説明
ZW-5/40 窒素コンプレッサー – 4.00 MPa の重要プロセス用途向け超高圧オイルフリー窒素ブースター
ZW-5/40は、吐出圧力4.00MPaで毎分5m³の流量を実現するように設計された、2段3列のオイルフリーピストン式窒素圧縮機です。超高圧窒素注入、ガスボンベカスケード充填、および要求の厳しい石油化学プロセス用途向けに設計されています。オイル汚染ゼロ、3段階の熱力学的最適化、そして極圧下での連続運転に対応する構造となっています。
製品概要
の ZW-5/40 窒素コンプレッサー これは、当社のオイルフリーピストンコンプレッサー技術の頂点を表しており、大きな流量容量と超高吐出圧力の両方を必要とする用途向けに特別に設計されています。定格容量は 5 m³/分 そして並外れた 4.00 MPaの吐出圧力このユニットは、当社の産業用窒素圧縮機製品群の中でも超高圧セグメントに属し、世界の産業ガス市場における最も要求の厳しいプロセス用途に対応します。
ZW-5/40を従来の代替品と区別するものは、 完全オイルフリーの圧縮経路と3段階の熱力学的最適化の組み合わせピストンリングとライダーバンドは、超高圧サービス向けに特別に配合された先進的な自己潤滑性PTFE複合材料から製造されており、炭化水素系潤滑剤を一切使用せずに作動します。この固有のオイルフリー特性により、窒素流は完全に汚染されず、 ISO 8573-1 クラス0認証 本来、油汚染が最も集中し、除去が最も困難な4.00 MPaの圧力下でも、
コンプレッサーは 二段三列 (二列三级) 4.00 MPa の吐出圧力を達成するために必要な極限圧力比を管理するために熱力学的に不可欠な構成。3 列配置により圧縮仕事は 3 つのシリンダーに分散され、各段の間に専用のインタークーラーが設けられ、ガス温度を安全な動作範囲内に維持します。強化された高圧シリンダーセクションを備えた堅牢な鋳鉄フレームと精密機械加工された鍛造鋼クランクシャフトは、最低耐用年数が保証されています。 10万時間 超高圧環境下における標準的な保守手順に従う。
技術仕様 – ZW-5/40
| パラメータ | 価値 | ユニット |
|---|---|---|
| モデル | ZW-5/40 | – |
| パターン | 二段三列（二列三级） | – |
| 容量 | 5 | m³/分 |
| 吐出圧力 | 4.00 | MPa |
| コンプレッサーのサイズ（長さ×幅×高さ） | 1947 × 1900 × 2580 | mm |
| 重さ | 3.97 | t |
| 力 | 75 | kW |
| 電圧 | 380 | V |
| ガス媒体 | 窒素（N₂） | – |
| 潤滑 | オイルフリー | – |
* すべての仕様は標準基準条件（ISO 1217、附属書C）に基づいています。実際の性能は、設置場所の標高、周囲温度、および吸気条件によって異なる場合があります。
主な特長とエンジニアリング上の利点
1. 超高圧オイルフリーPTFEシールシステム
ZW-5/40は独自の 自己潤滑ピストンリングおよびライダーバンドアセンブリ 4.00 MPa のサービス向けに特別に開発された超高性能 PTFE 複合材から製造されています。これらのリングは、外部の炭化水素潤滑剤を使用せずに摩擦係数を 0.05 未満にするために、高強度ガラス繊維とブロンズ粒子で強化されています。4.00 MPa の吐出圧力では、油蒸気の分圧は 0.10 MPa の場合の約 40 倍になり、油汚染は壊滅的で、下流での除去は事実上不可能になります。ZW-5/40 のネイティブなオイルフリー設計により、このリスクは完全に排除され、 ISO 8573-1 クラス0準拠 下流でのろ過は一切不要です。PTFE配合により、最高200℃までの温度での連続運転が可能で、超高圧圧縮による極度の熱応力下でも確実なシール性能を確保します。
2. 3段階熱力学的最適化
の 2 段 3 行 (二列三级) 圧縮アーキテクチャ ZW-5/40の熱力学的特性は、0.05～0.10 MPaの一般的な入口条件から4.00 MPaの吐出圧力目標を達成するために不可欠です。全体の圧力比は約40:1～80:1で、3つの圧縮シリンダーに分配され、各段は3:1～4:1の扱いやすい圧力比で動作します。 専用の高効率シェルアンドチューブ式インタークーラー 各段階の間に圧縮による相当量の熱を除去することで、吐出温度を160℃以下に維持し、PTFE製シール材の熱劣化を防ぎます。この3段階方式を採用しない場合、吐出温度は250℃を超え、あらゆるオイルフリーシール材の安全な運転限界をはるかに超えてしまいます。また、この段階式設計は、同等の圧力比における2段階方式と比較して、体積効率を約15%向上させます。
