ダブルメカニカルシール冷却システムとは

ダブルメカニカルシール冷却システムは、シールの故障を防ぎ、機器の寿命を延ばす産業機械の重要なコンポーネントです。2 つのメカニカルシール間で冷却剤を循環させ、熱を除去して潤滑することで機能します。

不十分な冷却の影響

熱変形

ダブルメカニカルシールの熱変形は、冷却システムが適切な温度を維持できない場合に発生します。冷却が不十分だと、熱分布が不均一になり、シール面が歪んだり変形したりします。この変形によりシール面間の隙間が変わり、密閉性を維持する能力が低下します。

歪んだ面は漏れ率の増加を招き、シールが完全に機能しなくなる可能性があります。 歪みがひどいと、ダウンタイムが発生し、製品が失われ、コストがかかります。 変形により摩擦が増し、シール面の摩耗が加速し、寿命が短くなります。

材料の劣化

ダブルメカニカルシールシステムの冷却が不十分だと、材料の劣化につながります。過度の熱はシール面とコンポーネントの摩耗を加速させ、寿命と効果を低下させます。高温によりエラストマーが分解し、弾力性とシール特性が失われ、漏れやシステム障害の原因となります。

極度の高温下では、炭素や炭化ケイ素などのシール面材料に熱亀裂や酸化が発生し、シールの完全性と性能が損なわれる可能性があります。金属部品は、長時間の熱暴露により冶金特性が変化し、歪んだり弱くなったりする可能性があります。潤滑剤は高温で急速に分解し、保護特性が失われ、可動部品間の摩擦が増加します。

漏れ

ダブルメカニカルシールシステムの冷却が不十分だと漏れが発生し、機器の完全性と安全性が損なわれます。冷却が不十分だとシール面が過熱し、熱による歪みが生じて摩耗が増加します。この摩耗によりシール面間に隙間ができ、プロセス流体が漏れてしまいます。

適切なシール冷却の利点

洗浄は熱を取り除き、顔を滑らかにし、汚染を防ぐ

ダブルメカニカルシール冷却システムにおける効果的なフラッシングにより、シール面間の摩擦によって発生する熱が除去されます。機器の動作中に常に回転すると熱が発生し、放置するとシールが損傷して寿命が短くなる可能性があります。シールチャンバーに冷たい流体を循環させることで、この熱が積極的に放散され、理想的な動作温度が維持されます。

フラッシングによりシール面が潤滑され、摩擦と摩耗が軽減されます。この潤滑によりシールの寿命が延び、スムーズな動作が保証されます。この流体によりシール面の間に薄い膜が形成され、シール面同士が直接接触することなく滑ることができます。

連続フラッシングにより、シール チャンバーの汚染を防止します。機器の動作中に、シール領域にゴミやプロセス流体が蓄積することがあります。フラッシングにより、これらの汚染物質が除去され、シール面が清潔に保たれ、早期摩耗や故障の原因となる研磨粒子がなくなります。シールの周囲を清潔な環境に保つことで、シールの完全性が保護され、長期間にわたって一貫したパフォーマンスが保証されます。

より安価なシール面材料の使用が可能

ダブルメカニカルシールシステムにおける効果的なシール冷却により、材料選択におけるコスト削減が可能になります。適切なシール冷却により、パフォーマンスや信頼性を損なうことなく、より安価な表面材料を使用できます。

耐摩耗性と熱特性に優れているため、シール面にはシリコンカーバイドやタングステンカーバイドなどの高級素材が一般的に使用されています。これらの素材は高価になる場合があります。効率的な冷却システムにより、片方または両方のシール面にカーボングラファイトやセラミック素材などのより経済的なオプションを使用できます。

動作環境の温度が低いと、シール面の熱応力と摩耗が軽減され、それほど堅牢でない材料でも十分な性能を発揮できるようになります。このアプローチにより、初期投資と交換コストを削減しながら、良好なシール性能を維持できます。一部の安価な材料は、特定の用途において、より優れた自己潤滑特性や高い化学的適合性を提供する場合があります。

損傷なく一時的な空運転が可能

ダブルメカニカルシールの効果的な冷却により、シール面の間に薄い流体膜が維持され、空運転を防止します。この膜は、プロセス流体が少なくなるとバリアとして機能し、直接接触を防ぎ、摩擦を減らします。冷却システムにより、プロセス流体なしで短時間操作できるため、即時の損傷を回避できます。冷却されたバリア流体はシール面の潤滑と冷却を継続し、問題に対処する時間を確保します。

予期せぬドライ ランが発生しやすい業界は、この機能の恩恵を受けます。冷却システムの効率により、ドライ ラン中に発生する熱が放散されます。温度が低いと、シール面の熱変形と材料の劣化が軽減されます。温度制御により、シールの寿命が延び、短時間のドライ ラン期間中の壊滅的な故障リスクが最小限に抑えられます。

