化学ポンプ用カーボングラファイトシール選定のポイント

化学ポンプは化学プロセスの「心臓部」であり、そのメカニカルシールの選定は生産の安全性、環境影響、運転コストに直接影響します。化学媒体は一般に強い腐食性、揮発性、有毒性、高温高圧を特徴とし、シール材に厳しい要求を課します。Huahao Sealing Co., Ltd.は長年にわたり化学業界にシールソリューションを提供してきました。本稿では化学ポンプ用カーボングラファイトシールの選定ポイントをまとめます。

1. 媒体特性による選定

1.1 酸性媒体

塩酸、硫酸、リン酸は化学ポンプで最も一般的な腐食性媒体です。希塩酸および希硫酸（30%未満）にはフラン樹脂含浸グラファイトが適しています。濃硫酸（90%以上）には特殊処理または純カーボングラファイトが必要です。濃塩酸や王水にはPTFE含浸グラファイトを使用すべきです。

1.2 アルカリ性媒体

水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの強アルカリ溶液はカーボングラファイト基材にはほとんど影響しませんが、一部の樹脂含浸材を攻撃します。フランまたはアンチモン含浸グラファイトが推奨されます。高温高濃度アルカリ（80℃超、30%以上）には純カーボングラファイトまたはPTFE含浸グラファイトを使用すべきです。

1.3 有機溶剤

ベンゼン、トルエン、アセトン、エタノールはゴムシールを選択的に膨潤させますが、カーボングラファイト基材への影響は最小限です。選定の焦点は二次シール材にあり、フッ素ゴムはベンゼンに耐性がなく、PTFEまたはパーフルオロエラストマー（FFKM）を使用すべきです。カーボングラファイト自体はフェノールまたはエポキシ含浸が可能です。

1.4 固形物を含む媒体

固形粒子を含む媒体はシール面の摩耗を加速します。選定では、硬質の対向材（シリコンカーバイド対シリコンカーバイド）、より耐摩耗性の高いアンチモン含浸グラファイト、洗浄液の工夫、二重メカニカルシール構造を考慮すべきです。

2. 温度と圧力による選定

2.1 温度

温度は含浸タイプ選定の重要な要素です。低温（-50℃未満）では低温脆性に注意が必要で、PTFE含浸が推奨されます。常温（-50℃～200℃）ではすべての樹脂含浸が使用可能です。中高温（200～350℃）ではアンチモンまたはバビット含浸が用いられます。高温（350～450℃）ではアンチモン含浸が適しています。超高温（450℃以上）では純カーボングラファイトまたは特殊セラミックスが必要です。

2.2 圧力

中圧はシール構造に影響を与えます。低圧（0.5MPa未満）ではアンバランス構造が許容されます。中圧（0.5～1.5MPa）ではアンバランスまたはバランス構造が使用されます。中高圧（1.5～3.0MPa）ではバランス構造が必要です。高圧（3.0MPa以上）ではタンデムまたは多面シール構造が求められます。

2.3 高温高圧複合使用

高温と高圧が同時に存在する場合が最も複雑な選定シナリオです。Huahaoは、二次シールの劣化を防ぐためにアンチモン含浸カーボングラファイトの固定リングを用いた金属ベローズメカニカルシールを推奨し、洗浄冷却と組み合わせてシール面温度を制御します。

3. 速度による選定

速度は摩耗率の重要指標であるPV値（圧力×速度）に影響します。

3.1 低速（1500rpm未満）

低速では要求が低く、すべての標準モデルが適用可能です。シール面圧力の管理と放熱に注力します。

3.2 中速（1500～3000rpm）

中速は化学ポンプで最も一般的な範囲であり、標準的なメカニカルシールが使用されます。洗浄流量に注意し、シール面の安定した潤滑膜を確保します。

3.3 高速（3000rpm以上）

高速では要求が大幅に高まります。スプリングが回転しない固定型メカニカルシールを推奨し、スプリングへの遠心力影響を低減します。バランス構造でPV値を制御し、洗浄流量を増加させて放熱を強化します。

4. 安全性要件による選定

4.1 一般媒体

一般媒体には、PLAN 11自己洗浄など適切な洗浄方式を備えた単一メカニカルシールが使用可能です。

4.2 有毒・危険媒体

有毒、可燃または爆発性媒体には、バリア流体システム（PLAN 52、PLAN 53A）を備えた二重メカニカルシールを必ず使用します。バリア流体圧力は媒体圧力より0.1～0.2MPa高く設定し、漏れ方向をバリア側から媒体側へ確保します。

4.3 高清浄度媒体

医薬品、食品、電子機器向けには、FDA、EHEDGなどの認証を満たす必要があります。PTFE含浸カーボングラファイトが推奨され、含浸剤の媒体への溶出を防ぎます。

5. Huahaoの選定事例

ある化学プラントの塩酸移送ポンプ（媒体：30% HCl、温度60℃、圧力0.6MPa、速度2950rpm）では、当初フェノール含浸カーボングラファイトシールを使用していましたが、3か月で漏れが発生しました。分析の結果、Huahaoの技術チームはフラン含浸カーボングラファイトとシリコンカーバイドの組み合わせに変更し、PLAN 11自己洗浄を追加しました。改良後はシール寿命が18か月以上に延び、年間保守コストが60%削減されました。

6. 結論

化学ポンプ用カーボングラファイトシールの選定は、媒体、温度・圧力、速度、安全性要件を総合的に考慮する体系的な工学的課題です。Huahao Sealing Co., Ltd.は、化学用シール製品の一貫したラインナップと技術サービス体制を提供しています。化学企業の皆様からのご相談・ご協力を歓迎いたします。