メカニカルシールサポートシステムの信頼性最適化：API 682第4版に基づくベストプラクティス

API 682とあなた：より良いメカニカルシールサポートシステムの構築

ショーン・ハンシッカー、マーケットマネージャー、化学・精製市場

メカニカルシールは1980年代に製油所と化学プラントで主流のシール技術となり、アメリカ石油協会（API）にこれらコンポーネントの標準化委員会設立を促しました。初版「API 682 遠心ポンプおよび回転ポンプ用軸封システム」は1994年に発行され、そのミッションステートメントは「この標準は、少なくとも3年間の中断なし運転という目標を達成する確率が高く、排出規制を遵守する、最も一般的に供給される機器タイプをデフォルトとするよう設計されている」¹ とされています。特に、別途指定がない限り、安全かつ信頼性が実証された技術をデフォルトとする勧告が含まれています。現在第4版となり、プロセスサービスに基づきメカニカルシールとそのサポートシステムの両方にガイダンスを提供し続けています。

標準の大部分はメカニカルシールに焦点を当てていますが、かなりの部分がシールサポートシステムに割かれています。これらはシールとポンプシステムの適切な機能に不可欠なコンポーネントだからです。シールサポートシステムメーカーとして、スウェージロックとその販売・サービスセンターはAPI 682第4版のベストプラクティスを実装しています。本稿ではそれらベストプラクティスの一部を説明し、標準の推奨事項をシールサポートシステムの構築と設計に実装することで、信頼性と安全性の向上、コスト削減という目標達成にどう役立つかを解説します。

メカニカルシールサポートシステムの主な機能

ベストプラクティスの前に、シールサポートシステムの機能を見てみましょう。これらのシステムは、特定のメカニカルシールとプロセス条件向けに設計されます。通常、ガスまたは液体をメカニカルシールに供給し、シールが動作する環境を調整して、回転機器を損傷から保護します。

これらのシステムには4つの主要機能があります：

• シール面への潤滑供給
• シールチャンバーとシールの圧力・温度制御
• シールの汚染物質/残留物蓄積のフラッシング
• システムプロセス流体の大気漏洩防止

メカニカルシールサポートシステムについて、以下の動画でさらに詳しく学べます。

 

潜在的漏洩ポイントの削減

API 682第4版全体を通じ、シールサポートシステムの接続数削減への言及があります。溶接配管かチューブのどちらを選択するにしても、ネジ込みシステムは推奨されません。 すべての接続は、潜在的な漏洩ポイントであり、炭化水素ポンプ用途における潜在的な信頼性リスクと見なせます。 ポンプ近くのシールサポートシステムでの漏洩は、資産損傷、ダウンタイム増加、環境問題、安全リスクを引き起こします。

過去には多くのシールサポートシステムが配管で構築されていました。これは配管が歴史的に好まれたためです。最近では、シールメーカー、エンドユーザー、ポンプOEMが、産業界全体の重要用途で長年の成功実績があるチューブを、シールサポートシステムの接続ソリューションとして採用しています。回転機器エキスパートのハインツ・ブロッホ氏は最近のHydrocarbon Processing誌記事で、「API標準682（API 682）は一部のシール配管プランでチューブ使用を支持し始めた。残念ながら、伝統に固執する購買担当者は依然としてハードパイプを選ぶ。我々は再考を促している。API 682（第4版）は現在、シールサポートシステム接続をほぼ同等に指定している」と述べています²。

チューブは、ラインを曲げたりアダプタ継手を適切に使用したりすることで接続数を削減できます。多くの場合、必要な接続はシールとシーリングシステムのもののみです。チューブは焼鈍されているため、曲げ加工で加工硬化し、曲げ部の強度が増します。フランジアダプタや延長メスコネクタなどの革新的接続技術により、シールとシールポットのネジ込みポートからの接続をさらに削減し、複数継手の必要性を排除します。チューブ使用は、ポンプ、シール、サポートシステムのMROコストを検討しても更なる経済メリットがあります。ポンプ周りの「配管」を再工事するメンテナンス作業では、チューブ使用により高コストな現場溶接が不要となり、迅速な設置でダウンタイムを削減できます。

運転とメンテナンスの簡素化

シールサポートシステムはシールとポンプの適切な運転に不可欠であり、定期的な目視点検が必要です。目視点検業務をシンプルにすることは、システム信頼性と安全性を促進します。シールサポートシステム設計時、配管プランと一般配置が選定された後、いくつかのベストプラクティス設計原則を考慮すべきです。

1. システム機能が明確で、設計が直感的であること

メカニカルシールは、ポンプ起動・停止時に損傷を受けることが多く、時には不適切なシールサポートシステム運転が原因です。シールサポートシステム設計が適切な運転を促進すれば、ポンプコミッショニング時の一般的なミスを防止できます。

