JPH0688764A - ポンプ漏洩検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性が高く、かつ長期間にわたり過酷な環
境に耐えて使用できる、廉価な遠隔監視型のポンプ漏洩
検知装置を提供する。 【構成】 本ポンプ漏洩検知装置（１０）は、常温以上
の流体を吐出してポンプ（１２）を軸封しているメカニ
カルシール（１６）からの流体の漏洩を遠隔から検知す
る装置である。装置は、温度センサー（１４）と、温度
センサーから離隔した所望の場所に設けられ、かつ温度
センサーと接続され、温度センサーの出力が設定値以上
である場合に警報を発するようにされた警報装置（１
８）とを備えている。メカニカルシールからの流体漏洩
時、温度センサーの測温部（１５）が漏洩した流体に接
触するように、温度センサーは、メカニカルシールのポ
ンプシャフト貫通部（１７）に近接した位置に装着され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンピング流体の漏洩
を検知するポンプ漏洩検知装置に関し、更に詳細には常
温以上の流体を吐出しているポンプを軸封しているメカ
ニカルシールからのポンピング流体の漏洩の有無をポン
プから遠く離れた所望の場所、例えば中央制御室等で容
易に確認することのできる遠隔型ポンプ漏洩検知装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】遠心ポンプ（別名うず巻きポンプ）は、
電気モータ等の回転駆動装置に連結されたポンプシャフ
トを介してポンプケーシング内でインペラーを高速で回
転させることにより、多量の流体を高い吐出圧で一つの
機器から他の機器に移送している。高い回転数で回転し
ているポンプシャフトをポンプケーシングとの間で軸封
するため、複雑な軸封機構を備えたメカニカルシール
が、一般に使用されている。軸封すべきポンプの型式、
軸封条件等に応じて種々の型式のメカニカルシールが使
用されているが、原理的には図３（ａ）に示すように、
シャフトＡと共に一体的に回転する回転環Ｂの端面とポ
ンプケーシングに取り付けられた軸封箱Ｃに固定された
固定環Ｄの端面との間で摺動密封することにより、ポン
プシャフトの軸封を行っている。回転環Ｂと固定環Ｄと
の摺動面Ｅは、一般には、図３（ａ）に示すように、軸
封箱Ｃの内部にあって外部から遮蔽されている。尚、Ｆ
は、固定環Ｄを軸封箱Ｃに取り付ける際、その間を密封
するために使用されるリング状パッキングである。

【０００３】メカニカルシールでは、微小な異物、例え
ばポンピング流体中に含有されている異物が、固定環と
回転環の摺動する端面間に侵入した場合、摺動面が、そ
の異物により容易に損傷され、損傷部分を通してポンピ
ング流体がポンプ内部の圧力により漏洩するようになる
ことがしばしばある。しかも、一旦漏洩し始めると、益
々摺動面の損傷が大きくなり、多量の流体が漏洩するこ
とになる。引火点以上に加熱された可燃性液体をポンプ
で移送することの多い石油精製工場、石油化学工場、或
いは化学工場等では、引火点以上に加熱された可燃性液
体がメカニカルシールから漏洩すると、静電気等によっ
て容易に着火し、火災を引き起こして、大事故になると
言う事例も稀ではない。

【０００４】また、メカニカルシールからのポンピング
流体の漏洩を放置しておくと、上述のようにメカニカル
シールの損傷が大きくなり、メカニカルシールの交換が
必要になる。メカニカルシールは、精密加工を必要とす
る部品の組立体であって、高価なものであるから、メカ
ニカルシールの交換には多大の費用が嵩む。そこで、メ
カニカルシールを装着したポンプを多数運転している工
場等では、従来は、オペレータが定期的に巡回してポン
プを監視し、メカニカルシールから流体の漏洩が発見さ
れた場合には、直ちに予備のポンプに切り換える等の処
置を施していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の石油
精製工場、石油化学工場、或いは化学工場等では、操業
の経済性を向上させるため、並びに労働力不足に対処す
るため、工場内の多数の装置及び機器を集中的に管理す
る傾向にある。例えば、中央制御室で各機器或いは各装
置の運転状況を集中的に監視し、そこから遠隔操作する
ような方式が採用されている。この結果、常時は、必要
最小限の人数のオペレータしか、工場内に配置されてい
ない。

