ホットオイルポンプの選択ガイド: 定格、シール、およびよくある故障箇所

ホットオイルポンプとは何ですか?

実際の目的では、ホットオイルポンプは、標準エラストマーシールやソフトグランドパッキンの限界を超える温度（通常は 150 °C 以上）でサーマルオイル、熱伝達流体、または同様の炭化水素を循環させるように設計された遠心ポンプです。ほとんどの熱伝達ループでは、作動温度は 200 °C ～ 350 °C の間にあり、流体は蒸発を抑制するため、または反応器ジャケットに供給するために加圧されます。

これらの温度では、いくつかの設計上の特徴により、真のホット オイル ポンプと汎用のケミカル ポンプが区別されます。

• シャフト シールは、継続的な高温と高温のオイルの潤滑性の低下に耐える必要があります。
• ベアリングと潤滑剤を限界値以下に保つために、ベアリング ハウジングにはファンまたは水冷が必要です。
• ケーシング、ガスケット、およびボルト締めは、接合部の漏れなく熱膨張に対応する必要があります。
• 内部クリアランスは、インペラの拘束なしに熱膨張を許容する必要があります。

これはまさに私たちの義務です AY高温熱油 遠心ポンプ 標準ポンプを改造したものではなく、専用に設計されたホットオイルマシンが構築されています。より単純な設計は光加熱ループで機能しますが、選択ルールは変わりません。つまり、カタログ流量だけでなく動作範囲に合わせてポンプを選択することです。

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ポンプを動作範囲に合わせる

最初に決定するのは、温度、粘度、システム圧力、流量などの動作範囲です。これら 4 つの値によって、どの材料、シールの種類、および油圧設計が許容されるかが決まります。

温度が最もわかりやすいです。 220 °C のデューティは、ほとんどの標準ポンプではすでに除外されていますが、適切に設計されたホット オイル ポンプにとっては快適です。 300 °C 以上では、許容できるエラストマー、ガスケット、シール面の数が急速に狭まります。 350 °C を超えると、特殊な冶金と慎重な熱成長制御が必要になります。

粘度はコールドスタート時に重要です。ほとんどのサーマルオイルは周囲温度で粘度が高いため、ポンプには NPSH マージンと高トルク始動に適したサイズのモーターが必要です。シャフトシールでの圧力が重要です。ポンプには、システム圧力にシールチャンバーでのサーマルオイルの蒸気圧を加えた圧力が含まれている必要があります。流体がシール面でフラッシュすると、シール面が乾燥し、急速に破損します。

高圧ポンプに作用するのと同じ力が、ホットオイルポンプにもストレスを与えます。私たちのレビュー 高圧高温ポンプ性能 では、両方のアプリケーションに発生する障害メカニズムについて説明します。

シールとベアリング冷却: 寿命を決定する 2 つのサブシステム

ホット オイル ポンプの寿命を他のサブシステムよりも決定するのは、シャフト シールとベアリング ハウジングという 2 つのサブシステムです。どちらも過熱によって故障しますが、どちらの故障も防ぐことができます。

メカニカルシール戦略

高温のオイルポンプの安全性は、そのシールと同じくらい重要です。高温のパイプやフランジに高温のオイルが漏れると自己発火する可能性があるため、シール装置は予備部品ではなく安全部品です。サーマルオイルのほとんどの用途では、カーボン面と炭化ケイ素面を備えた単一のメカニカル シールと高温二次シール (PTFE または同等品) が実用的なベースラインです。シールチャンバーの圧力が高い、流体がフラッシュしている、または現場で漏れを許容できない場合は、バリア流体を使用した二重シールまたはシールレス設計を評価する必要があります。

正しい洗浄計画はシール自体よりも重要です。目標は、シールチャンバーを冷たく、清潔で、液体に保つことです。同じ哲学が私たちのガイダンスの根底にあります。 要求の厳しい化学サービスにおける漏れのないパフォーマンス 、そしてそれは熱い油に直接適用されます。

ベアリングハウジングの冷却

ケーシング温度が 200 °C を超えると、熱がシャフトとハウジングを通って転動体のベアリングとその潤滑剤に伝わります。ベアリングの温度が約 90 °C を超えると、グリースの寿命は大幅に短くなり、標準のオイル潤滑では限界になります。

したがって、ホットオイルポンプはファン冷却または水冷ベアリングハウジングを使用します。ファン冷却はシンプルでユーティリティは必要ありませんが、限界があります。水冷ハウジングはより多くの熱を除去し、連続的な高温使用に適していますが、冷却水の接続とウォータージャケットの定期的な清掃が必要になります。