3. 強化高圧フレーム構造
メインフレームは鋳造されています GG25 グレー鋳鉄 高圧シリンダー領域の壁面は大幅に強化されており、4.00 MPaのピーク圧力による機械的応力に耐えられるようになっている。第3段（高圧）シリンダーの壁は、標準的な低圧シリンダーよりも約40%厚く、圧力下での歪みを防止するための追加の外部リブを備えている。 3列対向シリンダー配置 優れた力バランスを実現し、第1段と第3段が第2段に拮抗することで、正味の慣性力を最小限に抑えます。鍛造鋼製クランクシャフトは、ISO 1940 G2.5規格に準拠した動的バランス調整が施されており、高圧ガスによる力の増加に伴うベアリング負荷に耐えられるよう、ベアリングジャーナルは硬化処理されています。クランクケースアセンブリ全体は、最小破裂圧力6.00 MPaで設計されており、最大作動圧力に対して50%の安全マージンを確保しています。
4. 高トルク設計の標準380V産業用モーター
ZW-5/40は 75kW、380V、50Hzの三相誘導電動機 IEC 60034-1効率クラスIE3に準拠。このモーターは、ピストンにかかるガス負荷が圧縮行程中に大きな抵抗を生み出す超高圧圧縮のピークトルク要件に対応するために特別に選択された高トルク設計を採用しています。標準の380V構成は、中電圧インフラを必要とせずに既存の産業用配電盤に直接統合できるため、幅広い施設で利用可能です。モーターは、4.00 MPaの運転に必要な高トルクを伝達しながらわずかなミスアライメントに対応する高耐久性フレキシブルディスクカップリングを介してコンプレッサーに接続されています。
アプリケーションシナリオ
超高圧窒素シリンダーカスケード充填
ZW-5/40は、 窒素ボンベカスケード充填ステーション 高圧チューブトレーラーまたはシリンダーバンクに貯蔵するために、ガスを4.00 MPaまで圧縮する必要があります。4.00 MPaの吐出圧力は、工業用窒素チューブトレーラーの標準貯蔵圧力であり、大量の窒素を遠隔地の作業現場、建設プロジェクト、緊急対応場所へ効率的に輸送できます。5 m³/分の容量により、チューブトレーラーへの迅速な充填が可能で、一般的な3,000リットルのチューブトレーラーは約10時間で充填できます。オイルフリー設計はシリンダー充填において絶対に不可欠です。なぜなら、オイルによる汚染は高圧貯蔵システムに閉じ込められ、エンドユーザーに届けられることで、プロセスを汚染し、純度仕様に違反する可能性があるからです。
石油化学分野における超高圧窒素注入
石油化学および精製事業では、 ZW-5/40 窒素コンプレッサー 超高圧窒素を供給する 高圧反応器の緊急減圧、停止中の触媒床の保全、および設計圧力3.20 MPaのプロセス容器の水圧試験4.00 MPaの吐出圧力は、一般的なクラス300のプロセス配管および容器の試験圧力に対して25%の余裕があり、安全かつ効果的な圧力試験を保証します。オイルフリー設計は、窒素が触媒床に接触したり、完全に炭化水素を含まない状態を維持しなければならないプロセスストリームに流入したりする石油化学用途において必須です。4.00 MPaでは、微量の油分汚染でも高価な触媒を失活させ、高価値の製品ストリームを汚染するのに十分な濃度になります。
石油・ガス井の刺激処理および改修
上流の石油・ガス操業において、ZW-5/40は高圧窒素を供給します。 窒素リフト作業、坑井刺激、およびワークオーバー手順窒素は高圧で油井に注入され、流体柱の静水圧を低下させることで、貯留層流体が地表に流れ出るようにします。4.00 MPaの吐出圧力は、深度2,000メートルまでの油井における窒素リフトに十分であり、5 m³/分の容量は、長期間にわたる改修作業における連続的な窒素注入を可能にします。オイルフリー設計により、地層流体の汚染を防ぎ、窒素が貯留層に炭化水素を持ち込んで濡れ性を変化させたり、地層を損傷したりするのを防ぎます。
航空宇宙・防衛分野向け高圧窒素システム
航空宇宙製造および防衛施設では、超高圧窒素が必要とされる。 油圧システムの試験、燃料タンク不活性化システムの検証、および宇宙船推進システムの地上支援ZW-5/40の吐出圧力4.00MPaは、作動圧力21MPaまでの航空機油圧システムの試験（安全な試験媒体として窒素を使用）や、宇宙船打ち上げ準備に使用される地上支援機器への充填に適しています。オイルフリー認証により、宇宙空間の真空中で動作するシステムにおける炭化水素汚染を禁止する航空宇宙の清浄度基準（MIL-PRF-27401および同等規格）への準拠が保証されます。