【０００６】少ない数のオペレータが短い時間間隔で定
期的にポンプを巡回監視することは現実的に難しく、巡
回の間隔も長くなり勝ちである。そのため、漏洩に気付
くのが遅くなって、メカニカルシールの損傷が大きくな
るのみならず、最悪の場合には漏洩した流体が着火し
て、火災等の大事故になる危険が益々増大している。そ
のため、石油精製工場、石油化学工場、或いは化学工場
等では、オペレータがポンプの設置現場に行って直接確
認するような従来のやり方とは異なる遠隔監視によるポ
ンプの漏洩検知装置の実現が、以前から強く要望されて
いた。

【０００７】ところで、遠隔監視型のポンプ漏洩検知装
置を実現するに当たって、重要な条件は、第１にはオペ
レータの巡回監視の代替手段となることのできるような
信頼性の高い装置であること、第２にはポンプが設置さ
れている場所周辺の高温腐食性雰囲気の過酷な環境に耐
えて長期間の使用が可能であること、第３には監視すべ
きポンプの数が多いことから、廉価な装置であることで
ある。以上の要望と条件に応えるため、本発明の目的
は、信頼性が高く、かつ長期間にわたり過酷な環境に耐
えて使用できる、廉価な遠隔監視型のポンプ漏洩検知装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、研究と実験
の末、画像方式による監視方法、例えばＣＣＤ等を使用
した撮像装置をポンプのメカニカルシール付近に設置し
て常時撮像し、その画像を中央制御室の画像表示装置で
表示して監視する方法は、監視するオペレータを必要と
するのみならず、高温腐食性雰囲気中に設置された撮像
装置が、短時間で使用に耐えなくなることを見い出し
た。過酷な環境に耐え、かつオペレータの巡回の代替と
して使用できる信頼性の高い装置であるためには、単純
な機構で構成されていることが必要であると認識し、本
発明を発明するに到った。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明に係る
ポンプ漏洩検知装置は、常温以上の流体を吐出するポン
プを軸封しているメカニカルシールからの流体の漏洩を
遠隔から検知する装置であって、メカニカルシールから
の流体漏洩時、漏洩した流体に接触するように、メカニ
カルシールのポンプシャフト貫通部に近接した位置にそ
の測温部が配置された温度センサーと、該温度センサー
から離隔した所望の場所に設けられ、かつ温度センサー
に接続されて、該温度センサーの出力が設定値以上であ
る場合に警報を発するようにされた警報装置とを備える
ことを特徴としている。

【００１０】メカニカルシールには種々の形式がある
が、本発明は、いずれの型式のメカニカルシールにも適
用可能である。図３（ｂ）に示すように回転環Ｂと固定
環Ｄとの摺動面Ｅが外部に露出してる、稀に使用されて
いるメカニカルシールの場合には、摺動面Ｅの延長面上
又は延長面に近接して温度センサーの測温部を配置す
る。温度センサーの種類には、特に制約はないが、高温
かつ腐食性雰囲気の過酷な環境の多い温度センサーの設
置条件に配慮すれば、保護管に挿入された熱電対と補償
導線からなる温度センサーが好ましい。

【００１１】温度センサーの測温部をメカニカルシール
のポンプシャフト貫通部に近接して配置するのは、メカ
ニカルシールからポンピング流体が漏洩する場合、メカ
ニカルシールのポンプシャフト貫通部からシャフトにほ
ぼ直交する面の全面にわたり漏洩噴出すると言う事実に
基づいて、かかる場所に設置すれば、メカニカルシール
からの流体漏洩時、測温部が漏洩した流体に接触するか
らである。好適には、その測温部がメカニカルシールの
ポンプシャフト貫通部に約１０mmの間隔を有するような
位置に設置する。それは、測温部がポンプシャフト貫通
部に接触していると、ポンプ自体の高温の温度を計測
し、また接近し過ぎると熱放射により同じくポンプ自体
の温度に近い温度を計測することになって、誤動作の原
因になるからである。逆に、離れ過ぎていると、メカニ
カルシールから漏洩したポンピング流体が測温部に接触
しないので、漏洩を検知できないことになる。

