4WM-100/30 窒素コンプレッサー – 3.00 MPa 工業プロセス向け超大容量オイルフリー窒素ブースター

4WM-100/30は、吐出圧力3.00MPaで毎分100m³の流量を実現するように設計された、4段4列のオイルフリーピストン式窒素圧縮機です。超大規模窒素注入、高圧パイプライン輸送、および要求の厳しい石油化学プロセス用途向けに特別に設計されています。オイル汚染ゼロ、大容量処理能力、そして極圧下での連続運転に最適化されています。

製品概要

の 4WM-100/30 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極めたものであり、産業用窒素圧縮市場の超大容量セグメントを占めています。 100 m³/分の容量 強力な 3.00 MPaの吐出圧力この装置は、世界の産業ガス業界における最も要求の厳しい窒素用途向けに設計されています。

4WM-100/30を従来の代替品と区別するものは、 完全にオイルフリーの圧縮経路 4段階の熱力学的最適化と組み合わせることで、ピストンリングとライダーバンドは、高度な自己潤滑性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するため、3.00 MPaの吐出に伴う極度の圧力と温度下でも窒素流は完全に無汚染のままです。この本来の無油性は、半導体製造、医薬品合成、食品グレードガス製造など、超高純度窒素を必要とする用途において不可欠です。これらの用途では、わずか数ppmの油分混入でも致命的な結果を招くからです。

コンプレッサーのアーキテクチャは 四段四列 (四列四级) 構成 - 当社製品群の中で最も複雑で熱力学的に高度な構成です。この多段設計では、3.00 MPa を達成するために必要な巨大な圧力比を 4 つの圧縮シリンダーに分割し、各段の後に段間冷却を行います。この段階的なアプローチは、極端な熱負荷を管理し、PTFE シール要素の完全性を維持するために絶対に不可欠です。この圧力レベルで単段または二段圧縮プロセスの吐出温度にさらされると、シール要素は熱劣化します。堅牢な鋳鉄フレームと巨大な鍛造鋼クランクシャフトは、最低耐用年数で設計されています。 15万時間 厳格な保守手順の下で。

技術仕様 – 4WM-100/30

* 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. 極限圧力に対する4段階熱力学的最適化

の 4段階圧縮アーキテクチャ 4WM-100/30 の 4 段圧縮方式は、許容可能な吐出温度を維持し、PTFE シールの完全性を保ちながら 3.00 MPa の吐出圧力を達成するための唯一の熱力学的に実行可能なアプローチです。各段は圧力比約 2.5:1 ～ 3:1 で動作し、各段の間に専用のシェルアンドチューブ式インタークーラーが設けられ、圧縮熱を除去します。この段圧縮方式により、各段の吐出温度は 145 °C 以下に抑えられ、PTFE 複合材料の安全な動作範囲内に収まります。4 段圧縮を行わない場合、吐出温度は 250 °C を超え、シール要素の即時の熱劣化とコンプレッサーの壊滅的な故障を引き起こします。4 列配置により、対向するシリンダーが慣性力を打ち消し、基礎への振動伝達を最小限に抑え、優れた力のバランスを実現します。

2. 超高温PTFEシール技術

4WM-100/30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 超高圧用途向けに特別に開発された次世代PTFE複合材から製造されています。これらのリングは、高温ガラス繊維、ブロンズ粒子、二硫化モリブデンで強化されており、外部炭化水素潤滑剤なしで0.05未満の摩擦係数を実現しています。この材料配合は、標準的なPTFE複合材よりも高い200℃までの温度で連続運転が可能で、4段圧縮による高い熱負荷に対する安全マージンを提供します。3.00 MPaの吐出圧力では、油蒸気の分圧が非常に高くなり、下流での油汚染の除去は事実上不可能になります。4WM-100/30のネイティブ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認証 下流の精製装置は一切使用していません。

3. 産業規模の荷重に対応する頑丈なフレーム

メインフレームは鋳造されています GG30 グレー鋳鉄 （標準GG25よりも高グレード）最大80mm厚の強化壁部と、鋳造品に直接加工された一体型冷却水通路を備えています。 4列対向シリンダー配置 ほぼ完璧な一次および二次力相殺を実現し、基礎に伝達される正味の不均衡力を、シリンダーガス力のピーク値の5%未満に低減します。この卓越した機械的バランスは、このサイズと出力の機械にとって不可欠であり、そうでなければ不均衡力によって基礎質量が100トンを超えることになります。動的にバランス調整された鍛造鋼製クランクシャフト（42CrMo4、Q&T）は、15万時間の設計寿命全体にわたって定格された流体潤滑油膜ベアリングを備えた5つのメインベアリングジャーナルによって支持されています。

