低温流体輸送に革命をもたらすポンプはどれですか?極低温遠心ポンプのご紹介

LNG 処理、半導体製造、医学研究などの業界で働いている場合は、液体窒素、液体酸素、液化天然ガスなどの低温流体を移動することがいかに難しいかをご存知でしょう。これらの液体は非常に低温に保つ必要があり、通常のポンプでは故障したり効率が低下したりせずに極端な温度に対処することはできません。しかし最近、新しいポンプがこれらの分野で注目を集めています。極低温遠心ポンプ。これは、長年にわたって低温流体輸送を悩ませてきた大きな問題を解決するはずです。しかし、このポンプは私たちが以前に使用していたものと何が違うのでしょうか?詳しく見てみましょう。

まず、極低温流体に関して通常のポンプが故障する理由について話しましょう。ほとんどのポンプは、温度が -100°C を下回ると脆くなる材料で作られており、寒さによって部品が縮んだり歪んだりするため、シールが漏れることがよくあります。これは、頻繁な故障、液体の無駄、さらには安全上のリスクを意味します。一部の低温液体は漏れ出すと危険になる可能性があるためです。極低温遠心ポンプの開発チームは 3 年間をかけてこれらの問題を研究し、何が必要なのかを正確に把握するために世界中から集まった 300 人を超えるエンジニアや工場管理者と話し合いました。

彼らが最初に修正したのは材料でした。の極低温遠心ポンプインペラーにはチタン合金、ポンプ本体にはニッケルを添加したステンレス鋼という特殊な合金ブレンドを使用しています。これらの材料は、-269°C (絶対零度に近い!) という低い温度でも脆くなりません。このポンプを半年使用しているLNGプラントの保守技術者に話を聞いたところ、「以前は冷害のため2か月ごとにポンプの部品を交換していました。これは？ まだ何も壊れていません。寒さにも気づいていないみたいです。」とのこと。

次に、シール システムがあります。これは、おそらく通常の極低温ポンプの最大の問題点です。極低温遠心ポンプは、冷却ループを内蔵したダブルメカニカルシールを使用しています。寒くなったときにシールが乾燥したり漏れたりするのではなく、冷却ループがシールを一定の温度に保ち、しっかりと密閉された状態を保ちます。私が訪問した半導体工場では、液体窒素の漏洩により毎月約 5% が失われていました。このポンプに切り替えて以来、その損失は 0.5% 未満に減少しました。これは大きな節約になります。液体窒素は決して安くはなく、無駄にするとすぐにお金がかさみます。

効率性も大きな利点です。通常の遠心ポンプは、冷たい流体を移動させるときに多くの電力を失います。通常、効率は約 60% にすぎません。しかし、極低温遠心ポンプのインペラ (流体を移動させるために回転する部分) は再設計されており、濃厚で冷たい流体で動作するように形作られています。テストでは、効率が 85% であることが示されています。これは、同じ量の液体を移動させるのに使用するエネルギーが少ないことを意味します。冷凍庫に液体酸素を使用している医療研究所では、切り替え以来、ポンプのエネルギー代が 30% 下がったと聞きました。 「私たちは単にお金を節約しているだけではありません」と研究室のマネージャーは言いました。 「電気の使用量も減り、環境にも良いことになります。双方に利益をもたらします。」

耐久性もまた特筆すべき点です。チームは、極低温遠心ポンプにいくつかの厳しいテストを実施しました。実際の使用状況をシミュレートするために、-196°C (液体窒素の温度) で 10,000 時間のノンストップ使用に加え、500 回の加熱と冷却 (低温から室温への往復) サイクルを繰り返しました。それにもかかわらず、ポンプはまだ新品のように機能しました。通常の極低温ポンプのほとんどは、このような条件下では約 2,000 時間しか持続しません。このポンプを使用している化学工場のマネージャーは、「以前はポンプを交換するために、3か月ごとに1日工場を停止しなければならなかった」と語った。 「今ですか? 1 年間、ポンプの問題で操業を停止していません。その分、生産時間が長くなり、私たちにとってはより多くのお金がかかります。」

現在、極低温遠心ポンプはいくつかの有名施設で使用されています。アジアの LNG 基地では、液化天然ガスを貯蔵タンクから船舶に移送するためにこれを使用しています。より多くの液体をより速く移動できるため、移送時間が 20% 短縮されたと彼らは述べています。宇宙研究センターは、ロケット燃料試験のために液体水素（液体窒素よりもさらに冷たい）を移動させるためにこのポンプを使用しており、ポンプの精度が実験からより正確なデータを得るのに役立っていると述べています。 「ロケット燃料に失敗は許されない」と現地の研究者は語った。 「このポンプは信頼性が高く、いつでも必要なことを正確に実行してくれることがわかっています。」

極低温遠心ポンプを支えるチームもまだ完成していません。彼らは、液体窒素でサンプルを保管するバイオテクノロジー研究室など、少量の極低温流体を移動する必要がある研究室向けに、より小型のバージョンを開発中であると語った。また、スマート モニターも追加しています。これは、ポンプの温度、圧力、速度を追跡し、何か問題がある場合に携帯電話やコンピューターにアラートを送信するセンサーです。 「人々がさらに使いやすくしたいと考えています」とリードエンジニアは語った。 「ポンプを 1 時間ごとにチェックしたい人はいません。モニターを使えば、デスクからポンプの状態を確認できます。」

結局のところ、極低温遠心ポンプは、低温の流体を扱う人々の現実の日常の問題を解決するため、状況を一変させています。寒さにも十分強く、漏れがなく、エネルギー消費が少なく、他のどのポンプよりも長持ちします。より多くの工場、研究室、工場がこれを試すにつれて、これが極低温流体移送の標準になると思います。これは単にポンプが優れているだけではなく、作業をより簡単、安全、そして手頃な価格にします。そして、あらゆる小さなミスが時間とコストを浪費する可能性がある業界では、これは大きな問題です。