【００１２】警報装置は、ポンプ設置場所とは離隔した
所望の場所、例えば中央制御室等に設置される。本発明
において、使用される警報装置は、従来から使用されて
いる既知の警報装置であって、設定値以上の出力値が温
度センサーから入力された場合、警報ブザーを鳴らした
り、警報ランプを点滅させることのできる装置である。
本発明において、温度センサーの計測温度の表示装置で
はなく、温度センサーの出力値が設定値以上である場合
には警報を発するようにされた警報装置であると特定し
たのは、単に温度センサーの表示装置であれば、オペレ
ータが常時監視する必要があるのに対し、警報装置であ
れば常時監視していなくても、警報装置から発信された
警報によりオペレータが異常に気付くことが可能である
からである。

【００１３】

【作用】以上説明した構成により、本発明に係るポンプ
漏洩検知装置では、温度センサーは、正常時、メカニカ
ルシール直近の比較的低い外部温度を計測して、その計
測値を警報装置に出力している。上記比較的低い温度の
出力値に相当する値以上に警報装置の警報発信設定値を
設定しておけば、警報は発信されないので、中央制御室
にいるオペレータは、ポンプのメカニカルシールからの
流体漏洩が無いことを現地に行くことなく遠隔から確認
できる。

【００１４】逆に、常温以上の流体をポンピングしてい
るポンプのメカニカルシールから流体の漏洩がある場合
には、漏洩した常温以上の温度の流体が温度センサーの
測温部に接触してその部分の温度を上昇させる。これに
より、温度センサーは、設定値より高い、その温度に応
じた出力を警報装置に入力し、警報装置を動作させて、
警報を発信させる。中央制御室で監視しているオペレー
タは、その警報により、特定のポンプのメカニカルシー
ルから流体が漏洩していることを遠隔から直ちに知るこ
とができる。尚、以上の本発明のポンプ漏洩検知装置の
作動機構から判るように、本発明に係るポンプ漏洩検知
装置は、常温より低い温度のポンピング流体を吐出して
いるポンプのメカニカルシールからの流体漏洩も検知す
ることも可能である。

【００１５】

【実施例】以下に、添付図面を参照して実施例に基づき
本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係るポ
ンプ漏洩検知装置の実施例の系統図である。図２（ａ）
は、温度センサーをポンプのメカニカルシールに近接し
て装着した状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、温
度センサーの測温部とメカニカルシールのシャフト貫通
部との平面的距離関係を示す説明図である。実施例のポ
ンプ漏洩検知装置１０は、対象のポンプのメカニカルシ
ールからのポンピング流体の漏洩を検知するために、対
象のポンプ１２Ａ、１２Ｂのメカニカルシール１６Ａ、
１６Ｂ直近にそれぞれの測温部１５Ａ、１５Ｂが配置さ
れている温度センサー１４Ａ、１４Ｂと、その温度セン
サー１４の出力に基づいて必要な警報を発し、かつ警報
発信の記録を行うために中央制御室に設置された警報装
置１８とを備えている。警報装置１８は、後述するよう
に温度指示警報設定器２１と、リレー回路２２と、記録
／記憶装置２８とを備え、警報ブザー２４を鳴らし、警
報ランプ２６を点滅させる。

【００１６】本実施例では、ポンプ１２は、所謂熱油ポ
ンプと一般に呼称されている高温の油を移送しているポ
ンプであって、例えば製油所の原油常圧蒸留塔から３０
０°Ｃ程度の温度に昇温されている塔底油を次の機器、
例えば減圧蒸留塔に移送するポンプ等を言う。図２
（ａ）に示すように、ポンプ１２は、電気モータ１３に
よりポンプシャフト１９を介して駆動されていて、ポン
プシャフト１９を軸封するために図３（ａ）に示すよう
なメカニカルシール１６がポンプ１２に装着されてい
る。原油の種類及び原油常圧蒸留塔の運転条件によって
異なるが、原油常圧蒸留塔の塔底油の引火点は、一般に
は８０°Ｃ〜２００°Ｃである。従って、３００°Ｃ程
度の温度にある塔底油が、例えばメカニカルシールを介
してポンプから外部に漏洩すると、静電気等によって容
易に着火し、火災を発生する。

