JP2018135962A

JP2018135962A - シール水用配管の止水構造

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Publication number: JP2018135962A
Application number: JP2017031287A
Authority: JP
Inventors: 山内　伸一; Shinichi Yamauchi; 伸一山内
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: JP6848515B2

Abstract

【課題】軸封部にメカニカルシールを用いた機器の運転を停止させなくても、シール水用配管の水漏れを補修可能な、シール水用配管の止水構造を提供する。【解決手段】メカニカルシールにシール水を供給するためのシール水用配管に生じた水漏れ箇所を止水する、シール水用配管の止水構造であって、シール水用配管の前記水漏れ箇所を覆うように配置される第１シートと、第１シートの外側に配置される第２シートと、第２シートの外側に配置される第３シートと、第２シートおよび第３シートを介して第１シートをシール水用配管の水漏れ箇所に押し付けるクランプと、を備える。第１シートは、第２シートよりも高い耐圧性を有し、第２シートは、第１シートよりも高い弾性を有し、第３シートは、第２シートよりも高い剛性を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、シール水用配管の止水構造に関する。

一般に、プラントで使用する機器（ポンプ、オートクレーブの撹拌部等）において、プロセスの気体や液体の漏れを嫌う場合や、機器内の圧力が高い場合は、回転機器の軸封部にメカニカルシールが使用される。また、メカニカルシールには、シール面の潤滑と冷却に寄与し、かつ機器内の気体や液体が外部に漏れないよう、シール媒体として水（以下、「シール水」という。）が使用される（たとえば、特許文献１）。

シール水を使用するメカニカルシールには様々なタイプのものがある。一例を挙げると、（１）メカニカルシールの入口から出口へとシール水を排出するタイプ、（２）メカニカルシールの入口から入って出口に出たシール水を再び入口に戻して循環させる再利用タイプ、（３）メカニカルシールの入口側に一定の圧力を加えて軸封部にシール水を保持するタイプなど、多種多様のものがある。

いずれのタイプのメカニカルシールでも、機器内の気体や液体の漏れを防ぐために、シール水の圧力を機器内の運転圧力よりも高く保持する必要がある。また、機器の運転中は、シール水の圧力を常に規定レベルに保持する必要がある。シール水の圧力が規定レベルから外れると、シール面の潤滑性の低下や冷却効果の低下などによりメカニカルシールが損傷する可能性がある。その結果、機器内の気体や液体が外部に漏れ出して機器を運転できなくなるおそれがある。また、機器内の液体や気体が外部に漏れると、周辺の環境にも影響を与えるおそれがある。

したがって、何らかの原因でシール水の圧力を規定レベルに保持することが困難になった場合は、機器の運転を一旦停止し、メカニカルシールの交換などの補修を行う必要がある。また、メカニカルシールにシール水を供給するために用いる配管（以下、「シール水用配管」という。）に何らかの原因で水漏れが発生した場合も、シール水の圧力を規定レベルに保持することが困難になるため、上記同様に機器の運転を一旦停止し、シール水用配管の交換などの補修を行う必要がある。

発電プラントや化学プラント等の配管から内部を流れる流体が漏洩した場合の補修方法としては、内部流体を抜き取り漏洩箇所を乾燥させた後に充填材や接着剤で補修するものがある（たとえば、特許文献２）。

特開２０１５−１２９４４４号公報特開２００６−３２９２４９号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の技術では、配管内の流体を抜き取ってから補修するため、設備の運転を停止する必要がある。これに対し、連続運転のプラントでは、そこで使用している機器の運転を停止すると、設備の稼働率や生産性が低下してしまう。

そこで本発明においては、軸封部にメカニカルシールを用いた機器の運転を停止させなくても、シール水用配管の水漏れを補修することができる技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、
メカニカルシールにシール水を供給するためのシール水用配管に生じた水漏れ箇所を止水する、シール水用配管の止水構造であって、
前記シール水用配管の前記水漏れ箇所を覆うように配置される第１シートと、
前記第１シートの外側に配置される第２シートと、
前記第２シートの外側に配置される第３シートと、
前記第２シートおよび前記第３シートを介して前記第１シートを前記シール水用配管の前記水漏れ箇所に押し付けるクランプと、を備え、
前記第１シートは、前記第２シートよりも高い耐圧性を有し、
前記第２シートは、前記第１シートよりも高い弾性を有し、
前記第３シートは、前記第２シートよりも高い剛性を有する
シール水用配管の止水構造である。

