横河電機株式会社
横河ソリューションサービス株式会社

ポンプの劣化・破損を検知/予防
キャビテーション検知システム

フィールドデジタルデータを活用することで、ポンプ故障原因の一つであるキャビテーションを、振動や異音が発生する前の初期段階で検知し、効率的な設備管理と設備の予知保全を実現します。 横河電機の提供するキャビテーション検知システムを導入することで、設備状態に応じた適切なメンテナンスが可能になり、保全コストの削減にも貢献します

2019年度 Hydrocarbon Processing AwardsにてBest Fluid Flow Technologyを受賞しました。

Winner logo

 

インデックス

キャビテーション検知システムについて
キャビテーション検知が必要とされる背景
キャビテーションに対する保全の課題
横河電機のキャビテーション検知システムの特徴

 

キャビテーション検知システムについて

キャビテーションとは?

キャビテーションとは、流れる液体内の圧力差によって気泡、あるいは空洞の発生と消滅が短時間に引き起こる物理現象です。これらの気泡や空洞が消滅した際に放出されるエネルギーは、ポンプにダメージを与え、破壊を招き、大きな安全上のリスクをもたらす可能性があります。

横河電機のポンプの劣化・破損を検知/予防するシステム、キャビテーション検知システムとは?

ポンプの劣化や破損の原因の一つに、キャビテーションが挙げられます。現場では設備へのダメージを最小限にするためにポンプ内で起こるキャビテーションを早期に把握し、流量を調整するなどの対策を講じる必要があります。ところが、キャビテーションを定量的に把握する手段が確立していないことに加え、設備内部で発生する現象であるため目視による確認ができず、現場では経験とノウハウに基づいて、キャビテーションが大量発生した際に起きる振動や異音からキャビテーションの有無を検知してきました。この方法では、経験の浅い保全員には検知が困難であり、かつ熟練者でも、振動や異音が起きる前のキャビテーション発生の初期段階では検知できないという課題がありました。
YOKOGAWAは、この課題を解決するために、圧力データからポンプのキャビテーションを定量的に把握できる検知システムを開発しました。このシステムは、独自開発したキャビテーション向け検知ロジックを搭載し、ポンプ内部で起きる微細な圧力変動として捉えてリアルタイムで演算するため、音や振動よりも早期にキャビテーションを検知できます。この検知に基づき、プラントオペレータは適切な処置や意思決定を行うことができ、ポンプの損傷を未然に防ぎ、設備管理が強化されます。

 

キャビテーション検知が必要とされる背景

プラント設備管理の重要性

プロセス産業の典型的なプラントは、配管、ポンプ、バルブなど、多数の設備を使用しています。これらの設備はそれぞれの状態に応じた適切なメンテナンスが必要ですが、設備の故障を適切に予測することは難しく、必要な時期は必ずしも明確ではありません。ポンプの劣化と破損の原因の1つとして「キャビテーション」が挙げられます。
設備メンテナンスの際にプラントを停止する場合、多大なコストがかかります。保守作業員が設備の健全状態を十分に認識することができれば、適切なタイミングでメンテナンスを実行し、メンテナンスコストの削減や故障などのトラブルを未然に防ぐことが可能です。適切にメンテナンスされている設備は、プラントの安全性や稼働率の向上に寄与します。 YOKOGAWAは、自己診断機能を持った機器や、健全性や運用状況に関する情報を提供するシステムなど、さまざまなソリューションを提供しています。

効率的なプラント設備管理を実現
効率的なプラント設備管理を実現

キャビテーション検知システムの有効性

プロセスオートメーション(PA)では、巨大で複雑なポンプが使用される場合があります。このようなポンプの故障は多大な影響を与えるため、予防保全が必要とされています。 キャビテーションはポンプを破壊し、大きな安全上のリスクをもたらす可能性があります。キャビテーションを初期段階で検知することができれば早期対応が可能になります。 ポンプで起きるキャビテーションを事前に検知することは、正確な設備の状態に基づいた意思決定を支援します。キャビテーションを早期検知するためのこの革新的なアプローチは、ユーザーにとって非常に高い効果をもたらします。

キャビテーション検知の有効性

 

キャビテーションに対する保全の課題

保全コストやリスクを減らしたい

いつも故障するポンプがある
定期点検で同じ個所のポンプ故障を発見し、毎回修理費が発生している。早い段階で異常検知ができていれば、運転の改善などで対処できるのだが...

リスクの高い状況が発生する
キャビテーション発生によるポンプ故障では、2重化しているポンプの片側が停止した状態で、代品調達までの間運転するケースがある。リスクが高い状態なので不安...