【００１７】本実施例で使用した温度センサー１４は、
先端が閉塞された中空円筒形の外形を有するシース型温
度計保護管にＫ（ＣＡ）熱電対を挿入した市販の熱電対
式温度センサーであって、可燃性ガス雰囲気中で使用す
るために防爆仕様になっている。熱電対は、測温温度に
応じた熱起電力を発生させる機能を有し、Ｋ（ＣＡ）
（クロメル・アルメル）、Ｔ（ＣＣ）（銅・コンスタン
タン）又はＪ（ＩＣ）（鉄・コンスタンタン）を使用し
た熱電対等の種類があって、測定精度、測定温度範囲に
応じて選択することができる。

【００１８】温度センサー１４Ａ、１４Ｂは、本実施例
では図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、その先端にあ
る測温部１５Ａ、１５Ｂがポンプ１２Ａ、１２Ｂのメカ
ニカルシール１６Ａ、１６Ｂのシャフト貫通部１７Ａ、
１７Ｂにそれぞれ近接し、シャフト貫通部１７に対して
約１０mm（図２（ａ）においてｄ）の間隔を有するよう
な位置に設置されている。測温部がシャフト貫通部に接
触していると、ポンプ１２自体の高温の温度を計測し、
また接近し過ぎると熱放射により同じくポンプ１２自体
の温度に近い温度を計測して、誤動作の原因になる。逆
に、離れ過ぎていると、ポンプ１２のメカニカルシール
１６から漏洩した熱油が測温部に接触しないので、漏洩
を検知できない。

【００１９】温度センサー１４Ａ、１４Ｂの熱電対の両
端子の各々は、それぞれ接続された対の熱電対用補償導
線２０Ａ、２０Ｂを介して中央制御室に設けられた温度
指示警報設定器２１の端子にそれぞれ接続されている。
尚、補償導線とは、熱電対の冷接点（基準接点）を測温
接点より離れた場所に置くために熱起電力特性が熱電対
素線に似た材料で作製された、熱電対素線の延長として
用いられる延長導線であって、市販されている。温度指
示警報設定器２１は、補償導線２０を介して伝達され
た、温度センサー１４の熱電対の熱起電力を電気信号に
変換又は増幅する変換器と、変換器の出力信号、例えば
出力電圧が設定値以上になれば、警報信号を出力する警
報信号出力装置とから構成されている。これにより、温
度センサー１４の熱電対の熱起電力が大きくなれば、変
換器の出力値が大きくなって設定値以上となり、警報信
号が発信される。対象のポンプ１２のポンピング流体の
温度に応じて設定値を変えることが出来るようにしてお
くのが、望ましい。尚、変換器及び警報信号出力装置と
も常用の機構を有する装置である。

【００２０】温度指示警報設定器２１は、リレー回路２
２に接続されている。温度指示警報設定器２１から出力
された警報信号は、温度センサー１４Ａ、１４Ｂ毎に警
報時出力接点信号としてリレー回路２２に入力され、リ
レー回路２２の警報回路を動作させる。警報信号に基づ
いて、警報回路は、各ポンプ１２Ａ、１２Ｂ毎に設けら
れた警報ブザー２４Ａ、２４Ｂを個別に鳴らし、また警
報ランプ２６Ａ、２６Ｂを個別に点滅させる。

【００２１】更に、温度指示警報設定器２１は、リレー
回路２２を介して記録／記憶装置２８に接続されてい
る。これにより、警報信号は、リレー回路２２の信号接
点を経由、同時に記録／記憶装置２８に入力され、そこ
で、警報が発信されたポンプの名称、警報発信時間等の
必要なデータが記憶され、必要に応じて印字される。熱
油ポンプが設けられている原油常圧蒸留装置自体が、所
謂ＤＣＳ（Distributed Control System）或いはＤＤＣ
（Direct Degital Control）方式により、中央制御室か
らコンピュータを使用して制御されている場合には、上
述の記録／記憶装置２８に代えて、このコンピュータの
記録／記憶装置にリレー回路２２を経由した警報信号を
入力してもよい。