ダブルシール冷却システムの種類

ダブルシール冷却システムを検討する場合、API プラン 52 と API プラン 53a という 2 つの主なタイプがあります。API プラン 52 は、シール間を循環して冷却と潤滑を行う非加圧バッファー流体を使用します。一方、API プラン 53a は加圧バリア流体を使用し、プロセス流体の漏れや汚染に対する保護を強化します。

Api Plan 52 (非加圧バッファー液)

API プラン 52 は、加圧されていないバッファ流体を使用してダブル メカニカル シールの冷却を提供します。このシステムは、シール間で流体を循環させて熱を除去し、シール面を潤滑します。プロセス流体の汚染が問題にならないアプリケーションに最適です。

このセットアップには、シール チャンバーの上部に配置された、バッファー フルイドで満たされたリザーバーが含まれます。 流体の循環は、サーモサイフォン効果またはポンピング リングによって行われます。 内部シールが熱を発生すると、バッファー フルイドが温められ、リザーバーに上昇します。 その後、フルイドは冷却されてシール チャンバーに戻り、連続サイクルが作成されます。
API プラン 52 はコスト効率が高く、メンテナンスが容易ですが、高圧アプリケーションやプロセス漏れの完全な防止が必要な場合には適していません。

高圧アプリケーションやプロセス漏れの絶対防止が必要な状況では、API プラン 53 やプラン 54 などの加圧代替品の方が適している場合があります。これらのプランは、強化されたシーリング機能を備えており、より厳しい動作条件に対応できるように設計されています。

API プラン 53a (加圧バリア流体)

プラン 53A では、プロセス流体の漏れを防ぐために加圧バリア流体システムを採用しています。このシステムは、シール チャンバーよりもバリア流体の圧力を高く維持し、危険または有毒な流体を効果的に封じ込めて大気を保護します。

外部リザーバには、不活性ガス（通常は窒素）で加圧されたバリア液が保持されます。圧力差によって、シール面のポンプ作用によって促進されるバリア液の循環がリザーバとシール チャンバー間で行われます。

プラン 53A のシンプルさと信頼性が主な利点です。このシステムは複雑な循環コンポーネントや外部ポンプなしで動作します。ただし、加圧ガスの安定した供給と、バリア流体の品質とレベルの定期的なチェックが必要です。

この計画は、プロセス流体の漏出防止が最優先される、危険物質を扱う用途に特に効果的です。加圧バリア流体は安全装置として機能し、封じ込めを確実にし、環境および安全上のリスクを最小限に抑えます。

クローズドループシステムとオープンループシステムの主な違い

閉ループ構成と開ループ構成は、ダブルメカニカルシール冷却システムにおける異なるアプローチを表します。閉ループシステムは一定量のバリア流体を再循環させ、開ループシステムは継続的に新鮮な流体を供給します。

閉ループ システムは、流体の品質と温度を優れた方法で制御します。流体の消費効率が向上し、圧力が一定に保たれます。

オープンループ システムは、清潔で冷たい流体を一定量供給します。実装が簡単で、メンテナンスも少なくて済みます。ただし、流体の消費量が多く、クローズドループ システムの圧力制御機能に匹敵しない場合があります。

クローズドループ システムは、正確な制御と最小限の流体消費を要求するプロセスに最適です。オープンループ システムは、流体の品質を優先するアプリケーションや、冷却流体の供給がすぐに利用できるアプリケーションに適しています。

閉ループ システムは、厳密な温度制御、一定の圧力、流体消費量の削減を必要とするアプリケーションに適しています。高価値の流体や汚染に敏感なプロセスに最適です。

冷却システムの選択と実装に関する考慮事項

フラッシュ液とプロセス流体およびシール材との適合性

汚染や望ましくない反応を避けるために、フラッシュ液の化学的性質はプロセス流体と一致する必要があります。適合しない流体は、シール部品の膨張、収縮、または劣化を引き起こす可能性があります。

フラッシュ液の粘度、熱特性、潤滑性は、熱伝達効率とシール面の潤滑に影響します。温度や圧力の範囲を含む動作条件下でのフラッシュ液の安定性を評価する必要があります。

フラッシュ液の化学組成、物理的特性、および動作安定性を考慮します。プロセス流体およびシール材料との相互作用を評価します。熱伝達能力と潤滑特性を確認します。業界固有の規制と基準を満たしていることを確認します。