API 682第4版では、プラン32が複数の計器とコンポーネントで配管またはチューブに設置されている様子が示されています。機能的には正しいですが、この設計ではオペレーターにシステム運転、重要情報、その重要性についての情報がほとんど与えられません。システムがポンプのシール隣の低い位置にある場合、オペレーターはポンプまで戻り、しゃがんで計器情報を読む必要があります。オペレーターに小さな障壁を作ることは、トラブル信号を見逃すリスクを高め、信頼性を低下させます。直感的な解決策は、これらのコンポーネントをパネルに配置することです。

パイピングプラン（プラン32など）をパネルに配置すると、2つの重要な設計原則に対応できます：適切な識別と運転。これにより以下のメリットが得られます：

• 第一に、プラン32が明確なシステムに見えるようになります。パイプやチューブラン上にコンポーネントがあるだけでなく、パネル上に配置されることで流路が識別可能になり、すべての計器が目線の高さで利用可能になります。
• さらに、API 682もこれらの設計考慮を支持しています。「すべての制御装置と計器は、オペレーターが容易に視認でき、テスト、調整、メンテナンスにアクセスしやすい位置と配置にするものとする」（9.1.5）³ 。
• 最後に、パネルには部品番号情報、流路表示、オペレーター指示を含められます。これらの改善は、ポンプとシールサポートシステムの安全で信頼性の高い起動・停止を確実にするのに役立ちます。

2. システムをメンテナンス容易性で設計すること

シールサポートシステムの正しい運転は最優先ですが、メンテナンスしやすいシステム設計への配慮も必要です。シールサポートシステムには、フローメーター、ストレーナー、その他の視認計器など、一般的に整備が必要なアイテムが含まれます。これらのシステムの予防メンテナンス（PM）は、オペレーターにとってシンプルかつ安全でなければなりません。ストレーナーが便利な位置に配置され、ブローダウンが容易でなければ、推奨間隔で適切な PMが実施されることは unlikely です。

API 682第4版は、すべてのゲージにブロック・ブリード構成を推奨しています。システムがこの機能で設計されていない場合、ゲージ故障時に、次のターンアラウンドやプロジェクトでポンプとサポートシステムを停止してゲージ交換できるまで、オペレーターは重要な情報なしで放置されます。

最後に、シールサポートシステム上のすべての整備対象コンポーネントを、システム運転継続しながら容易に取り外し・交換できる、多様なチューブ接続と設計オプションがあります。シールポットについては、第4版で「現地操作、ベント、充填、ドレンは地上から行えるものとする. 別途指定ない限り、梯子やステップの使用、ベースプレートや配管への登攀を必要とするシステムは許容されない」（8.1.8）⁴ と定められています。多くのプラントには頂部にパイププラグのみの古いシールポットがあります。オペレーターが梯子を登って補充することは、プロセス蒸気への曝露リスクがあり、一般的に危険な作業です。下図のような充填システムを備えたプラン52やプラン53の設計は、安全なメンテナンスを促進するシンプルな設計配慮とベストプラクティスです。

より良いシールサポートシステムの構築

メカニカルシールサポートシステムのこれらの基本的ベストプラクティス設計原則の実装は、信頼性向上とコスト削減をもたらします。システムでより良い結果を実現する方法をまとめます：

• 溶接配管の代わりにチューブ使用を検討し、設置・メンテナンスコストを削減。潜在的漏洩ポイント削減により信頼性も向上。
• ポンプをオフラインにして軽微な計器問題を修正したりシールポットを補充したりすることは許容すべきではない。これらのシステムをパネルに配置し、適切なラベリングとメンテナンス容易性設計を行うことで、シールを損傷させるオペレーターエラーの可能性を低減。

シール故障と関連するシール交換コストは、すべてのプラントの回転機器グループにとって重大な懸念事項でなければなりません。API 682第4版のベストプラクティスと設計原則の遵守は、これらのコスト防止と、より安全で信頼性の高い運転の実現に役立ちます。

 

スウェージロックは、200以上の認定販売・サービスセンターのネットワークを通じて、シールサポートシステムの設計と組立を提供しています。コスト削減、時間短縮、回転機器の安全性向上を実現する、設定可能でローカルかつ信頼性の高いシステムを、より良い設計で提供します。メカニカルシールサポートシステムの設計・設置に関する追加アドバイスや、お客様のアプリケーションに適したAPIシールプランキットやアセンブリを見つけるには、最寄りのスウェージロックチームへお問い合わせください。

¹ API Standard 682, First Edition, 1994 "Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps," American Petroleum Institute, Washington, D.C.

² Bloch, Heinz P., Consider Stainless Steel Tubing for Mechanical Seal Connections, Hydrocarbon Processing, March, 2018.

³ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 "Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps," American Petroleum Institute, Washington, D.C.

⁴ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 "Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps," American Petroleum Institute, Washington, D.C.