4. 最大効率を実現する高電圧モーター駆動

4WM-100/30は 1200kW中電圧誘導電動機 6kVまたは10kV構成で利用可能で、IEC 60034-1効率クラスIE3に準拠しています。この電力レベルでは、中電圧駆動が推奨されるだけでなく不可欠です。380Vモーターでは約2,000Aの電流が必要となり、非現実的なケーブルサイズと大規模な開閉装置が必要になります。中電圧構成は産業用高電圧配電ネットワークに直接統合でき、電力損失を最小限に抑え、インフラコストを削減します。このモーターは、熱帯気候での使用に適した液冷ジャケットを備え、長寿命化のためにクラスF絶縁とクラスBの温度上昇を採用しています。

アプリケーションシナリオ

超大規模窒素注入およびパイプライン輸送

大規模な産業ガス施設や国の窒素パイプラインネットワークでは、4WM-100/30は 一次高圧窒素ブースター 長距離輸送および大容量注入用途向け。100 m³/分の容量は、5,000 Nm³/h以上の極低温空気分離装置（ASU）の窒素出力に相当し、3.00 MPaの吐出圧力は、50 kmを超える距離のパイプライン輸送に十分なヘッドを提供します。オイルフリー設計は輸送用途において非常に重要です。なぜなら、オイルによる汚染はパイプラインネットワーク全体に広がり、食品加工業者、製薬会社、半導体製造工場など、下流のすべての消費者に影響を与えるからです。

石炭化学薬品および合成ガスの窒素パージ

石炭化学プラント、ガス化施設、合成ガス製造複合施設では、 4WM-100/30 窒素コンプレッサー 大量の高圧窒素を供給します ガス化炉の不活性化、合成ガスパイプラインのパージ、および緊急隔離3.00 MPaの吐出圧力は、同伴流式ガス化炉の運転圧力（通常2.5～4.0 MPa）を克服し、起動、停止、および異常状態時にも不活性ガスの正流量を維持するのに十分です。100 m³/minの容量は、複数のガス化トレインに同時に供給できるため、必要なコンプレッサーユニットの数を減らし、プラントのレイアウトを簡素化できます。オイルフリー設計により、合成ガスへのオイル汚染を防ぎ、メタノール合成、フィッシャー・トロプシュ法、およびアンモニア製造ユニットの下流触媒の劣化を防ぎます。

強化石油回収（EOR）窒素注入

石油増進回収（EOR）のための油田窒素注入プロジェクトにおいて、4WM-100/30は窒素を3.00MPaまで圧縮し、枯渇した油層に注入することで、貯留層圧力を維持し、掃効率を向上させます。100m³/分の大容量により、複数の注入井に同時に供給することが可能で、高い吐出圧力は深層貯留層の静水圧を克服します。EOR用途では、油分を含まない設計が必須です。油分が混入すると、貯留層構造が損傷し、浸透率が低下し、生産される原油が汚染されるためです。連続運転定格により、数年に及ぶ可能性のある注入作業を中断することなく継続できます。

大規模半導体製造における窒素供給

300mmおよび450mm半導体ウェハーを製造するメガファブでは、超高純度窒素が大量に必要となる。 プロセスチャンバーのパージ、ウェーハ搬送雰囲気、化学気相成長（CVD）キャリアガス、および極低温冷却4WM-100/30の100 m³/分の容量は、半導体製造工場全体の窒素需要を満たすことができ、3.00 MPaの吐出圧力は、広範囲にわたる分配マニホールドと使用点減圧システムを通して窒素を供給するのに十分です。半導体用途では、フェムトグラムレベルの油分汚染でさえナノメートルスケールのトランジスタに致命的な欠陥を引き起こす可能性があるため、オイルフリー認証は譲れない条件です。

材料と構造

4WM-100/30は、超高圧窒素への適合性、極めて高い耐熱性、および工業規模での構造的完全性を考慮して厳選された最高級素材で構成されています。

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、最大許容使用圧力（MAWP）の1.5倍の圧力で最低30分間の静水圧試験を受けます。高圧配管システムは、3.00 MPaの運転圧力で漏れのない完全性を確保するために、ANSI Class 900フランジ接続を備えたシームレスSS316Lで製造されています。

