遠心式ケミカルポンプと容積式ケミカルポンプの違いは何ですか?

化学プロセスプラントは、液体を安全、正確、効率的に移動させるためにポンプに依存しています。遠心ポンプと容積式 (PD) ポンプという 2 つの基本的なポンプ ファミリが業界を支配しています。各ファミリーには複数のサブタイプと設計バリエーションがありますが、中心となる動作原理とパフォーマンスの範囲は大きく異なります。この記事では、エンジニアと調達チームに、化学処理に焦点を当てた実用的で詳細な比較を提供します。動作原理、性能特性、材料適合性、制御と計装、設置上の懸念事項、一般的な故障モード、実際のアプリケーションの選択ルールについて説明します。

仕組み: 基本原則

遠心ポンプ

渦巻ポンプ (インペラからの) 回転運動エネルギーを流体の圧力と流れに変換します。流体はインペラの目に入り、遠心力によってインペラの羽根を通って外側に飛ばされ、ボリュートまたはディフューザーに入り、インペラの速度と形状に応じた流れを生成します。これらは本質的に流量可変デバイスです。特定のインペラ速度に対して、システムヘッドに応じて流量が変化し、その逆も同様です。遠心ポンプは通常、特定の速度およびインペラのトリムでの揚程と流量をマッピングするポンプ曲線によって指定されます。

容積式ポンプ

容積式ポンプは、チャンバー内に一定の容積を捕捉し、排出ポートに押し出すことによって流体を移動させます。各サイクル (ローターの回転、ピストンのストローク、またはダイヤフラムのストローク) でほぼ一定の体積が押しのけられ、吐出ヘッドに関係なく (機械的またはシステムの限界まで) 流量が速度にほぼ比例します。 PD ポンプには、往復式 (ピストン、ダイヤフラム) と回転式 (ギア、ローブ、プログレッシブ キャビティ) があります。これらは正確な計量と高圧能力で評価されています。

性能の違い: 流量、圧力、粘度

流量特性

遠心ポンプは変動する流量を生成します。システム抵抗が上昇すると、流量が低下し、揚程が増加します。制御ループがないと、負荷が急速に変化する場合、予測可能性が低くなります。 PD ポンプは、圧力に対してほぼ一定の体積流量を生成するため、固定投与または正確な体積移送が必要な場合に優れています。

圧力と揚程の能力

遠心分離機は中程度の揚程で高い流量を達成できます。高揚程能力はインペラの設計と速度によって制限されます。 PD ポンプは、低流量で非常に高い吐出圧力を生成できるため、小から中程度の流量範囲での高圧の注入、注入、または移送作業に適しています。

粘性およびせん断に敏感な流体の取り扱い

遠心ポンプは流体の粘度が高くなると油圧効率が低下し、必要なトルクが増加するため性能が低下します。修正されたポンプ曲線とディレーティングを使用する必要があります。 PD ポンプ (回転または往復) は粘度の影響を受けにくいため、正確な流れを維持しながら、粘度の高い、せん断に敏感なスラリーやスラリーをより効果的に処理できます。

材料、シール、および化学的適合性

材質のオプション

化学的適合性により、接液部の材料選択が決まります。遠心ポンプは、金属 (ステンレス鋼、二相合金、ニッケル合金) およびプラスチック (PP、PVDF、PTFE ライニング) で利用できます。 PD ポンプも同様に幅広い材料で構築できますが、一部の PD 設計 (エラストマー湿式プログレッシブ キャビティ ローターなど) には追加の制限があります。材料を選択する際には、腐食、浸食、溶剤膨潤を評価してください。

シールと漏れ制御

メカニカルシールは遠心ポンプで一般的であり、有毒/揮発性化学物質用に適切なシール流体計画、グランドパッキン、または二重シールの配置が必要です。 PD ポンプは、設計に応じて、同様のメカニカル シール、グランド パッキン、またはダイヤフラム バリアを使用することがよくあります。危険または計量用途には、磁気駆動 (シールレス) 遠心ポンプとダイヤフラム P​​D ポンプが漏れのないオプションを提供します。