材料と構造
ZW-5/40は、超高圧窒素との適合性、極めて高い耐熱性、および長寿命を実現するために厳選された最高級素材で構成されています。
| 成分 | 材料 | 仕様 |
|---|---|---|
| シリンダーブロック（LPステージ） | ねずみ鋳鉄 | GG25 / HT250、標準肉厚 |
| シリンダーブロック（IPステージ） | ねずみ鋳鉄 | GG25 / HT250、補強壁＋リブ構造 |
| シリンダーブロック（高圧ステージ） | ねずみ鋳鉄 | GG25 / HT250、高耐久性強化型、40%厚肉 |
| クランクシャフト | 鍛造合金鋼 | 42CrMo4鋼、Q&T焼入れジャーナル、ISO 1940 G2.5 |
| ピストンリング（全ステージ対応） | PTFE-ガラス-青銅複合材 | 超高圧対応、自己潤滑式、最高使用温度200℃ |
| ライダーバンド | PTFE複合材 | ピストンガイド、耐摩耗性、摩耗率 <0.03 mm/1000h |
| バルブプレート（全ステージ） | ステンレス鋼 | SS316、高圧同心円リング、強化スプリング |
| インタークーラー（2台） | 炭素鋼製シェル／SS316製チューブ | ASME VIII Div.1、1.5倍の耐圧試験、30分間保持 |
| アフタークーラー | 炭素鋼製シェル／SS316製チューブ | 高圧フィン付きチューブ、32℃冷却水 |
| 高圧配管 | シームレスステンレス鋼 | SS316、ANSIクラス900フランジ、100% X線検査済み |
すべての圧力支持部品は、以下の基準に厳密に従って設計および製造されています。 ASME BPVC セクション VIII ディビジョン 1 または中国のGB 150規格に準拠しています。すべての溶接継手はASME Section V、Article 2に従って100%放射線検査（RT）を受け、完成した圧力容器はすべて、MAWPの1.5倍の圧力で最低30分間の保持時間で静水圧試験を受けます。高圧配管システムは、ANSI Class 900フランジ接続を備えたシームレスSS316で製造され、4.00 MPaの運転圧力で完全な漏れ防止性を確保するために100% X線検査が実施されます。
設置およびメンテナンスに関するガイドライン
基礎および構造要件
ZW-5/40の乾燥重量は3.97トンで、重心はベースプレートから約850mm上にある。3列設計により力のバランスは良好だが、高圧運転では相当なガス力が発生し、 8～10トンの鉄筋コンクリート慣性ブロックブロックは、振動の伝達を防ぐため、高耐久性のエラストマー製防振装置（固有振動数 6～8 Hz）に取り付ける必要があります。最小クリアランス要件：バルブへのアクセス用に非駆動側で 1.5 m、モーターのメンテナンス用に駆動側で 1.2 m、クレーンアクセス用に頭上で 2.0 m。高圧排出配管は、4.00 MPa での振動による疲労を防ぐため、スプリングハンガーまたは剛性アンカーで独立して支持する必要があります。排出ラインには、MAWP の 110% 定格の圧力リリーフバルブと MAWP の 120% 定格の破裂板を取り付ける必要があります。
冷却水システムの設計
冷却水の需要は約 15 m³/h 入口温度は 32°C を超えない。水分配回路は、シリンダージャケットと 2 つのインタークーラーに並列に水を供給し、インタークーラーへの流量が優先されます。圧力比が極めて高いため、インタークーラーの性能は絶対的に重要です。インタークーラーの有効性が 80% を下回ると、吐出温度が PTFE 材料の安全限界を超えます。水質仕様: pH 6.5～8.5、全溶解固形物 < 500 mg/L、塩化物含有量 < 30 mg/L (高圧での SS316 チューブの腐食防止のための厳格な制限)、懸濁固形物 < 20 mg/L、全硬度 < 250 mg/L (CaCO₃ 換算)。信頼性の高い運転のためには、全流ろ過と化学処理を備えた密閉型冷却塔が必須です。
予防保守スケジュール
| 間隔 | サービス項目 | 対応が必要 |
|---|---|---|
| 毎日 | 運用検査 | 振動、異音、冷却水流量、全段吐出温度および圧力を確認してください。 |
| 200時間 | バルブプレート検査（高圧ステージ） | 高圧段弁に炭素堆積物、スプリング疲労、亀裂、シート侵食がないか点検する。 |