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

4WM-100/30の乾燥重量は36.50トンで、重心はベースプレートから約1,200mm上にある。4列対向シリンダー設計により優れた力のバランスが実現されているにもかかわらず、機械の質量とパワーの大きさから、 60～80トンの鉄筋コンクリート慣性ブロックブロックは、隣接する構造物や精密機器への振動伝達を防ぐため、高耐久性スプリングアイソレーター（固有振動数4～6Hz）に取り付ける必要があります。基礎は、起動時および緊急停止時の静荷重と動荷重を支えることができるよう、資格を有する構造技術者によって設計されなければなりません。最小クリアランス要件：メンテナンスアクセス用に全方向2.0m、大規模オーバーホール時のクレーンアクセス用に頭上3.0m、ローター取り外し専用の重量物吊り上げベイ。

冷却水システムの設計

冷却水の需要は約 120 m³/h 入口温度が 32°C を超えない状態で冷却水が供給されます。水分配回路は、個別の流量制御弁を備えた並列分岐でシリンダージャケット、3 つのインタークーラー、およびアフタークーラーに水を供給します。4 段圧縮のため、冷却水管理は非常に重要です。インタークーラーの性能が低下すると、後続の段で温度が連鎖的に上昇し、PTFE シール要素の安全な運転限界を超える可能性があります。水質仕様: pH 6.5～8.5、総溶解固形物 < 400 mg/L、塩化物含有量 < 30 mg/L (SS316L の腐食防止のため)、懸濁固形物 < 20 mg/L、総硬度 < 250 mg/L (CaCO₃ 換算)。信頼性の高い運転のためには、全流ろ過と自動化学処理を備えた専用の密閉ループ冷却塔が必須です。

予防保守スケジュール

4WM-100/30 のオイルフリー設計により、潤滑式コンプレッサーの負担となるオイル関連のメンテナンス作業が全て不要になります。オイル交換（年間 400～600 リットルの節約）、オイル分析プログラム、フィルターエレメントの交換、セパレーターカートリッジの交換、廃油処理は不要です。主な消耗品は、 PTFE製ピストンリングおよびライダーバンド清浄な窒素環境下では、通常3,000～5,000時間の耐用年数を実現します。4段階構造のため、メンテナンス計画では各段階特有の摩耗パターンを考慮する必要があり、高圧段階（第4段階）は通常、低圧段階よりも頻繁な点検が必要です。

法令遵守および安全認証

4WM-100/30窒素コンプレッサーは、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。

パフォーマンスと効率の分析

4WM-100/30は 比消費電力は約12.00kW/m³/分 吐出圧力 3.00 MPa で供給される窒素。この特定の出力値は、4 段の超高圧圧縮の熱力学的現実を反映しており、圧縮の累積仕事は相当なものです。しかし、超高圧オイルフリー圧縮機セグメント (吐出圧力 >2.50 MPa、容量 >50 m³/分) では、この効率は例外的です。比較のために、同様の用途で使用されるオイル潤滑往復動圧縮機は通常 13.0～15.0 kW/m³/分を消費しますが、スクリュー圧縮機でこの圧力を達成しようとすると、機械的に複雑で効率の低い、段間冷却を備えた多段構成が必要になります。

年間8,000時間の稼働スケジュールにおいて、4WM-100/30の効率上の優位性は、効率の低い代替品と比較して、およそ 年間80万～160万kWhのエネルギー節約$0.08/kWhの場合、これは年間$64,000～$128,000の直接的な電気料金削減に相当します。ただし、4WM-100/30の主な経済的正当化は通常、 大容量、超高圧、そして本来のオイルフリー運転の組み合わせ 代替技術では到底及ばない。 超高圧窒素圧縮装置の総所有コスト エネルギー消費とメンテナンスが主な課題であり、これらは4段階のオイルフリー設計によって最適化されている。

オイル関連の消耗品を排除することで、この規模では特に大きなコスト削減効果が得られます。100 m³/分の容量を持つ潤滑式コンプレッサーでは、年間1,000～2,000リットルの潤滑油に加え、数百個のフィルターエレメント、セパレーターカートリッジ、廃油処理費用が発生し、合計で年間25,000～40,000ドルの費用がかかります。4WM-100/30のオイルフリー設計は、これらの費用を完全に排除すると同時に、窒素製品の流れにオイルが混入しないことを保証します。これは定量化不可能な価値ですが、半導体、医薬品、食品グレードの用途では非常に重要です。

