バッチ系化学プラントではおなじみのマグネットポンプ(magnet pump)。シールレスポンプの1種です。
決まりきった設備なので、設計する要素なんて無いのでは？
そう思っていませんか。
実際に決める要素がほとんど無いのですが、キャンドポンプと同じく体系は理解しておいた方が良いでしょう。
今回は、とある化学プラントの例としてマグネットポンプの選び方を紹介します。
フッ素樹脂系のマグネットポンプを想定しています。
キャンドポンプとの比較という目線で記載しますので、キャンドポンプの選定指針を先にご確認ください。
キャンドポンプとマグネットポンプの選び方も参考にしてください。
マグネットポンプ(magnet pump)の型式
バッチ系化学プラントで使うマグネットポンプの99％は普通のタイプです。
キャンドポンプに比べて型式の選択肢は少ないです。
かろうじて自吸式を選定できるくらいでしょう。
自吸式なるものが存在していて実務上で提案できれば、結構すごいですよ。
昔はスラリー用に竪型も存在していましたが、今では販売していません。
竪型マグネットポンプは好きでした
内容物
内容物は運転条件によって決まるので設計という意味では考えることはありません。
ポンプを選定するうえで必要なキーワードを抽出して一般化していきましょう。
密度
密度はキャンドポンプと同じく1000kg/m3にしておけば無難です。
キャンドポンプと同じく足元をすくわれないように、水よりも重たい液体の存在は要チェックです。
粘度
粘度はバッチ系の場合1～10mPa・sで考えればほぼOK。
これもキャンドポンプと同じです。
温度
キャンドポンプとは違って、温度は若干敏感になりましょう。
100℃を越えるかどうかが目安です。
メーカーのカタログでは100℃以上でも耐えられると書いている物もあれば、60～80℃くらいしか持たないと書いている物もあります。
どちらも過信してはいけません。
判断するのはあくまでユーザーです。
メーカーのカタログに書いてあるから問題ない！っていう無責任な設計は辞めましょう。
一部のエンジニアにありがちだからこそ、強調しておきます。
予想される耐熱温度より5～10℃低いから使えると判断して、結果的にトラブルが起きた場合は以下のような条件を検討していなかった可能性が高いです。
- 締切運転時の温度上昇
- 空運転時の温度上昇
- プロセス液の保温状況
- 温度計の測定位置が真値を示していない
安定的に液を供給できている場合において、耐熱温度はそれなりの指標となります。
運転条件の変動があるバッチ運転では、設備を壊さないように余裕を持った設計にしたいですね。
私は個人的に60℃を越えると基本的にNGという判断をしています。
蒸気圧
蒸気圧は基本的に書くことはないでしょう。
キャンドポンプと同じです。
腐食性
マグネットポンプを使うから腐食性はあって当然。
そもそも提示する必要があるのか？ってレベルです。
スラリー濃度
スラリー濃度はユーザーが責任をもって判断しましょう。
メーカーに提示するかどうかとは別問題です。
数wt%程度なら使える機種も存在しますが、基本的にはスラリー向きではありません。
pH
pHも記載する必要はほとんどありません。
キャンドポンプと同じです。
流量・揚程
流量や揚程は化学プラントの機電系エンジニアの腕の見せどころ。
数少ない計算をする機会です。
これもキャンドポンプと同じです。
材質
材質は機電系エンジニアの腕の見せどころでしょう。
とはいえ、流量・揚程と同じで既設と同じとかETFE系で統一とか、何となく選べてしまうのがキャンドポンプの凄いところ。
この発想もキャンドポンプと同じです。
そう言っているだけでは何の意味もないので、選び方の基本を紹介しましょう。
本体
ETFEかPFAかで分かれるくらいです。
普通はETFEを選べば良いでしょう。やや安い側です。
PFAはETFEよりも耐食性や耐熱性が強く、頼みの綱的なポジションとして考えればいいでしょう。
普通のマグネットポンプで使う環境よりは攻めた運転条件で使いたいけど、おススメのポンプはありませんか？
こんな相談を受けた時はPFAにチャレンジしたいですね。
ベアリング
ベアリングはSiC/カーボンかSiC/SiCから選ぶことになるでしょう。
スラリーがなければSiC/カーボン、スラリーがいそうならSiC/SiCで良いと思います。
これはメカニカルシールと同じ発想です。
SiCでもカーボンでもない材質を使う場合は、結構慎重になりたいですね。
ガスケット
本体シールはガスケットタイプを選ぶ方が無難です。
OリングタイプならFKMを選ぶことになりますが、FKMを使えないプロセス液は年々増えています。
FKMだから大丈夫！なんてメーカーが主張してきても信じてはいけません。
判断するのはユーザーです。
シール性の面からもPTFE系を選べるという面からもガスケットタイプがおススメです。
ガスケットタイプが圧倒的におススメ！
ケーシング
一部のマグネットポンプではケーシングに鋳物で保護しています。
逆に一部のマグネットポンプはPTFEの無垢ケーシングを使っています。
個人的には鋳物の保護一択です。
マグネットポンプは締切運転時に温度や圧力が上がって、ケーシングが破裂するというトラブルが起こります。
この時、鋳物の保護が無いと破片が飛散しやすくなります。
外部からの力でケーシングが割れる恐れもありますね。
鋳物の保護がある方が安全安定運転ができるので、安全性を高めたい場合は是非とも保護を使ってください。
取扱量が小さく・工場も小さく・作業員が常時居るわけでもない、そういう工場（こうじょう）というより工場（こうば）レベルなら、PTFE無垢を使うかもしれませんね。コストダウン目的で。
電源
電源周りはユーザーの環境によります。
キャンドポンプと同じです。 電気系統が同じなら変わりようがありませんね。
電圧
200V系か400V系かの選択になるでしょう。
キャンドポンプと同じです。
ケーブルサイズ
端子箱の引き込み方法は、ユーザーが指定しやすい部分です。
キャンドポンプと同じです。
防爆
防爆も設計要素としてはほぼゼロです。
危険物製造所なら安全増防爆構造に限定されます。
とはいえ、安全増防爆は年々減少傾向で、そう遠くない将来に耐圧防爆に統一化されそうですね。
エンジニアとしては知っておいた方が良いという程度。
参考
最後に
バッチ系化学プラントのマグネットポンプの選定指針を解説しました。
型式・内容物・流量揚程・材質・電源
化学プラントでは汎用的な機械ですので、選定する要素は意外と多くはありません。
そういう意味でエンジニア初心者が取り組みやすい設備ですね。
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