低流量、高温サービス

当社に寄せられる最も頻繁な要望の 1 つは、約 220 °C で低流量を移動できる小型ポンプに関するものです。小型ポンプは表面積が小さく、シールチャンバーが狭く、冷却機能を配置する余地がほとんどないため、高温での使用が困難です。

注意すべき物理現象は温度上昇です。低流量では、油圧力の大部分が熱に変換され、低流量では熱は持ち去られません。ポンプが最高効率の流量の 10% で再循環を強制されると、油の温度が数十度上昇し、コークス化が促進され、シールが破壊される可能性があります。

実際の修正は簡単です。

1. ポンプの最小連続安全流量を確認し、負荷がそれを下回る場合は最小流量再循環ラインを追加します。
2. インペラを指定された負荷点の近くに保ちます。最高効率点の左端にある過大なインペラが故障の一般的な原因です。
3. 高温の油では蒸気圧が高くなると利用可能な NPSH が減少するため、実際の動作温度で NPSH を確認してください。

ループが適度な流量で高い揚程を必要とする場合、多段レイアウトにより圧力上昇が分散され、段あたりの負荷が軽減されます。私たちの ZD 自己平衡型高温多段ポンプ 単段ポンプが油圧のスイートスポットから遠く離れて動作するという、まさにこの状況に対処します。

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材料、ガスケット、および熱膨張

ホットオイルポンプの材料選択は、決して腐食だけを考慮するものではありません。動作温度における寸法安定性と接合の信頼性が重要です。

高温油サービス用のケーシングは、ループが待機温度と動作温度の間で循環するため、普通鋳鉄ではなく鋳鋼またはダクタイル鋳鉄が一般的です。インペラとウェアリングのクリアランスは、回転アセンブリが高温になったときにこすれないように、熱の増加を考慮する必要があります。ボルト締めは高温クリープに耐える必要があり、最初の熱サイクル後に締め直す必要があります。

ガスケットは一般的な故障箇所です。ファイバーおよびエラストマーのガスケットは、熱サイクル中にクリープ、硬化、または吹き出すため、適切なジョイント設計を備えたスパイラル巻きガスケットが高温のオイルラインでは標準的です。

配管負荷も同様に注意する必要があります。システムが加熱すると、接続されている配管が移動し、熱膨張によるノズルの負荷によってポンプの位置がずれ、シールに過負荷がかかる可能性があります。配管を曲げて正しく支持し、試運転後に動作温度でシャフトのアライメントを再確認してください。

同じ規律がポンプの範囲全体に適用されます。私たちのガイド 腐食性および摩耗性のサービスにおけるポンプの材料選択 冶金を少し変えるだけでポンプの寿命が大幅に延びる様子を示しています。

設置、試運転、および操作

最高のホットオイルポンプでも、不十分な試運転には耐えられません。早期故障のほとんどは、熱衝撃、起動時の空運転、または最小流量未満での動作に遡ります。

ウォームアップと熱慣らし

始動中、ケーシングと配管は回転アセンブリよりも速く加熱します。急激な温度上昇により隙間が詰まり、シールハウジングが変形する可能性があります。ウォームアップラインを使用するか、ゆっくりと回転させてポンプを徐々に上げてください。スタンバイ ポンプの場合は、熱による反りを防ぐためにシャフトを定期的に回転させ、重要なプラントではスタンバイ ポンプを常に熱くして準備を整えてください。

ホットオイルポンプを数秒以上デッドヘッドさせないでください。閉鎖排出動作では、閉じ込められた流体が急速に加熱され、サーマルオイルがケーシングの壁に付着してコークス化し、油圧装置に永久的な損傷を与える可能性があります。

監視とメンテナンス

ベアリングハウジングの温度、振動速度、シールのフラッシュフローを追跡します。ベアリング温度の上昇や振動傾向は、故障する前に数週間にわたって警告を発します。一般的なカレンダー間隔ではなく、実際のハウジング温度に応じてベアリング潤滑剤を交換してください。

シールのフラッシュ圧力と流量を定期的に検査します。フラッシュラインの詰まりは、ホットオイルサービスにおける突然のシール故障の最も一般的な原因です。グランドの周りににじみ出る油を早期に発見することは低コストですが、完全に進行した高温の油の漏れは重大な安全上の事象です。

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