メカニカルシールの漏れ基準と判定：API 682およびGB/T規格の解釈

メカニカルシールの漏れはシール性能の最も直感的な指標であり、装置の受入れや運転監視における重要なパラメータです。しかし、「メカニカルシールにおけるどの程度の漏れが漏れとみなされるか」は技術的な質問として最も多く寄せられています。霍邱県华豪密封件有限公司（Huahao Sealing）の技術サービスチームにとっても頻繁に相談されるテーマであり、本記事ではAPI 682およびGB/T 14295規格における漏れ限度規定を体系的に解説し、条件別の判定基準を分析、漏れ原因の診断および対応策を提示します。

1. API 682規格の漏れ規定

1.1 単一メカニカルシール

API 682規格（第4版）は単一メカニカルシールについて、規定された試験条件下で目視可能なシール漏れが20滴/分（約1 mL/分）を超えてはならないと定めています。この限度は一般的な非危険媒体条件に適用され、エンジニアリング受入れの最低要件です。実際の運転では、高品質なカーボングラファイトシールリングのメカニカルシールは通常5滴/分以下の漏れとなります。

1.2 二重メカニカルシール

二重メカニカルシールについては、API 682は一次シールから媒体側へのバリア液漏れが5 mL/時を超えないこと、二次シールから大気側へのバリア液漏れも5 mL/時を超えないことを規定しています。Plan 53Aバリア液を用いた二重シールは、通常運転時に媒体側で目視可能な漏れがあってはなりません。

1.3 特殊条件の限度

揮発性、有毒、可燃性などの危険媒体の場合、API 682はゼロエミッション設計を推奨しており、通常運転中に媒体漏れが検出されないことを意味します。この場合、一次シールが故障しても媒体漏れが発生しないように加圧バリア液を用いた二重シールを使用すべきです。

2. GB/T 14295規格の漏れ規定

2.1 漏れ等級の分類

GB/T 14295「メカニカルシール技術条件」はメカニカルシールの漏れを以下の3等級に分類しています：

• プレミアム：≤5滴/分（約0.25 mL/分）
• 一級：≤10滴/分（約0.5 mL/分）
• 合格：≤20滴/分（約1 mL/分）

2.2 等級の適用範囲

プレミアム等級は精密機器や重要条件に適用され、一級は一般産業用ポンプに適用されます。合格は最低受入れ基準です。霍邱県华豪密封件有限公司のカーボングラファイトシールリングメカニカルシールは通常、プレミアム等級の基準を満たします。

2.3 試験条件

GB/T 14295は試験条件を、周囲温度の清水、圧力1.0 MPa、回転数3000 rpm、運転時間100時間と規定しています。漏れはこれらの条件下で測定され、等級判定の基準となります。

3. 漏れに影響を与える要因の分析

3.1 端面品質

カーボングラファイトシールリングの端面平坦度は漏れ制御の重要な指標です。API 682では端面平坦度が0.0006 mm（約3干渉縞）を超えないことが求められています。測定データによると、端面平坦度が0.0006 mmから0.001 mmに増加すると、漏れは5滴/分から15～20滴/分に増加することがあります。端面の表面粗さはRa 0.1～0.2 μmに制御すべきです。

3.2 端面の面圧

メカニカルシールの端面の面圧は通常0.3～0.6 MPaです。面圧が低すぎると端面の接触が不十分となり漏れが増加し、面圧が高すぎると端面の摩耗が激しくなりシール寿命が短くなります。カーボングラファイトシールリングの場合、材料が柔らかいため、面圧は0.3～0.5 MPaの低中範囲が推奨されます。

3.3 媒体の特性

媒体の粘度は漏れに大きく影響します。粘度が高いほど漏れは少なくなります。水の漏れは油圧油の約10倍です。媒体温度の上昇は粘度を下げ、漏れを増加させます。媒体中の固体粒子は端面を傷つけ、漏れが劇的に増加します。

3.4 取付品質

不適切な取付は漏れの一般的な原因です。シール室と軸の直角度誤差は0.05 mm以下、シールリングと軸の同軸度誤差は0.1 mm以下にすべきです。スプリングの圧縮は設計要求に厳密に従う必要があり、過剰な圧縮は端面の過熱を引き起こし、不十分な圧縮は漏れを発生させます。

4. 漏れの判定と診断

4.1 正常漏れと異常漏れ

メカニカルシールは正常運転中に微少な漏れがあり、これは端面の液膜蒸発の正常現象です。水媒体の場合、正常運転時の漏れは通常1～5滴/分です。漏れが20滴/分を超えるか連続した流れになる場合は異常漏れと判断し、点検のために停止すべきです。

4.2 漏れ原因の診断プロセス

1.漏れ箇所の確認：シール端面、Oリング、シール室

2.媒体状態の確認：温度、圧力、固形物含有量

3.シール状態の確認：端面摩耗、平坦度、スプリング圧縮

4.取付品質の確認：直角度、同軸度、締付トルク

4.3 一般的な漏れ原因と対策

• 端面摩耗：カーボングラファイトシールリングの摩耗量を確認し、元の厚さの30％を超えたら交換
• 端面変形：端面平坦度を確認し、公差外の場合は再研磨または交換
• Oリングの劣化：Oリングの硬化、変形、腐食を確認し、必要に応じて交換
• スプリング故障：スプリングの自由長と力を確認し、故障があれば交換
• 媒体の結晶化：端面に媒体の結晶が付着していないか確認し、洗浄液や冷却液を添加

5. 危険媒体条件における特別な要件

5.1 有毒媒体

ベンゼンや硫化水素などの有毒媒体を扱うメカニカルシールは、漏れの許容限度が1分間に2滴であり、Plan 53Aのバリア流体方式を用いた二重シールを採用しなければなりません。バリア流体の圧力はシール室圧力より0.15～0.25 MPa高く設定する必要があります。

5.2 可燃性および爆発性媒体

ガソリンやエチレンなどの可燃性および爆発性媒体を扱うメカニカルシールは、通常運転時に漏れが検出されないゼロエミッション設計を採用すべきです。Plan 53BまたはPlan 54の加圧バリア流体方式が推奨されます。

5.3 高温媒体

150℃を超える高温媒体用メカニカルシールは、媒体が端面で蒸発しやすいため、漏れ基準が適切に緩和されています。Plan 23の冷却フラッシュ方式が推奨され、端面温度を媒体の蒸発温度以下に制御します。

6. 漏れ監視方法

6.1 目視監視

シール部からの液滴を定期的に確認し、1分間あたりの滴数を記録します。これは最も簡便かつ実用的な監視方法であり、一般的な条件に適しています。

6.2 液体収集測定

シールの下に収集カップを設置し、定期的に漏れた液体の量を測定します。正確な漏れ量の記録が必要な重要設備に適しています。

6.3 オンライン監視

VOC検出器や流量計を用いてオンラインで漏れを監視し、リアルタイムの警報や傾向分析を可能にします。危険媒体や重要設備に適しています。

結論

メカニカルシールの漏れはシール性能の直接的な指標であり、技術者は関連する規格の限度値や判定方法を熟知している必要があります。カーボングラファイトシールリングを用いたメカニカルシールでは、適切な端面品質、設置品質、運転保守が漏れ管理の鍵となります。Huahao Sealing Co., Ltd.は、API 682およびGB/T 14295規格に適合したカーボングラファイトシールリングの提供に加え、漏れ診断および解決策のコンサルティングサービスを行っております。技術サポートが必要な場合は、当社のエンジニアリングチームまでお問い合わせください。