コントロール、メータリング、ターンダウン

ターンダウンと精度

PD ポンプは優れたターンダウン制御を備えています。流量は広い範囲にわたって速度に比例し、再現性が高いため、注入や正確な混合に最適です。遠心ポンプには、流量を制御するために可変速ドライブ (VSD) または絞り弁が必要です。スロットリングは効率を損ない、最高効率ポイント (BEP) から遠く離れた場所で操作すると不安定になる可能性があります。

スタート/ストップと脈動

往復 PD ポンプは脈動流を生成するため、脈動減衰装置またはアキュムレータが必要です。遠心ポンプはよりスムーズな連続流を実現しますが、吸引条件が悪い場合はキャビテーションや不安定性が発生する可能性があります。圧力計、流量計、吸引モニタリングなどの適切な計装は、どちらのファミリーにとっても重要です。

メンテナンス、信頼性、ライフサイクルコスト

メンテナンスプロファイル

遠心ポンプは一般に可動部品が少なく、大型ユニットのメンテナンスが簡単ですが、メカニカルシールとベアリングは摩耗品です。 PD ポンプはより複雑な内部構造 (ギア、ダイヤフラム、ピストン) を備えている場合があり、さまざまなメンテナンス スキルセットが必要です。摩耗部品の予測可能性とアクセスの容易さは、両方にとって重要な考慮事項です。

信頼性に関する考慮事項

用途に応じて選択: 低粘度の液体を高流量で大量に移送する場合、厳選された遠心ポンプは信頼性が高くなります。精密な注入、研磨性または高粘度の流体の場合、または低流量で高い吐出圧力が必要な場合、PD ポンプは多くの場合、初期コストが高くても長期信頼性が高く、総所有コストが低くなります。

アプリケーション例とサイジングの経験則

ユースケースの例では、違いが具体的に示されています。遠心ポンプは通常、流量が大きく流体の粘度が低い場合の冷却水、再循環、凝縮水の返送、およびバルク移送に使用されます。 PD ポンプは、化学薬品の注入、ポリマーの注入、腐食剤の計量、粘性スラリーの移送、および高圧注入ラインに選択されます。

• 必要な流量精度が ±1 ～ 2% で、流量が断続的または少量の場合は、PD (ギアまたはダイヤフラム計量など) を優先します。
• 中程度の揚程で流量が 50 ～ 100 m3/h を超え、粘度が 50 cP 未満の場合、通常、遠心ポンプの方が経済的です。
• 研磨スラリーまたはせん断に敏感な流体の場合は、固体または低せん断移送（プログレッシブキャビティ、蠕動）用に設計された PD ポンプを選択してください。

早見表

選択チェックリストと実践的なヒント

化学サービス用に遠心ポンプと PD ポンプのどちらかを選択する場合は、構造化されたチェックリストに従ってください。必要な流量と精度を定義し、粘度および固形分含有量を定量化し、最大吐出圧力を決定し、許容可能な漏れリスクを指定し、利用可能な材料とシールのオプションを評価し、制御戦略 (VSD、ストローク制御、またはモーター駆動) を検討します。常にポンプ曲線を参照し、遠心選択のための NPSH (Net Positive Suction Head) データを要求し、予想される条件下で PD 容積効率を検証してください。

• 流体の特性が限界に達している場合、またはアプリケーションが重要な場合には、ラボ テストまたはパイロット テストを実行します。
• ライフサイクル コストを考慮します。初期 PD コストが高くても、ダウンタイムの削減と投与精度の向上によって相殺できます。
• 状態監視 (振動、シール漏れ検出、脈動センサー) を実装して、故障の兆候を早期にキャッチします。

結論

遠心ポンプと容積式ポンプにはそれぞれ異なる長所があります。遠心分離機は通常、スムーズで連続的な流れと簡単な操作が重要となる、大量の低圧から中圧の液体の取り扱いに最適です。容積式ポンプは、精度、低流量時の高圧、粘度耐性、または漏れのない動作が必要な場合に優れています。 「正しい」選択は、流量、ヘッド、流体特性、精度要件、材料の適合性、メンテナンス能力など、アプリケーション固有のパラメーターによって異なります。選択チェックリストを使用し、メーカーの曲線とデータを参照し、必要に応じてパイロット テストを行って、選択したポンプがプロセスの要求を確実かつコスト効率よく満たしていることを確認します。