ポンプの保全コスト・リスクの削減に寄与

根本対策を講じたい

原因の究明ができていない
ポンプのキャビテーションを考慮したプラント設計をしているが、製造物・原料・プロセス・設備状態・外部環境などが当初の想定から変化し、キャビテーションが発生するようなった。何が原因なのかを分析し、対策を講じたい。

ベテランのノウハウに頼っている
日常点検でポンプの異音やパイプの振動が発生した際、ベテラン保全員の経験則により対応をしている。将来に向けて、ノウハウの共有化をして、保全の技術レベルをアップさせたい。

キャビテーション発生原因を特定、根本から対策可能

 

横河電機のキャビテーション検知システムの特徴

キャビテーション検知システムの特徴(Q&A)

中小規模向け計装システム「STARDOM」が、産業用デジタル通信規格であるFOUNDATION™フィールドバスで、入出力精度±0.075%の高精度な差圧伝送器「DPharp EJX110J」から100ms周期で圧力データを収集します。
「STARDOM」には、今回独自に開発したキャビテーション検知用ロジックプログラムが搭載され、ポンプ内部で起きるキャビテーションの有無をリアルタイムで演算します。現場では、定量的な把握が困難だったポンプのキャビテーションをリアルタイムに把握することで、生産ラインに影響しない範囲で流量を落とすなどの対策を迅速に講じ、キャビテーションによる設備の劣化を抑えることができます

 

question

従来型のキャビテーション検知とYOKOGAWAのキャビテーション検知システムの違いは何ですか?

answer

  • リアルタイムでの早期検知

横河電機のキャビテーション検知システムは、従来のようなキャビテーションの状態が進行し、振動や異音による検知ではなく、キャビテーションが流体の圧力差によって発生することに着眼し、圧力データからポンプのキャビテーションを定量的に把握できるシステムです。(特許出願中)
ポンプのキャビテーションの可能性を早期に検出することで、プラントオペレータは適切な処置を取り、ポンプの損傷を防ぐことができます。

 

question

この検知システムは、どのようなポンプや流体が対象ですか?

answer

対象となるポンプおよび流体は下記の通りです
・対象ポンプ:遠心ポンプ
・対象流体:液体(推奨粘度範囲0.78~8.00 mPa・s)
・推奨流体温度範囲:2~50℃

 キャビテーション検知システムが対象とする流体と粘度

 

question

システム導入に当たって、配管の改造や面倒な設定は避けたいのですが?

answer

このシステムは、当社の高精度の差圧伝送器(DPharp EJX)と高速周期で動作が可能なコントローラ(STARDOM FCN-500)、当社独自のキャビテーション検知ロジックが組み込まれているソフトウェアで構成されています。
差圧伝送器(DPharp EJX)は、ポンプの圧力指示計の導圧管に追加するだけで設置可能です。各種の設定を自動で行うことができるセットアップメカニズムを用意しているため、設定は容易です。

 

キャビテーション検知システムの仕組み

中小規模向け計装システム「STARDOM」のコントローラが、産業用デジタル通信規格であるFOUNDATION™フィールドバスを使用して、入出力精度±0.075%の高精度な差圧伝送器「DPharp EJX110J」から100ms周期で圧力データを収集します。「STARDOM」には、今回独自に開発したキャビテーション検知用ロジックプログラムが搭載され、ポンプ内部でおきるキャビテーションの有無をリアルタイムで演算します。

横河電機のキャビテーション検知システムの仕組み

 

OpreXとは

OpreXとは、制御事業の包括的ブランドです。お客様との価値共創を通じて培ってきたYOKOGAWAのテクノロジーとソリューションの卓越性を表し、YOKOGAWAの全ての制御関連製品、サービスとソリューションを包含しています。OpreX Transformation 、OpreX Control 、OpreX Measurement 、OpreX Execution 、OpreX Lifecycle の5つのカテゴリーから成り立ち、キャビテーション検知システムはOpreX Transformationのソリューションの一つであるOpreX Asset Management and Integrityに属します。OpreX Transformationは、企業活動全体を俯瞰し、生産からサプライチェーン、リスク管理や経営までの領域を含む卓越したオペレーションを実現する包括的ソリューションを意味します。 YOKOGAWAはこのブランドのもと、お客様のビジネス課題解決の視点で、お客様の変革と成長を支援する統合ソリューションを提供していきます。

概要:

Artificial Intelligenceを読み解くAIへの期待とIA分野での活用

 

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