本発明によれば、軸封部にメカニカルシールを用いた機器の運転を停止させなくても、シール水用配管の水漏れを補修することができる。

本発明の実施形態に係るシール水用配管の止水構造の構成例を示す要部断面概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施形態においては、次の順序で説明を行う。
１．発明者の知見
２．シール水用配管の止水構造
３．シール水用配管の止水方法
４．実施形態の効果
５．変形例等

＜１．発明者の知見＞
メカニカルシールにシール水を供給するためのシール水用配管には、メカニカルシールの入口に接続される配管や出口に接続される配管などがある。各々の配管は、配管サポートと呼ばれる金具で支持される。メカニカルシールを使用するポンプなどの機器は稼働中に振動するため、その影響で配管サポートと配管が擦れる。その結果、配管の一部が擦れて薄くなり、ピンホールが発生することがある。配管にピンホールが発生すると、そこからシール水が漏れ出すため、シール水用配管を流れるシール水の圧力が下がる。その結果、シール水の圧力を規定レベルに保持することが困難になる。その際、機器の稼働を一旦停止してから配管の交換や補修を行うと、設備の稼働率や生産性が低下してしまう。

そこで本発明者は、メカニカルシールのシール水用配管にピンホールなどの孔があき、そこから水漏れが発生した場合、機器の運転を停止しなくても水漏れを補修しようと、次のような止水処理を施した。まず、シール水用配管にゴムシートを押し当てピンホールを塞ぎ、次いで、シール水用配管とゴムシートをクランプで挟み込んだ。そうしたところ、シール水用配管からシール水が漏れ出さなくなった。

ところが、上記の止水処理を施してから数１０分ほど経過した段階で、シール水用配管から徐々にシール水が漏れ出すようになった。そこで本発明者は、水漏れが再発した原因を調べてみた。その結果、ゴムシートに孔があいて水漏れが生じていることが判明した。また、使用するゴムシートの厚さを厚くした場合、あるいは複数枚のゴムシートを重ねて使用した場合は、補修してから水漏れが再発するまでの期間が延びるものの、いずれの場合も最終的にはゴムシートに孔があいてしまうことが判明した。

このような知見に基づき、本発明者は、軸封部にメカニカルシールを用いた機器の運転を停止させなくても、シール水用配管の水漏れを補修することができるとともに、補修後の水漏れの再発を有効に抑制することができる止水構造について鋭意検討し、本発明を完成するに至った。

＜２．シール水用配管の止水構造＞
図１は本発明の実施形態に係るシール水用配管の止水構造の構成例を示す要部断面概略図である。

図示した止水構造は、シール水用配管１に生じたピンホールなどの水漏れ箇所２を止水するための構造であって、第１シート１１と、第２シート１２と、第３シート１３と、クランプ１４と、を備える。

（シール水用配管）
シール水用配管１は、断面円形の配管である。メカニカルシールに供給されるシール水は、このシール水用配管１の内部を流れる。シール水用配管１内を流れるシール水の圧力は、メカニカルシールを使用した機器のガス漏れや液漏れを防止するために、機器内の圧力よりも高い圧力に保持される。具体的には、シール水の圧力は、一般的な水道の水圧にくらべてその数倍から十数倍と非常に高い圧力レベルに保持される。このため、シール水用配管１の材質には金属が用いられている。

本実施形態に係る止水構造は、好ましくは、呼び径が３／８インチ以上１インチ以下のシール水用配管１の止水に適用される。また、本実施形態に係る止水構造は、シール水用配管１のように配管の内圧（シール水の圧力）が非常に高い場合、好ましくは、１０００ＫＰａＧ以上７０００ＫＰａＧ以下の場合に適用される。

（第１シート）
第１シート１１は、シール水用配管１の水漏れ箇所２を覆うように配置される。第１シート１１は、シール水用配管１の外周面に直接、接触するように取り付けられる。また、第１シート１１は、シール水用配管１の外周面に沿うように湾曲状（Ｃ字形）に曲げられる。