| 500時間 | バルブプレート検査（全工程） | すべてのステージバルブを点検し、スプリングの自由長を測定し、プレートの歪みをチェックします。 |
| 1,000時間 | ピストンリング摩耗評価 | すべてのステージリング溝のクリアランスを測定し、0.15 mmを超える場合はHPステージリングを交換してください。 |
| 2,500時間 | 中間オーバーホール | すべてのステージにおいて、ピストンリング、ライダーバンド、バルブプレートアセンブリをすべて交換する。 |
| 5,000時間 | 大規模な改修 | クランクシャフトジャーナルを点検し、すべてのベアリングクリアランスを測定し、0.06 mmを超える場合はベアリングを交換する。 |
ZW-5/40のオイルフリー設計により、オイル関連のメンテナンス作業が一切不要になります。ただし、超高圧運転のため、低圧モデルよりもバルブプレートとピストンリングの点検頻度が高くなります。 高圧段（第3段）バルブプレート これらは最も負荷のかかる部品であり、最初の1,000時間の稼働中は200時間ごとに点検を行い、摩耗パターンの基準値を確立する必要があります。摩耗率の基準値が確立された後は、実際の状態監視データに基づいて点検間隔を延長することができます。
法令遵守および安全認証
ZW-5/40窒素圧縮機は、以下の国際規格および規制枠組みを満たすか、またはそれらを上回るように設計、製造、および試験されています。
ASME BPVC Section VIII Div.1、GB 150-2011、PED 2014/68/EU Module H（完全品質保証）
IEC 60034-1（IE3効率）、IEC 60204-1、ISO 12100機械安全規格
ISO 8573-1 クラス0（油分含有量）は、TÜV Rheinlandによって4.00 MPaで独立して試験されました。
ISO 9001:2015、ISO 14001:2015、OHSAS 18001/ISO 45001
窒素は単純な窒息性ガスです。4.00 MPa の排出圧力では、圧縮ガスに蓄積された位置エネルギーと壊滅的な放出のリスクが非常に高くなります。すべての ZW-5/40 設備には以下を組み込む必要があります。(1) 酸素欠乏の継続的なモニタリング 圧縮機室および隣接するすべてのエリア内。（２） MAWP定格110%の圧力逃がし弁 すべての圧力容器および排出ラインにおいて；（３） 破裂板は最大許容使用圧力（MAWP）120%で定格されています。 二次的な保護として；（４） 緊急遮断弁 （５）OSHA 29 CFR 1910.146 に従って、周囲酸素濃度を 19.5% 以上に保つ換気装置。（６）19.5% O₂ で緊急停止（警報）、18.0% O₂ で緊急停止（完全隔離）。作業員は、この機器を操作または保守する前に、高圧ガス安全訓練を完了し、適切な個人用保護具を着用する必要があります。高圧配管は機械的損傷から保護され、圧力定格が明確に表示されていなければなりません。
パフォーマンスと効率の分析
ZW-5/40は 比消費電力は約15.00kW/m³/分 吐出圧力4.00 MPaで供給される窒素。この特定の出力値は、超高圧圧縮に必要な相当な熱力学的仕事量を反映しています。超高圧オイルフリーコンプレッサーセグメント（吐出圧力 >3.00 MPa）において、この効率は非常に競争力があります。比較のために、同様の超高圧用途で使用されるオイル潤滑往復動コンプレッサーは通常16～18 kW/m³/minを消費しますが、ダイヤフラムコンプレッサー（オイルフリー超高圧用途によく選ばれる）は、容量が大幅に低いにもかかわらず、20 kW/m³/minを超える場合があります。
年間8,000時間の運転サイクルにおいて、ZW-5/40の効率の優位性は、効率の低い代替品と比較して、およそ 年間40,000～120,000kWhのエネルギー節約$0.08/kWhの場合、これは年間$3,200～$9,600の直接的な電気料金削減に相当します。ただし、ZW-5/40の主な経済的正当化は通常、 石油関連消耗品の排除と、4.00 MPaでの下流での油除去の不可能性この圧力では、オイルろ過システムは非常に高価になり、メンテナンスの手間がかかり、信頼性も低下します。 超高圧窒素圧縮装置の総所有コスト オイルフリー運転を、下流での浄化を試みる潤滑油システムと比較した場合、10年間の運転期間で推定35～45%削減される。
この3段式設計は、同圧力レベルにおいて2段式に比べて大幅な効率向上を実現します。中間冷却を備えた3段構成により、ZW-5/40は同等の2段式コンプレッサーよりも約12%高い等温効率を達成し、吐出温度の低下、冷却水消費量の削減、シール寿命の延長につながります。