必要な圧力、温度、流量、貯留槽容量

ダブルメカニカルシール冷却システムでは、最適なパフォーマンスを得るために特定の動作パラメータが必要です。冷却システム内の圧力は、汚染を防ぐためにプロセス流体の圧力より 1 ～ 2 bar 高くする必要があります。メーカー推奨範囲 (通常 20 ～ 50°C) 内で温度を制御すると、熱衝撃が防止され、適切な潤滑が確保されます。

流量は、熱除去効率とシール面の潤滑に影響します。必要な流量は、熱負荷とシール サイズに基づいて計算します。通常は 1 ～ 5 L/分です。リザーバの容量は、システムの安定性と放熱能力に影響します。リザーバのサイズは、熱膨張に対応し、十分な冷却能力が得られるように決定します。ほとんどのアプリケーションでは、通常 20 ～ 50 リットルです。

シールチャンバーの圧力と温度

漏れを防ぐために、シール チャンバーの圧力をプロセス流体の圧力より高く維持します。プロセス圧力より 1 ～ 2 bar 高く保ちます。この正の差圧により、シール面間の流体膜が維持され、プロセス流体がシール チャンバーに入るのを防ぎます。

シール面と二次シールの損傷を防ぐため、シール チャンバーの温度をシールの動作限度内に維持します。冷却システムは、シール面の摩擦とプロセス流体によって発生する熱を効果的に除去する必要があります。シールの最大動作温度より 10 ～ 20 °C 低い温度を維持します。

シールの配置と方向

シールの配置と方向は、ダブル メカニカル シールの冷却システムの選択に影響します。タンデム構成では、両方のシールを同じ方向に配置して、その間にバリア フルイドを配置します。この設定では、冷却能力は少なくなりますが、シール面の適切な潤滑のために高い圧力が必要になります。背中合わせの配置では、シールが反対方向に面し、バランスの取れた圧力分布が生まれます。強力な冷却が必要になりますが、プロセス フルイドの漏れに対する保護が強化されます。

シールの向きは冷却システムの設計に影響します。垂直方向の場合は、流体の循環と通気について特別な考慮が必要です。水平方向の場合は、冷却媒体の均一な分配を確保するための対策が必要です。

監視と制御のための計測機器

圧力計はシール チャンバーとバリア流体の圧力を監視し、通常の動作条件からの逸脱を検出します。温度センサーはバリア流体の温度を追跡し、過熱を防止します。

フローメーターはバリア液の循環速度を測定し、適切な冷却と潤滑を確保します。リザーバー内のレベルインジケーターはバリア液のレベルを監視し、潜在的な漏れを検出します。

フラッシュ液供給の可用性とコスト

コスト分析には、初期購入、継続的な供給、および処理費用を含める必要があります。長期的なコストを正確に予測するには、アプリケーションに必要な量を考慮してください。フラッシュ液をリサイクルまたは再循環すると、特に高価な特殊液体の場合、消費量と費用を削減できます。ただし、潜在的な節約額と、再循環システムの追加機器およびメンテナンス費用を比較検討してください。

水質はシール性能と寿命に影響します。地域の水の硬度、pH レベル、汚染物質含有量を評価します。シール製造元の仕様を満たす適切なろ過または処理方法を実施します。これらのコストを全体の予算に組み込みます。

選択したフラッシュ液の環境規制と廃棄要件を考慮してください。一部の液体は廃棄前に特別な取り扱いや処理が必要で、運用コストや手順に影響する場合があります。現地の規制を調査して遵守を徹底し、罰金を回避してください。

よくある質問

冷却システムはどのくらいの頻度でメンテナンスまたは検査する必要がありますか?

冷却システムのメンテナンスは四半期ごとに行う必要があります。作業には、フィルターの清掃、液面の確認、漏れの検出などが含まれます。システムの使用頻度に応じて頻度を調整してください。

ダブルメカニカルシール冷却システムを既存の機器に後付けできますか?

ダブルメカニカルシール冷却システムは、機械の設計と利用可能なスペースに応じて、既存の機器に後付けできる場合が多くあります。

ダブルメカニカルシール冷却システムの一般的な動作温度はどれくらいですか?

ダブルメカニカルシール冷却システムは通常、100～150°F (38～65°C) で動作します。これらの温度はシール面の熱制限以下に維持され、機器シールの最適なパフォーマンスと寿命を保証します。

これらのシステムには環境に優しい冷却剤が使用可能ですか?

これらのシステムには、環境に優しい冷却剤が使用できます。オプションには、水ベースの溶液、生分解性液体、プロピレングリコール混合物、食品グレードの冷却剤などがあります。

圧力変動はダブルメカニカルシール冷却の性能にどのような影響を与えますか?

圧力変動はダブルメカニカルシールの冷却性能に悪影響を及ぼします。圧力変動はシール面の不安定性を引き起こし、摩耗の増加や漏れの可能性につながります。