第１シート１１は、第２シート１２よりも高い耐圧性を有するシートで構成される。第１シート１１は、好ましくは、フッ素樹脂シートで構成される。フッ素樹脂シートは、耐圧性の他にも、引っ張り強さ、伸び、衝撃強さに優れる。このため、フッ素樹脂シートで第１シート１１を構成すれば、水漏れ箇所２においてシール水用配管１内を流れる高圧のシール水に押されても、シートに孔があきにくくなる。また、フッ素樹脂シートは、シール水用配管１の外周面に沿って湾曲状に折り曲げることが可能である。ちなみに、フッ素樹脂シート以外の樹脂シート（たとえば、ノンアスベストタイプのガスケットシートなど）で第１シート１１を構成した場合は、シール水用配管１の外周面に沿ってシートを折り曲げる際にシートにクラックが入るおそれがある。また、シートにクラックが入らなくても、高圧のシール水に押されてシートに孔があくおそれがある。

フッ素樹脂シートの厚み寸法は、次に述べる理由により、２ｍｍ以上、４ｍｍ以下が好ましい。フッ素樹脂シートの厚み寸法が２ｍｍ未満の場合は、高圧のシール水に押されてシートに孔があくおそれがある。また、フッ素樹脂シートの厚み寸法が４ｍｍを超える場合は、シール水用配管１の外周面に沿ってシートを折り曲げる際にシートにクラックが入るおそれがある。

フッ素樹脂シートとしては、たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体）等のシートを使用することができる。

（第２シート）
第２シート１２は、第１シート１１の外側に配置される。本実施形態においては、シール水用配管１の直径方向において、シール水用配管１の中心に近い側を内側、シール水用配管１の中心から遠い側を外側とする。第２シート１２は、第１シート１１に密着するように取り付けられる。また、第２シート１２は、上記第１シート１１と同様に湾曲状に曲げられる。

第２シート１２は、第１シート１１よりも高い弾性を有するシートで構成される。ここで記述する「弾性」は「弾力性」と同義である。第２シート１２は、好ましくは、ゴムシートで構成される。ゴムシートは、フッ素樹脂シートからなる第１シート１１に比べて柔軟性に優れる。このため、第１シート１１と第３シート１３との間に第２シート１２を挟んでクランプ１４により加圧した場合に、第１シート１１と第３シート１３との間で両者の密着性を高める密着シートとして第２シート１２を機能させることができる。また、第２シート１２の介在により、クランプ１４の締め付け力を第１シート１１に効率良く伝達させることができる。なお、上記の「密着」とは、第１シート１１と第３シート１３との間に隙間が生じない態様をいう。

ゴムシートの厚み寸法は、次に述べる理由により、２ｍｍ以上、４ｍｍ以下が好ましい。ゴムシートの厚み寸法が２ｍｍ未満の場合は、第１シート１１と第３シート１３の密着度合にバラツキが生じてクランプ１４の締め付け力が第１シート１１に確実に伝達されないおそれがある。また、ゴムシートの厚み寸法が４ｍｍを超える場合は、クランプ１４の締め付け力がゴムシートに吸収されて第１シート１１に効率良く伝達されないおそれがある。

ゴムシートとしては、たとえば、ブチルゴム、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレン／ネオプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム（Ｓｉ／ＳＲ／ＶＭＱ／Ｑ）、フッ素ゴム／バイトン（ＦＫＭ／ＦＰＭ）、アフラス／フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰ／ＥＰＴ／ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム／ハイパロン（ＣＳＭ）、ウレタンゴム（ＰＵＲ／Ｕ）等のシートを使用することができる。

（第３シート）
第３シート１３は、第２シート１２の外側に配置される。第３シート１３は、第２シート１２に密着するように取り付けられる。また、第３シート１３は、上記第１シート１１および第２シート１２と同様に湾曲状に曲げられる。

第３シート１３は、第２シート１２よりも高い剛性を有するシートで構成される。第３シート１３は、好ましくは、金属シート（たとえば、ステンレス、カーボンスチール、チタンなど）で構成される。金属シートは、ゴムシート等にくらべて変形しづらい。このため、第１シート１１と第３シート１３との間に第２シート１２を挟んでクランプ１４により加圧した場合に、クランプ１４の締め付け力をほとんど減衰させることなく第２シート１２に伝えることができる。また、第２シート１２と第３シート１３は互いに面で接触するため、クランプ１４の締め付け力を面圧（単位面積あたりの接触圧）として第３シート１３から第２シート１２に伝えることができる。

