FX ROメカニカルシールの漏れ防止性能を向上させるにはどうすればよいですか？

水処理や脱塩から医薬品や食品加工に至るまで、逆浸透 (RO) システムに依存する業界で働いている方は、メカニカル シールが機器の信頼性にとって縁の下の力持ちであることをすでにご存知でしょう。 FX RO メカニカル シールを専門とする当社のチームにとって、プラント オペレーター、メンテナンス マネージャー、プロセス エンジニアからよく寄せられる質問は、「これらの重要なコンポーネントの耐漏れ性能をどのように強化できるか?」というものです。 RO シールの漏れは、水や原材料の無駄につながるだけではありません。それらは生産停止を引き起こし、敏感な製品を汚染し、さらには飲料水などの規制分野で規制上の罰金を科せられる可能性があります。 FX RO シールを 200 以上のグローバル サイトに設計して展開してきた 10 年間を経て、漏れ防止の改善は単に部品を交換するだけではなく、正確な材料の選択、システムの統合、予防的なメンテナンスの組み合わせであることがわかりました。

まず、FX RO アプリケーションの固有の動作条件に基づいてこれを確立することが重要です。 RO システムは高圧 (段階に応じて 10 ～ 80 bar) で動作し、化学的に攻撃的な給水 (多くの場合、塩素、スケール、または有機汚れを含む) を処理し、起動、停止、スタンバイ モードを繰り返します。これらの条件は、メカニカル シール、特に一次シール界面を形成する固定面と回転面に異常なストレスを与えます。そのインターフェースに小さな欠陥があると、0.1 mL/時間の漏れが数週間で 10 L/時間の損失に変わる可能性があります。そのため、漏れ防止を改善するための最初のステップはシール面のペアを最適化することです。これは当社が FX RO ライン用に改良し、お客様の工場で直接確認したものです。

シール面の性能は、平坦度と材料の適合性という 2 つの要素に左右されます。 FX RO メカニカル シールの場合、通常、炭化ケイ素 (SiC) と別の SiC またはケイ素含有量の高いカーボングラファイト材料のいずれかの面のペアを推奨します。セラミックのような柔らかい素材とは異なり、SiC はモース硬度スケールで 9 なので、シール面の劣化や漏れの主な原因である給水中の研磨粒子による傷に強くなります。最近の事例では、サウジアラビアのクライアントが高圧 RO スキッドにアルミナ面を備えた競合シールを使用していました。 6 か月以内に、細かい砂の粒子が顔に傷を付け、5% の水分が失われてしまいました。デュアル SiC 面ペアを備えた FX RO2 メカニカル シールに切り替えた後、その漏れはシステム流量の 0.1% 未満に減少しました。現在のセットアップをアップグレードしたい場合は、この特定のモデルのフェース ジオメトリはナノメートル レベルの平坦性 (0.2 ミクロン以内) を維持するように設計されており、回転フェースと静止フェースの間の均一な接触を確保し、流体が浸透する隙間を排除します。

しかし、注目すべきコンポーネントはシール面だけではありません。二次シール要素 (通常はシールとポンプ シャフトまたはハウジングの間に障壁を形成する O リングまたはウェッジ リング) も、漏れ防止にとって同様に重要です。多くのオペレーターは、特に塩素や高 pH の給水にさらされた場合、RO 用途ではこれらの要素がシール面よりも早く劣化することを見落としています。 FX RO システムの場合、一般的な給水には EPDM O リングをお勧めしますが、塩素化水または高温用途 (80°C 以上) を扱う場合は、水素添加 (HNBR) を添加したニトリル ブタジエン ゴム (NBR) ブレンドの方が膨潤や亀裂に対してはるかに耐性があります。また、クライアントがここで手を抜いていることも見られます。RO の特定の流体条件に合わせて設計された O リングではなく、地元のサプライヤーからの標準的な O リングを使用しています。国際水協会（IWA）がROプラントのオペレーター120人を対象に行った2022年の調査では、計画外のシール故障の38％は端面の摩耗ではなく、二次的なシールの劣化が原因であることが判明した。当社の製品ラインと直接比較するには、RO の流体適合性要件に合わせて調整された EPDM/OFF O リングの組み合わせを使用するバーグマン HJ92N メカニカル シールなどの製品をご覧ください。ただし、当社の FX RO 製品ラインは、標準的な給水用途に対してより優れたコストパフォーマンスを提供します。

次に、漏れ防止はシールそのものだけではなく、シールが RO ポンプ システム全体とどのように統合されるかが重要です。よくある間違いは、メカニカル シールをスタンドアロン部品として扱い、シールが設計パラメータの範囲外で動作することを強制する位置ずれ、振動、または圧力スパイクを考慮していないことです。たとえば、ポンプ シャフトとシールのハウジングの間の位置ずれにより、回転するシール面がわずかに傾き、流体が隙間から浸透する「くさび」効果が生じる可能性があります。そのため、お客様には、取り付け時にシャフトの平行度を 0.05 mm 以内に調整し、最大 0.1 mm の位置ずれを吸収するフレキシブル カップリングを使用することをお勧めします。これは、多くの場合、わずかな調整で漏れを 70% 削減できます。圧力スパイクもサイレントキラーです。RO ポンプのサイクルがオンになると、圧力が設定値を 20% 上回る可能性があり、流体がシール面を越えて押し出されます。当社の FX RO メカニカル シールには、過剰な力をシール界面に集中させるのではなく、シール面全体に分散する圧力バランスのとれた設計が採用されています。対照的に、古いアンバランスなシール設計 (低圧用途に最適化された John Crane 8B1T メカニカル シールなど) は、RO の変動圧力を受けると漏れが発生することがよくあります。中圧から高圧の RO ステージには、当社の FX RO ラインの圧力バランスのとれた設計がより適しています。