カスタマイズおよびOEM対応
当社では、ZW-5/40を超高圧用途の厳しい要件に適合させるための専門的なカスタマイズオプションをご用意しています。
- スキッドマウント型ターンキーパッケージ： 構造用鋼製スキッド上に、コンプレッサー、モーター、デュアルインタークーラー、アフタークーラー、ANSIクラス900フランジ付き高圧吐出配管、計装機器、制御盤が組み立て済みで搭載されています。すべての圧力システムは、出荷前に工場で6.00MPaの水圧試験を実施済みです。
- 危険区域構成： ATEX Zone 2およびIECEx規格に準拠した、本質安全防爆構造のモーターおよび電気機器用筐体。ガス検知、自動換気、緊急遮断システムを内蔵。
- 高度な安全・制御システム： シーメンス製S7-1200 PLC（緊急停止機能用の冗長安全PLC搭載）、10インチHMIタッチスクリーン、Modbus TCP/IPまたはOPC-UAによるリモート監視機能。全3段に自動圧力解放シーケンス、緊急遮断弁制御、高温停止インターロックを装備。
- 環境保護： 沿岸設置向けのC5-M海洋グレードコーティング、周囲温度55℃に対応した耐熱電気部品、高圧安全性を確保するための耐爆パネルを備えたIP54規格の防音筐体。
- OEMおよびプライベートブランド： 石油・ガスおよび航空宇宙市場にサービスを提供するガス機器販売業者およびシステムインテグレーター向けに、特注の塗装色、ブランド名入りの銘板、地域に合わせたドキュメントパッケージを提供します。
カスタム構成は以下から入手可能です 最小注文数量：1個超高圧システムの設計は複雑であるため、技術レビューと提案書の作成には通常7～10営業日を要します。標準納期は14～16週間ですが、条件を満たすご注文については12週間以内の特急納品も可能です。
事例研究：工業用ガスボンベ充填ステーションの改修
クライアント： 中東の大手産業ガス販売会社が、窒素ボンベとチューブトレーラーの充填ステーションを運営している。
チャレンジ： 顧客は、窒素チューブトレーラーに4.00 MPaまで充填するために、老朽化した油潤滑式高圧コンプレッサー（ヨーロッパ製、20年使用）を稼働させていました。充填されたトレーラー内の油汚染は2.8 mg/m³に達し、ISO 8573-1クラス0の窒素を必要とする半導体および製薬会社の顧客から繰り返し苦情が寄せられていました。また、油は高圧貯蔵システムを劣化させ、18か月ごとに内部洗浄と再コーティングが必要となり、洗浄サイクルごとに$45,000の費用がかかっていました。高圧比のため、コンプレッサーのバルブ故障が頻繁に発生し、計画外のダウンタイムが年間平均120時間に達していました。
解決： 私たちは供給しました ZW-5/40 オイルフリー窒素コンプレッサー 主充填コンプレッサーとして、デュアルインタークーラー、アフタークーラー、ANSIクラス900フランジ付き高圧吐出配管、冗長安全PLCを備えたシーメンスS7-1200 PLCを内蔵したカスタムスキッドに搭載。3段設計により、交換前の2段コンプレッサーと比較して段あたりの圧力比が低減され、信頼性が向上した。オイルフリー設計により、下流での浄化処理が不要になった。
24か月後の定量的な結果：
- 充填済みトレーラー内の窒素油含有量： 2.8 mg/m³から0.01 mg/m³未満に減少ISO 8573-1クラス0を達成
- ストレージシステムのクリーニングサイクル： 完全に排除された18ヶ月ごとに$45,000を節約
- 顧客からの苦情： ゼロ 稼働開始以来、年間14,320,000タカ相当の半導体新規契約を2件獲得
- 予期せぬシステム停止： 年間120時間から年間8時間に削減 （定期メンテナンス時のみ）
- バルブ交換頻度： 60%削減 段ごとの圧力比が低いため
- 返済期間： 2.3年 新規契約収益を含む
「ZW-5/40の導入により、当社の高圧充填作業は劇的に改善されました。今ではすべてのお客様にクラス0の窒素を保証できるようになり、メンテナンスチームは緊急修理に費やす時間を大幅に削減できました。また、以前は油汚染の問題で不可能だった契約も獲得できるようになりました。3段式設計は、従来の2段式コンプレッサーに比べて明らかに信頼性が向上しています。」 — 産業ガス販売会社の業務部長
よくある質問と選択ガイド
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