けるものの、直面する課題は変化しています。安全性と信頼性は依然として最優先事項です。しかしながら、多くのバッチ処理において、オペレーターは速度、圧力、流量、さらには流体特性（温度、濃度、粘度など）の厳しささえも高めています。石油精製所、ガス処理施設、石油化学・化学プラントのオペレーターにとって、安全性とは、ポンプで送り出す流体の損失や曝露を制御・防止することを意味します。信頼性とは、メンテナンスの必要性が少なく、効率的かつ経済的に稼働するポンプを意味します。
適切に設計されたメカニカルシールは、実証済みの技術により、ポンプの長期にわたる安全性と信頼性の高い性能を保証します。複数の回転機器や無数の部品の中でも、メカニカルシールはほとんどの運転条件下で確実に機能することが実証されています。
ポンプとシール—ぴったりフィット
シールレスポンプ技術がプロセス産業に本格的に導入されてから、もう30年近くが経ったとは信じ難い。この新技術は、メカニカルシールのあらゆる問題と限界を解決するものとして宣伝された。この代替技術によってメカニカルシールの使用が完全になくなるのではないかと考える人もいた。
しかし、このプロモーションから間もなく、エンドユーザーはメカニカルシールが法定の漏れおよび封じ込め要件を満たすか、それを上回る可能性があることを知りました。さらに、ポンプメーカーは、旧式の圧縮パッキング「スタッフィングボックス」に代わる改良型シールチャンバーを提供することで、この技術をサポートしました。
今日のシール チャンバーはメカニカル シール専用に設計されており、カートリッジ プラットフォームでより堅牢なテクノロジを実現し、取り付けを容易にし、シールが最大限に機能できる環境を作り出します。
デザインの進歩
1980年代半ば、新たな環境規制により、業界は封じ込めと排出だけでなく、機器の信頼性にも目を向けざるを得なくなりました。化学プラントにおけるメカニカルシールの平均修理間隔（MTBR）は約12か月でした。今日では、平均MTBRは30か月です。現在、最も厳しい排出基準が適用される石油業界では、平均MTBRは60か月を超えています。
メカニカルシールは、利用可能な最良の制御技術（BACT）の要件を満たし、さらにはそれを上回る能力を実証することで、その高い評価を維持してきました。さらに、排出ガス規制や環境規制を満たす経済的かつエネルギー効率の高い技術であり続けました。
コンピュータプログラムを使用することで、シールを製造前にモデル化し、試作することで、現場に設置する前に特定の動作条件にどのように対応できるかを確認することができます。シール製造の設計能力とシール面材料の技術は、プロセスアプリケーションに1対1で適合するシールを開発できるレベルまで進歩しています。
今日のコンピュータモデリングプログラムと技術により、3D設計レビュー、有限要素解析（FEA）、数値流体力学（CFD）、剛体解析、熱画像診断プログラムなど、従来は容易に利用できなかった、あるいは2D製図では頻繁に使用するにはコストがかかりすぎたプログラムが利用可能になりました。こうしたモデリング技術の進歩は、メカニカルシールの設計信頼性を高めています。
これらのプログラムと技術により、より堅牢な部品を備えた標準カートリッジシールの設計が可能になりました。これには、プロセス流体からスプリングとダイナミックOリングを取り除くことが含まれており、フレキシブルステーター技術が設計の選択肢となりました。
カスタム設計テスト能力
標準カートリッジシールの導入は、その堅牢性と取り付けの容易さにより、シーリングシステムの信頼性を大幅に向上させました。この堅牢性により、より幅広い用途条件において信頼性の高い性能を実現できます。
さらに、カスタム設計のシーリングシステムの設計・製造がより迅速化されたことで、ポンプの運転条件の変化に合わせた「微調整」が可能になりました。カスタマイズは、シール自体の変更だけでなく、配管計画などの補助的なシステムコンポーネントを通じて容易に導入できます。サポートシステムや配管計画によって、変化する運転条件下でシール環境を制御できることは、シールの性能と信頼性にとって非常に重要です。
当然のことながら、ポンプのカスタム設計が進み、それに合わせてメカニカルシールもカスタマイズされるようになりました。今日では、メカニカルシールは、あらゆるプロセス条件やポンプ特性に合わせて迅速に設計・試験できます。シール面、シールチャンバーの寸法パラメータ、そしてシールとシールチャンバーの嵌合方法は、幅広い用途に合わせて設計・製造できます。米国石油協会（API）規格682などの規格の改訂により、シールの設計、材料、機能性を検証する要件が規定され、シールの信頼性も向上しました。
カスタムフィット
シール業界は、シール技術のコモディティ化と日々格闘しています。「シールはシール、シールはシール」と考えるバイヤーがあまりにも多く、標準的なポンプでは多くの場合、同じ基本シールを使用できます。しかし、特定のプロセス条件に設置・適用する場合、特定の動作条件と化学プロセスにおいて必要な信頼性を確保するために、シールシステムに何らかのカスタマイズが施されることがよくあります。
同じ標準カートリッジ設計であっても、材料コンポーネントの選択から配管計画に至るまで、幅広いカスタマイズが可能です。シールメーカーによるシーリングシステムのコンポーネント選定に関するガイダンスは、必要な性能レベルと全体的な信頼性を実現するために不可欠です。このようなカスタマイズにより、メカニカルシールの通常使用における平均寿命（MTBR）を24か月ではなく、30～60か月まで延長することが可能です。
このアプローチにより、エンドユーザーは、特定の用途、形状、機能に合わせて設計されたシーリングシステムを確実に受け取ることができます。この機能により、エンドユーザーはポンプを設置する前に、ポンプの動作に関する必要な知識を得ることができます。ポンプの仕組みや用途への適合性について推測する必要はありません。
信頼性の高い設計
ほとんどのプロセスオペレーターは同じ機能を実行しますが、その用途は異なります。プロセスはそれぞれ異なる速度、温度、粘度で動作し、操作手順やポンプ構成も異なります。
メカニカルシール業界は長年にわたり、シールのさまざまな動作条件に対する感受性を低減し、信頼性を向上させる画期的なイノベーションを導入してきました。これは、エンドユーザーが振動、温度、ベアリング、モーターの負荷に関する警告を提供する監視機器を備えていない場合でも、今日のシールはほとんどの場合、本来の機能を果たすことができることを意味します。
結論
信頼性工学、材料の改良、コンピュータ支援設計、そして高度な製造技術の進歩により、メカニカルシールはその価値と信頼性を証明し続けています。排出ガス規制や封じ込め対策、安全性や曝露限界値の変化にもかかわらず、シールは厳しい要件を常に先取りしてきました。だからこそ、メカニカルシールはプロセス産業において依然として最適な選択肢なのです。
投稿日時: 2022年6月30日