カスタマイズおよびOEM対応

当社では、4WM-100/30を特定のメガプロジェクトの要件に合わせてカスタマイズするための包括的なオプションをご用意しています。

• ターンキーEPCパッケージ： 基礎設計、冷却水システム、変電所、制御室、安全システムを含む、コンプレッサー室の包括的な設計を行います。設計から試運転まで、プロジェクト全体を管理いたします。
• 重複したツインユニット配置： 2台の4WM-100/30コンプレッサーを2×​​100%または3×50%構成で配置し、自動負荷分散とシームレスな切り替え機能を備えています。ミッションクリティカルな用途向けに、100%窒素の安定供給を保証します。
• 高度なDCS統合： 冗長プロセッサ、15インチHMIタッチスクリーン、OPC-UA、Modbus TCP/IP、または独自プロトコルを介したプラントDCSとの完全統合を備えた、シーメンスS7-1500またはアレン・ブラッドリーControlLogix PLC。予知保全アルゴリズムとデジタルツインシミュレーション機能を搭載。
• 環境・安全システム： 耐爆構造のコンプレッサー室、ガス検知アレイ、自動放水式消火システム、および緊急減圧システム。API、NFPA、および地域の安全規制に準拠。
• OEMおよびプライベートブランドプログラム： 世界的なガス大手およびEPC請負業者向けに、カスタムブランディング、塗装デザイン、およびドキュメントパッケージを提供します。包括的な技術サポートとスペアパーツ物流ネットワークも完備しています。

カスタム構成は以下から入手可能です 最小注文数量：1個機械の複雑さから、技術レビューと提案書の作成には通常10～14営業日かかります。標準納期は20～26週間ですが、承認済みの設計を持つ対象プロジェクトについては、特急プログラムを利用することで16週間に短縮できます。

事例研究：石炭化学複合施設における窒素供給

クライアント： 中国の国有石炭化学企業で、4基の噴流床式ガス化炉と下流のメタノール／アンモニア合成設備を稼働させている。

チャレンジ： この複合施設では、ガス化炉の不活性化、合成ガスパイプラインのパージ、触媒の保護、および緊急隔離のために、90,000 Nm³/h の高圧窒素 (2.8～3.2 MPa) が必要でした。既存の供給源は、3 台の油潤滑式コンプレッサー (ヨーロッパ製、20 年以上稼働) でしたが、窒素流に深刻な油の混入が発生していました。油の混入により、メタノール合成触媒が汚染され (交換費用は 1 チャージあたり 14 万 250 万 ペソ)、合成ガス熱交換器が汚損し、年間平均 45 時間もの計画外停止が発生していました。老朽化したコンプレッサーはエネルギー効率も悪く、100 m³/分あたり 1,450 kW を消費しており、最新の基準とは大きく異なっていました。

解決： 当社は供給しました 4WM-100/30型オイルフリー窒素コンプレッサー2台 2台の100%コンプレッサーを冗長構成で設置し、それぞれ専用のターンキー・スキッドに搭載。スキッドには、4段式インタークーリング、アフタークーリング、およびシーメンスS7-1500冗長PLC制御システムが統合されている。コンプレッサーは、自動ガス検知、緊急減圧、および消火設備を備えた耐爆構造の建物内に収容されている。上流側には、4つのガス化プラントからの需要変動を緩衝するために、50m³のサージタンクが設置されている。

36か月後の定量的な結果：

• 窒素油含有量： 5.8 mg/m³から0.01 mg/m³未満に減少ISO 8573-1クラス0を達成
• メタノール触媒の被毒事故： ゼロ 稼働開始以来、触媒交換を回避するごとに$2.5Mのコスト削減を実現
• 計画外のシャットダウン： 年間45時間から年間2時間に削減 （定期メンテナンス時のみ）
• エネルギー消費量： 17.2%改善 （100 m³/分あたり1,450 kWから1,200 kWに削減）コンプレッサー1台あたり年間$320,000の節約
• コンプレッサーの稼働状況： 99.7% 冗長構成で36か月以上
• 返済期間： 3.2年 エネルギー節約、触媒保護、および停止損失の回避を含む

「4WM-100/30コンプレッサーの導入により、窒素供給は慢性的な運用リスクから信頼性の高い供給源へと劇的に変化しました。オイル汚染の解消は、触媒保護だけでも既に投資額を何倍も上回る効果をもたらしています。冗長性のおかげで、ガス化装置への窒素供給が途絶える心配は一切ありません。」 — 石炭化学事業部門最高執行責任者

よくある質問と選択ガイド

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