業界ニュース: 油圧セラミックプランジャーポンプが固形分40%のスラッジの長距離輸送を解決

導入

高固形分汚泥の長距離輸送は、繊維の捺染、鉱山、都市廃水処理プロジェクトにおいて依然として大きな技術的課題となっています。典型的な非ニュートン流体として、高濃度スラッジには固体粒子が豊富に含まれており、きれいな水よりもはるかに高いパイプライン摩擦が発生します。このような作業条件下で従来の遠心ポンプを使用すると、オペレーターは頻繁に羽根車の急速な磨耗、パイプラインの閉塞、流量の低下、頻繁なメンテナンス停止に遭遇し、汚泥処理施設の安定稼働に悪影響を及ぼします。

キロメートル規模の高固形分汚泥移送に対する現実の需要に対処するために、Sinou Environmental の技術チームは特別な実現可能性調査を完了しました。この研究では、固形分40％の脱水汚泥を媒体として、水力計算、水力システムのマッチング検証、一式構成の選択、リスク評価、経済性評価をカバーしています。この分析は、EPC請負業者、設計機関、およびエンドユーザーにとって、汚泥輸送プロジェクトの機器選択に関する貴重な参考資料となります。

コアの計算条件

この評価のために定義された境界条件は次のとおりです。

• 媒体：固形分約40％の脱水汚泥
• 設計流量: 100m3/h
• 水平搬送距離：1000m
• 静的揚程: 20m
• 動力源：HY180アキシャルピストン可変ポンプにより駆動される油圧セラミックプランジャーポンプ

水力計算によると、汚泥の密度は1360kg/m3に達します。流速1.57m/sのDN150耐摩耗パイプを採用。 20m の静水頭と 40m から 70m の範囲の摩擦損失 (中間推定には 55m を採用) を組み合わせると、スラリー塔の全水頭は 75m に達します。ポンプの理論上必要な出口圧力は約1.0MPaです。局所的な抵抗と安全余裕を考慮して、ポンプの定格使用圧力は 1.2MPa 以上である必要があります。

油圧マッチングのため、油圧シリンダーとスラリーシリンダーの面積比は1:10を採用しています。検証の結果、HY180ポンプの定格圧力は31.5MPaであり、必要作動油圧12MPaを大きく上回っています。その出力フローはシステム要件を満たすことができます。 40～45kWのVFDモーターを搭載しており、可変周波数速度制御によって流量を調整できるため、不必要な電力の無駄を避けることができます。理論計算により、この電源構成がプロジェクトの設計目標を満たせることが証明されています。

推奨される完全なセット構成

長期にわたる安定した動作を保証するために、技術部門は次のような全範囲の構成を提案します。

1.油圧セラミックプランジャーポンプ本体 

セラミックプランジャーとセラミックバルブシートによる二重シリンダーまたは三重シリンダー構造を採用。定格流量は動作マージンを含めて 105 ～ 110m3/h です。定格圧力≧1.6MPa。油圧シリンダーとスラリーシリンダーの面積比は1:10として設計されています。セラミックコンポーネントは、高固形分スラッジの継続的な精練に対して優れた耐摩耗性能を発揮し、摩耗部品の保守間隔を延長します。

2.水力発電所 

HY180 アキシャルピストン可変ポンプを導入すると、現場での圧力と流量を柔軟に調整できます。 IP55保護等級およびF等級絶縁を備えた45kW VFDモーターが選択されています。サポートコンポーネントには、標準のオイルタンク、冷却ユニット、濾過システム、統合バルブブロックが含まれます。可変ポンプとVFDモータの組み合わせにより、汚泥の状態に応じて出力を動的に調整し、省エネ性能を実現します。

3.パイプラインシステム 

DN150 PN16 耐摩耗性パイプラインを推奨します。材質オプションには、UHMW-PE またはスチール裏地プラスチックが含まれます。実際の敷設長さは、エルボや接続によって生じる局所的な抵抗を補償するために、最大 1050 m のマージンを確保する必要があります。

4.自動制御システム 

PLC ベースの制御システムは、ポンプ出口圧力、流量、油圧ステーションの油圧、油温などのリアルタイム データを収集します。定流量制御モードと定圧制御モードの両方がサポートされています。過圧、過温度、過負荷に対する保護機能が組み込まれているため、障害発生時にアラームが発せられ、現場での運用リスクが軽減されます。

プロジェクトのリスクと軽減策

この研究におけるパイプラインの摩擦損失は経験的な係数に基づいて推定されています。実際の現場抵抗は、スラッジのレオロジー、粒子組成、温度、パイプ内面の状態によって大きく異なり、極端な状況下では 40m から 70m、さらにはそれ以上の範囲になります。

現場での摩擦損失が想定値を超える場合、必要なポンプ圧力や作動油圧が上昇します。マージンが不足すると装置の寿命が短くなります。 3 つの実際的な対策が提案されています。

• プロジェクトの実行前に実際の汚泥サンプルを収集し、レオロジー試験やループパイプ実験を実施して、最終的な機器の選択に必要な正確なパイプライン抵抗データを取得します。
• システム設計では 25% ～ 30% の圧力安全マージンを確保してください。この場合、作動油圧 (12MPa) はポンプ定格圧力 (31.5MPa) をはるかに下回っており、さまざまな現場条件に対応する十分な調整スペースが残されています。
• VFD 速度制御と閉ループ圧力制御を組み合わせてポンプ速度を動的に変更し、変化するスラッジ特性に適応します。

経済性と信頼性の評価

HY180 アキシャル ピストン ポンプは、安定したサプライ チェーンと油圧ステーション全体に対する制御可能な初期投資を備えた成熟した標準化された油圧コンポーネントです。シングルポンプのレイアウトはシンプルな構造で故障箇所が少なく、現場でのメンテナンスが容易です。セラミックプランジャーとバルブシートは、高固形分スラッジサービスに優れた耐摩耗性を提供し、スペアパーツの消費とダウンタイムを削減します。

年間稼働時間 6000 時間、産業用電力料金 0.7CNY/kWh を想定すると、45kW モーターの年間電力消費コストは約 189000CNY となります。良好なエネルギー効率を実現し、繊維廃水処理、鉱山尾鉱の処分、都市汚泥プロジェクトなどの継続的な汚泥輸送シナリオに適合します。

結論

包括的な計算と評価に基づいて、HY180アキシャルピストン可変ポンプと45kW VFDモーターによって駆動される油圧セラミックプランジャーポンプは、適切なシステム設計の下で水平距離1000メートルにわたって固形分40％のスラッジを100m3/hで輸送することを技術的に実現できます。

プロジェクトを成功させるには、測定された汚泥レオロジーデータが不可欠であることを強調しておく必要があります。経験的な推定だけでは、実際のサンプルテストに代わることはできません。このレポートは、EPC請負業者、設計機関、および産業企業が汚泥処理プロジェクトの機器を選択する際の参考として役立ちます。

参考資料：高濃度汚泥輸送用油圧セラミックプランジャーポンプの実現可能性技術分析報告書、中国技術部、2025年12月29日