（クランプ）
クランプ１４は、第２シート１２および第３シート１３を介して第１シート１１をシール水用配管１の水漏れ箇所２に押し付けるものである。クランプ１４は、両端に雄ネジ１５ａが形成されたＵ字形のボルト１５と、ボルト１５の雄ネジ１５ａの部分を挿通可能な貫通孔１６ａを有する座金１６と、ボルト１５の雄ネジ１５ａに螺合可能なナット１７と、を有する。ここで記述する「挿通」とは挿し通すことをいい、「螺合」とはネジ同士を回転によってかみ合わせることをいう。

ボルト１５は、シール水用配管１とボルト１５との間に、第１シート１１と第２シート１２と第３シート１３を挟むように配置される。ボルト１５の両端の雄ネジ１５ａは、それぞれに対応する座金１６の貫通孔１６ａに挿通される。座金１６は、平らな金属製の板で構成されている。座金１６は、シール水用配管１の外周方向において、第１シート１１や水漏れ箇所２とは反対側に配置される。ナット１７は、六角ナット等で構成される。ナット１７は、座金１６の貫通孔１６ａを挿通される雄ネジ１５ａに螺合される。

＜３．シール水用配管の止水方法＞
次に、本発明の実施形態に係るシール水用配管の止水方法について説明する。
まず、シール水用配管１にピンホールなどが発生し、そこからシール水が漏れている場合は、水漏れ箇所２を塞ぐように第１シート１１を取り付け、さらにその上から第２シート１２を重ねて取り付ける。その際、水漏れ箇所２からシール水が勢いよく噴出している場合は、水漏れ箇所２から少しずらした位置で第１シート１１をシール水用配管１の外周面に接触（密着）させ、その状態で第１シート１１をシール水用配管１の長さ方向にずらして水漏れ箇所２を塞ぐとよい。

次に、第２シート１２の外側に第３シート１３を重ねて取り付けた後、それら３つのシート（１１，１２，１３）をシール水用配管１と共にクランプ１４によって挟み込む。その際、ボルト１５のＵ字形の曲がった部分を第３シート１３の外側に接触させる。また、ボルト１５の両端に形成された雄ネジ１５ａをそれぞれに対応する座金１６の貫通孔１６ａに挿通する。そして、座金１６から突出する雄ネジ１５ａにナット１７を螺合させて締め付ける。

これにより、シール水用配管１と３つのシート（１１，１２，１３）がクランプ１４によって挟み込まれる。また、ナット１７の締め付け力が、ボルト１５のＵ字形の部分に接触する第３シート１３とその内側の第２シート１２を介して１１１に伝達される。その結果、第１シート１１がシール水用配管１の水漏れ箇所２に押し付けられる。これにより、シール水の漏れを止めることができる。

＜４．実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、シール水用配管１の水漏れ箇所２を覆うように第１シート１１を配置し、その外側から、クランプ１４の力により、第２シート１２および第３シート１３を介して第１シート１１をシール水用配管１の水漏れ箇所２に押し付けて止水する構成を採用している。これにより、軸封部にメカニカルシールを用いた機器の運転を停止させなくても、シール水用配管１の水漏れを補修することができる。また、第２シート１２よりも耐圧性の高い第１シート１１で水漏れ箇所２を直接塞ぐようにしているため、弾性の高い第２シート１２で水漏れ箇所２を直接塞ぐ場合に比べて、シートに孔があきにくくなる。また、第１シート１１と第３シート１３との間に弾性の高い第２シート１２を配置する一方、第２シート１２の外側にこれよりも剛性の高い第３シート１３を配置しているため、クランプ１４の力を効率良く第１シート１１に伝えることができる。これにより、補修後の水漏れの再発を有効に抑制することができる。

