プロセス産業が直面する課題は変化しており、危険物や有毒物を含む流体の移送は依然として行われています。安全性と信頼性は依然として最重要事項です。しかし、多くのバッチ処理において、運転者は速度、圧力、流量、さらには流体の特性（温度、濃度、粘度など）の厳しさまで高めています。石油精製所、ガス処理施設、石油化学プラント、化学プラントの運転者にとって、安全性とは移送流体の損失や漏洩を制御・防止することを意味します。信頼性とは、効率的かつ経済的に運転され、メンテナンスの頻度が少ない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、実績のある技術により、ポンプ運転者に長寿命で安全かつ信頼性の高いポンプ性能を保証します。多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あらゆる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 ― 最適な組み合わせ
プロセス産業においてシールレスポンプ技術が本格的に普及してから、もう30年近くが経過したとは信じがたい。この新技術は、メカニカルシールのあらゆる問題点や限界に対する解決策として宣伝された。中には、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不要になると主張する者もいた。
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規制で定められた漏洩および封じ込め要件を満たす、あるいは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、従来の圧縮パッキン「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、この技術を支援しました。
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においてより堅牢な技術を可能にし、設置を容易にし、シールが最大限の性能を発揮できる環境を作り出しています。
設計の進歩
1980年代半ば、新たな環境規制により、業界は封じ込めや排出ガス対策だけでなく、設備の信頼性にも目を向けざるを得なくなった。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ヶ月だったが、現在では30ヶ月となっている。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ヶ月を超えている。
メカニカルシールは、最良利用可能制御技術（BACT）の要件を満たし、さらに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に対応できる、経済的かつエネルギー効率の高い技術であり続けています。
コンピュータプログラムを用いることで、シールを製造前にモデル化および試作し、現場に設置する前に特定の運転条件下でどのように機能するかを確認することができます。シールの製造設計能力とシール面材の技術は進歩し、プロセス用途に完全に適合するシールを開発できるレベルに達しています。
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）、計算流体力学（CFD）、剛体解析、熱画像診断プログラムなどが利用可能になりました。これらは、以前の2D製図では容易に利用できなかったか、あるいは頻繁に使用するには費用がかかりすぎました。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の向上に貢献しています。
これらのプログラムと技術は、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へと道を開きました。これには、プロセス流体からスプリングや動的Oリングを排除し、フレキシブルステーター技術を設計の主流とすることが含まれます。
カスタム設計テスト機能
標準カートリッジシールの導入は、その堅牢性と容易な取り付け性により、シールシステムの信頼性向上に大きく貢献しました。この堅牢性により、より幅広い用途条件下で信頼性の高い性能を発揮することが可能になりました。
さらに、カスタム設計のシールシステムの設計・製造が迅速化されたことで、様々なポンプ運転条件に合わせて「微調整」することが可能になりました。カスタマイズは、シール自体の変更、あるいは配管計画などの補助システムコンポーネントの変更によって容易に実現できます。サポートシステムや配管計画によって、様々な運転条件下でシール環境を制御できる能力は、シール性能と信頼性にとって最も重要です。
また、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という自然な流れも生まれました。今日では、あらゆるプロセス条件やポンプ特性に合わせて、メカニカルシールを迅速に設計・試験することが可能です。シール面、シールチャンバーの寸法、シールがチャンバーにどのように収まるかなど、幅広い用途に合わせてカスタム設計・製造できます。米国石油協会（API）規格682などの規格の更新も、シールの設計、材料、機能性を検証する要件を通じて、シールの信頼性向上に貢献しています。
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闘っている。多くの購入者は「シールはどれも同じだ」と考えている。標準的なポンプは、多くの場合、同じ基本的なシールを使用できる。しかし、特定のプロセス条件に合わせて設置・適用される場合、その特定の運転条件や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多い。
同じ標準カートリッジ設計であっても、材質の選択から配管プランに至るまで、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ルシステム構成部品の選定に関するガイダンスは、必要な性能レベルと総合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MTBR（平均故障間隔）を24ヶ月から30～60ヶ月まで延長することが可能になります。
このアプローチにより、エンドユーザーは、それぞれの用途、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の設置前に、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。ポンプの動作原理や、用途に対応できるかどうかについて、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業務を行うが、その用途はそれぞれ異なる。プロセスは、異なる速度、異なる温度、異なる粘度で稼働し、異なる操作手順と異なるポンプ構成が用いられる。
長年にわたり、メカニカルシール業界は、シールが様々な運転条件に対して過敏に反応するのを軽減し、信頼性を向上させるための重要な技術革新を導入してきました。つまり、エンドユーザーが振動、温度、ベアリング、モーター負荷に関する警告を発する監視機器を持っていなくても、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ということです。
結論
信頼性工学、材料改良、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規制、安全基準や暴露限界が変化しても、シールは常に厳しい要求を満たしてきました。だからこそ、メカニカルシールは今もなおプロセス産業において最も選ばれる選択肢なのです。
投稿日時：2022年6月30日