【００２２】以上説明したように構成された本実施例の
ポンプ漏洩検知装置１０は、以下に述べるように動作す
る。ポンプ１２Ａのメカニカルシール１６Ａのシャフト
貫通部１７Ａ直近に設けられた温度センサー１４Ａは、
正常時はメカニカルシール直近の温度（約４０°Ｃ〜７
０°Ｃ）を計測し、その温度に応じた熱起電力を温度指
示警報設定器２１に入力している。温度指示警報設定器
２１の警報発信設定値を例えば１００°Ｃに相当する値
に設定しておけば、警報は発信されないので、中央制御
室で監視しているオペレータは、ポンプ１２Ａのメカニ
カルシールからの熱油の漏洩が無いことを現地に行くこ
となく遠隔から確認できる。

【００２３】ポンプ１２Ｂのメカニカルシール１６Ｂか
ら塔底油の漏洩がある場合には、漏洩した約３００°Ｃ
の熱油が温度センサー１４に接触して温度センサー１４
Ｂの保護管を加熱し、周辺温度より高い温度、例えば１
００〜２００°Ｃに昇温させる。温度センサー１４Ｂ
は、その温度に応じた高い熱起電力を発生して、温度指
示警報設定器２１の警報信号出力装置を動作させ、リレ
ー回路２２を介して警報ブザー２４Ｂを鳴らし、警報ラ
ンプ２６Ｂを点滅させる。これにより、中央制御室で監
視しているオペレータは、熱油が特定のポンプ１２Ｂの
メカニカルシール１６Ｂから漏洩していることを遠隔か
ら直ちに知ることができ、必要な処置をとることが可能
となる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、メカニカルシールのポ
ンプシャフト貫通部に近接した位置に装着された温度セ
ンサーと、該温度センサーから離隔した所望の場所に設
けられ、かつ温度センサーに接続された警報装置とを備
えて、該温度センサーの出力が設定値以上である場合に
は警報を発するようにすることにより、遠隔監視型のポ
ンプ漏洩検知装置を実現することができる。本発明に係
るポンプ漏洩検知装置は、従来からその信頼性及び耐久
性が確立している部品を使用し、更に非常に単純な機構
で構成されているので、信頼性が高く、かつ長期間過酷
な環境に耐えることのできる廉価な装置である。本発明
に係るポンプ漏洩検知装置により、ポンプのメカニカル
シールからの漏洩の有無を遠隔の場所から確実に且つオ
ンタイムに把握できるので、オペレータの巡回を不要と
し、かつメカニカルシールの損傷に伴う経費を節減で
き、更に熱油の漏洩による火災の発生を未然に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポンプ漏洩検知装置の一実施例の
系統図である。

【図２】図２（ａ）は図１に示した実施例の温度センサ
ーをポンプのメカニカルシールに近接した位置に設けた
状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）は温度センサーの
測温部とメカニカルシールのシャフト貫通部との平面的
距離関係を示す説明図である。

【図３】図３（ａ）はメカニカルシールの要部を図解的
に示した説明用断面図であり、図３（ｂ）は別の型式の
メカニカルシールの要部の説明用断面図である。

【符号の説明】

１０ 本発明に係るポンプ漏洩検知装置の実施例 １２ ポンプ １３ 電気モータ １４ 温度センサー １５ 測温部 １６ メカニカルシール １７ ポンプシャフト １８ 警報装置 １９ ポンプシャフト ２０ 補償導線 ２１ 温度指示警報設定器 ２２ リレー回路 ２４ 警報ブザー ２６ 警報ランプ ２８ 記録／記憶装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常温以上の流体を吐出するポンプを軸封
   しているメカニカルシールからの前記流体の漏洩を遠隔
   から検知する装置であって、 前記メカニカルシールからの流体漏洩時、漏洩した流体
   に接触するように、前記メカニカルシールのポンプシャ
   フト貫通部に近接した位置にその測温部が配置された温
   度センサーと、該温度センサーから離隔した所望の場所
   に設けられ、かつ前記温度センサーに接続されて、該温
   度センサーの出力が設定値以上である場合に警報を発す
   るようにされた警報装置とを備えることを特徴とするポ
   ンプ漏洩検知装置。