＜実施例および比較例＞
（実施例）
シール水用配管に生じたピンホールをフッ素樹脂シートで覆うとともに、フッ素樹脂シートの外側にゴムシートと金属シートを順に配置した。そして、それら３つのシートをシール水用配管と共にクランプで締め付けた。シール水用配管の径（呼び径）は１／２インチ、シール水の圧力は７０００ＫＰａＧ、フッ素樹脂シートの厚み寸法は３ｍｍ、ゴムシートの厚み寸法は３ｍｍ、金属シートの厚み寸法を４ｍｍとした。クランプには、Ｕ字形のボルトと、座金と、２つのナットとを使用し、ナットの締め付けによってフッ素樹脂シートをシール水用配管に押し付けた。その結果、シール水用配管の水漏れは止まり、補修から２ヶ月が経過した段階でも水漏れは再発しなかった。

（比較例）
シール水用配管に生じたピンホールをゴムシートで覆うとともに、ゴムシートの外側に金属シートを配置した。そして、それら２つのシートをシール水用配管と共にクランプで締め付けた。シール水用配管の径（呼び径）は１／２インチ、シール水の圧力は７０００ＫＰａＧ、ゴムシートの厚み寸法は３ｍｍ、金属シートの厚み寸法を４ｍｍとした。クランプには、Ｕ字形のボルトと、座金と、２つのナットとを使用し、ナットの締め付けによってゴムシートをシール水用配管に押し付けた。その結果、シール水用配管の水漏れは一時的に止まったものの、補修から２０分ほど経過した時点でゴムシートに孔があいて水漏れが再発した。

＜５．変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施形態においては、シール水用配管１に生じたピンホールによる水漏れを補修する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、たとえばシール水用配管１に生じたクラックなど、他の要因で発生する水漏れを補修する場合にも適用可能である。

また、上記実施形態においては、ボルト１５と座金１６と２つのナット１７を用いて、クランプ１４を構成したが、たとえば緩み止めを目的として、座金１６とナット１７との間に平座金またはバネ座金などを取り付けた構成を採用してもよいし、ナット１７を２つ重ねて使用するダブルナット構造を採用してもよい。また、ナット１７の締め付けによる座金１６の変形を抑制するために、板状の座金１６を複数枚重ねて使用してもよい。また、クランプ１４は、上述のように第１シート１１をシール水用配管１に押し付けることが可能であれば、どのような構成を採用してもかまわない。

１…シール水用配管
２…水漏れ箇所
１１…第１シート
１２…第２シート
１３…第３シート
１４…クランプ
１５…ボルト
１６…座金
１７…ナット

Claims

メカニカルシールにシール水を供給するためのシール水用配管に生じた水漏れ箇所を止水する、シール水用配管の止水構造であって、
前記シール水用配管の前記水漏れ箇所を覆うように配置される第１シートと、
前記第１シートの外側に配置される第２シートと、
前記第２シートの外側に配置される第３シートと、
前記第２シートおよび前記第３シートを介して前記第１シートを前記シール水用配管の前記水漏れ箇所に押し付けるクランプと、を備え、
前記第１シートは、前記第２シートよりも高い耐圧性を有し、
前記第２シートは、前記第１シートよりも高い弾性を有し、
前記第３シートは、前記第２シートよりも高い剛性を有する
シール水用配管の止水構造。
前記第１シートは、フッ素樹脂シートで構成されている
請求項１に記載のシール水用配管の止水構造。
前記第２シートは、ゴムシートで構成されている
請求項１または２に記載のシール水用配管の止水構造。
前記第３シートは、金属シートで構成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール水用配管の止水構造。
前記クランプは、両端に雄ネジが形成されたＵ字形のボルトと、前記雄ネジの部分を挿通可能な貫通孔を有する座金と、前記雄ネジに螺合可能なナットと、を有し、
前記ボルトと前記座金との間に、前記シール水用配管、前記第１シート、前記第２シートおよび前記第３シートを挟んで前記ナットを締め付けてなる
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシール水用配管の止水構造。
前記フッ素樹脂シートの厚み寸法が、２ｍｍ以上４ｍｍ以下である
請求項２に記載のシール水用配管の止水構造。
前記ゴムシートの厚み寸法が、２ｍｍ以上４ｍｍ以下である
請求項３に記載のシール水用配管の止水構造。
前記シール水用配管の呼び径が、３／８インチ以上１インチ以下である
請求項１〜７のいずれか１項に記載のシール水用配管の止水構造。
前記シール水用配管の内圧が、１０００ＫＰａＧ以上７０００ＫＰａＧ以下である
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシール水用配管の止水構造。