汚れは、漏れ防止に対するもう 1 つの隠れた脅威です。 RO 給水には、シール面やシャフトに蓄積する可能性のあるスケール (炭酸カルシウム、硫酸バリウム)、有機物、微生物バイオフィルムが含まれることがよくあります。バイオフィルムの薄い層（厚さ 10 ミクロン）でもシール面に凹凸が生じ、漏れを防ぐために必要な重要な接触が損なわれる可能性があります。これが、RO システムにシール フラッシングを組み込むことをお勧めする理由です。きれいな透過水 (RO 膜からの濾過水) の小さな流れがシール面に向けられ、汚れを洗い流します。このフラッシング流量は通常、RO の総透過水出力の 0.5 ～ 2% であり、漏れによって失われる水や時期尚早にシールを交換する費用と比較すると、わずかなコストです。カリフォルニアの工場では、FX RO メカニカル シールに透過水フラッシング ループを追加した結果、シールの漏れが 90% 減少しました。この単純な調整は、工場が膜の洗浄のみに重点を置いている場合には見落とされがちです。

事後的な修理だけでなく、事前のメンテナンスが、漏れ防止を改善する最後の柱です。多くのプラントでは、状態にかかわらず 12 か月ごとにシールを交換するという固定のメンテナンス スケジュールに従っていますが、シールの寿命は動作条件に大きく依存します。汚れが少なく安定した RO システムのシールは 3 ～ 5 年間持続しますが、固形分が多いサイクル システムのシールは 6 か月で故障する可能性があります。シール漏れ率とシール面温度という 2 つの重要な指標を追跡する状態監視プログラムを導入することをお勧めします。漏れ量は、シールのドレンポートに設置された単純なメスシリンダーで測定できます。 0.1 mL/時から 1 mL/時へのスパイクは、明らかな警告サインです。面の温度は、ポンプで送られる流体の温度より 10 ～ 15 °C 高い値を維持する必要があり、過剰な摩擦を示しています。多くの場合、汚れや位置ずれが原因で発生します。当社の経験では、完全な故障が発生して生産が停止するまで待つよりも、温度上昇の最初の兆候が現れた時点でシールを交換する方がはるかに安価です。スペアパーツを標準化したいプラント向けに、当社の FX RO メカニカル シールは、ほとんどの標準ポンプ シャフト サイズ (25 ～ 100 mm) と互換性があるように設計されており、カスタム加工を行わずに交換を迅速かつ簡単に行うことができます。

耐漏れ性能は、RO セグメント内であってもシール モデル間で異なる可能性があることに注意してください。たとえば、バーグマン H10 メカニカル シールは、耐久性の高い産業用途向けに設計されていますが、サイズが大きいため、小型の RO スキッド (10 m3/日未満) では効率が低くなります。対照的に、当社の FX RO2 メカニカル シールは、小規模な商用 RO システムに十分なコンパクトさを持ちながら、当社の産業用ラインと同じ SiC 面ペアと圧力バランスのとれた設計を実現しています。このカスタマイズが重要です。1,000 L/日の商用軟水器 RO システムには、100,000 L/日の脱塩スキッドとはまったく異なる要件があります。

結局のところ、FX RO メカニカル シールの漏れ防止を改善することは、万能の解決策ではありません。これには、適切な面および二次シール材料の選択、ポンプ システムとのシールの調整および統合、汚れ防止フラッシングの追加、プロアクティブな状態監視の実装が組み合わされています。これらの手順を適用することで、50 以上の工場がシール関連の水の無駄を平均 60% 削減できるよう支援してきました。現在のシールのアップグレード、持続的な漏れのトラブルシューティング、または用途に合わせた FX RO メカニカル シールの調達をお考えの場合は、当社がお手伝いいたします。特定の RO システムのニーズについては、今すぐ当社のチームにお問い合わせください。

参考文献

1. 国際水協会。 （2022年）。逆浸透システムにおけるメカニカルシールの性能:世界的なフィールド調査。 IWA出版。
2. アメリカ機械学会。 （2021年）。高圧流体システムにおけるロータリーメカニカルシールの設計ガイドライン。 ASMEインターナショナル。
3. Zhang、Y.ら。 （2020年）。攻撃的な給水におけるシール面材料の適合性: 腐食と摩耗のメカニズム。膜科学ジャーナル、605、118092。
4. バーグマン工業。 （2023年）。技術データ シート: RO アプリケーション用の FX シリーズ メカニカル シール。個人出版。
5. ジョン・クレーン株式会社（2022）。可変圧力システム向けの圧力バランスの取れたシール設計。エンジニアリング ニュース 2022-04。