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出口バルブを閉じたまま遠心ポンプ運用には複数の技術的リスクが伴います。
制御不能なエネルギー変換と熱力学的不均衡
- 1.1 閉弁状態で媒体温度が急上昇すると、入力エネルギーのほぼすべてが熱エネルギーに変換されます。媒体は熱を奪うことができないため、ポンプ室内の温度が急上昇します。連続運転は媒体の蒸発を誘発し、シール材の炭化を促進します。
1.2 シールシステムの故障 高温や媒体の蒸発の環境では、媒体の潤滑と冷却に依存するメカニカルシールは過熱故障につながり、メカニカルシールに乾燥摩擦が生じ、シール面が焼けてしまいます。
異常な機械的ストレス
- 2.1 軸力オーバーラン 閉鎖バルブの軸力は通常、通常の動作条件の1.5～5倍であり、スラストベアリングの負荷がベアリング限界に達するか、またはそれを超える可能性があり、ベアリングケージの破片化やケージの変形につながる。
2.2 振動と疲労損傷 高温による熱膨張差により、熱変形や熱応力が生じ、インペラとポンプハウジングの隙間が異常になり、油圧負荷の不均衡の影響により、ローターの動的バランスが崩れ、振動が増加し、部品が疲労損傷します。
キャビテーションと材料損傷
3.1 NPSH許容値反転媒体蒸発[装置のキャビテーション許容値（NPSHa）をポンプの必要NPSHrより低くする]、気泡を形成し、気泡の崩壊によって発生する衝撃波は690MPaに達し、インペラランナーのピットやハニカムスポーリングを引き起こす可能性がある。
3.2 金属組織の劣化 オーステナイト系ステンレス鋼製インペラは、局部的な高温で鋭敏化が起こり、粒界腐食速度が上昇し、引張強度が低下することがあります。炭素鋼製インペラは、高温酸化や脱炭などの高温での問題がより顕著で、表面強度や全般的な方針が低下します。硫黄やリンなどの不純物が含まれていると、高温で粒界に偏析しやすく、運転中に熱脆性や割れが発生しやすくなります。炭素鋼は、長期間の高温下ではクリープ抵抗が悪く、局部的な高温によってクリープ変形が加速され、最終的にはインペラの破損や疲労破損につながる可能性があります。
システムセキュリティと経済的リスク
4.1 圧力支持シェルの圧力が限界を超え、閉鎖弁が作動すると、ポンプの出口圧力が定格値の120～150％に達し、安全弁の設定圧力を突破するリスクがあり、圧力逃がし排出やパイプライン溶接部の亀裂を引き起こす可能性があります。
4.2 エネルギー消費とメンテナンスコストの急増 バルブのシャットダウン操作は遠心ポンプの「キラー条件」であり、短期的にはエネルギー消費が大幅に増加し、長期運転は機器に悪性損傷をもたらし、総合的なメンテナンスコストが 3 ～ 10 倍に増加する可能性があります。
特殊メディアの労働条件の悪化
揮発性媒体（LPG など）の場合、閉じたバルブの操作により液相の蒸発が加速され、ポンプ室内のガス - 液体二相流によって突然の流れの変化が発生し、軸力が周期的に振動して部品の摩耗が加速されます。
業界経験と標準要件
6.1 業界経験 実際のエンジニアリング応用経験によると、遠心ポンプバルブの運転時間制限は2分を超えてはならず、通常は1分に制限されています。出口バルブが閉じて時間超過した場合に、自動的にシャットダウン保護プログラムを起動するインターロック制御システムを設置することをお勧めします。
6.2 標準仕様では、API 610第12版規格において、一部の高エネルギーポンプ、一体型ギアポンプ、または多段ポンプは、出口バルブが閉じている状態で急激な温度上昇を示すため、バルブが閉じている状態での試験が不可能または安全でない場合があると規定されています。温度上昇は出力密度と密接に関連しています。出力密度PDは、以下のように近似できます。
P定格: 水の1段あたりの出力定格（hpまたはMW）
D imp: 定格インペラー直径（インチまたはメートル）
Dノズル：出口フランジの公称直径（インチ（またはメートル））。両吸込単段ポンプの場合、Dノズルは入口フランジの直径です。
PD の一般的な臨界値は 0.286 hp/in.3 (13 MW/m3) です。この値を超えると、性能テスト中に出口バルブを閉じた状態でポンプを稼働させないことをお勧めします。
投稿日時: 2025年6月4日