ポンプの種類と分類｜ターボ形・容積形・特殊形、化学プラントではどこに何を使うか

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プラントを歩くと、同じ「ポンプ」でも形がまるで違う機械が並んでいます。渦巻きのケーシングにモータが直結したもの、脈打つ音を立てる往復動のもの、軸が見えないマグネットポンプ。P&IDの記号は同じ丸でも、中身の原理が違えば、弁を絞ったときの振る舞いも、壊れ方も、始動の手順も違います。

この記事では、ポンプを3つの家系に分け、化学プラントのどこにどれが使われているかを整理します。分類を覚えること自体が目的ではありません。目の前のポンプが「どの家系か」が分かれば、運転でやっていいこと・いけないことの大半が決まるからです。

1. 3つの家系｜ターボ形・容積形・特殊形

教科書の分類は「どうやって液に圧力を与えるか」で分けます。

ターボ形の中でも、羽根車から液が出ていく向きで遠心（半径方向）・斜流（斜め）・軸流（軸方向）に分かれます。さらに横軸か立軸か、ケーシングが渦巻かディフューザか、片吸込みか両吸込みか、単段か多段か、という組み合わせで形式名が決まります。現場で「片吸込単段渦巻ポンプ」と呼ばれているものは、この組み合わせの一番多い形です。

「特殊形」は雑多に見えますが、化学プラントで出会う頻度は意外に高い家系です。軸封をなくしたマグネットポンプやキャンドモータポンプは、原理は遠心でも、運転上の注意（空運転厳禁）がまるで違うので別記事で扱います。蒸気で真空を引くエジェクタも、動く部品のない「ポンプ」です。

2. 決定的な違い｜吐出し弁を絞ったとき流量はどうなるか

運転員にとって一番大事な違いは、分類表の名前ではなく「吐出し側の抵抗が増えたとき、ポンプがどう振る舞うか」です。

遠心ポンプは、吐出し弁を全閉にしても圧力は「締切揚程」で頭打ちになります（そのかわり長時間の締切運転は液温が上がって別の問題になります。これは第3章の記事で扱います）。

容積形は違います。1回転・1往復で決まった量を必ず押し出すので、出口を塞がれても押し続け、圧力は配管か部品が壊れるまで上がります。 だから容積形ポンプの吐出し側には必ず逃し弁（安全弁）が付いていて、運転員は「吐出し弁を閉めたまま起動してはいけない」と教わります。逆に遠心ポンプは、軸動力を小さくするために吐出し弁を少し絞って起動するのが普通です。同じ「起動」でも手順が逆なのは、この家系の違いが理由です。

粘度の行も現場で効きます。冬場に粘度が上がる液を遠心ポンプで送っていると、効率が落ちて電流が上がり、流量が出なくなります。容積形はこの影響が小さいので、高粘度の液には回転ポンプ（ギヤ・スクリュー）が選ばれます。

3. ターボ形の中身｜遠心・斜流・軸流は「比速度」で分かれる

遠心・斜流・軸流の使い分けは、流量と揚程の組み合わせで決まります。教科書では比速度という1つの数で整理していて、小さい方から遠心（おおむね100〜数百）、斜流（およそ350〜1350）、軸流（およそ1000〜2500）と並びます。比速度の中身は別記事に譲りますが、感覚としては「流量が大きく揚程が低いほど、羽根車はプロペラに近づく」と覚えておけば十分です。

• 遠心ポンプ：揚程は単段で10〜550 m程度、多段なら4000 m級まで。羽根車の出口に案内羽根のないものが渦巻ポンプ、案内羽根（ディフューザ）を付けて高揚程を効率よく出すものがディフューザポンプ。揚程の低いものは締切り状態で起動・停止できる
• 斜流ポンプ：単段で5〜60 m、多段で150 m程度。大流量・中揚程の循環水など。締切り起動・停止ができる
• 軸流ポンプ：揚程1〜8 m程度の大流量。締切り状態では軸動力が逆に大きくなるので、バイパスや可動翼などの対策なしには締切り起動・停止ができない

最後の一点は運転員に直結します。同じターボ形でも、遠心ポンプは「吐出し弁を絞って起動」、軸流ポンプは「開けて起動」。理由は性能曲線の軸動力の向きが逆だからで、これは性能曲線の記事で図にします。

4. 容積形の中身｜往復動と回転形

容積形は「部屋に閉じ込めて押し出す」ので、流量は回転数（または往復数）×1回の押しのけ量で決まります。吐出し圧力がいくつでもほぼ同じ量が出てくるので、定量注入（薬注、触媒、添加剤）に向きます。

• 往復形：ピストン、プランジャ、ダイヤフラム。高圧・小容量・高粘度に強い。吐出しが脈動するので、配管にアキュムレータ（脈動緩衝器）を付けることがある。しゅう動部が多く補修費がかかる
• 回転形：歯車（ギヤ）、ねじ（スクリュー）、ベーン、カム、一軸偏心ねじ（モーノ）。脈動が小さく小形軽量。燃料油・潤滑油・樹脂・スラリー状の高粘度液に使う

どちらも吐出し側の逃し弁が命綱です。逃し弁の吹出し量はポンプの吐出し量と同じだけ必要で、吹出した液は吸込側に戻すのが普通です。この設計と点検は、回転式ポンプと安全弁の記事で扱います。

5. 化学プラントではどこに何を使うか

化学装置便覧には、化学装置での用途と適用形式の対応がまとめられています。自分の現場に当てはめると、だいたい次のようになります。

同じ「送液」でも、吸込側が飽和液（蒸気圧ぎりぎりの液）の凝縮液ポンプは、吸込条件が厳しいので別格です。ここは NPSH の記事で詳しく扱います。

6. 銘板とP&IDから形式を当てる

現場で形式を見分ける手がかりを挙げておきます。

• 渦巻き形のケーシングにモータが横に直結：片吸込単段渦巻ポンプ。化学プラントで一番多い
• 細長い胴に複数の段が並ぶ：多段遠心。高圧チャージ用
• 吐出し配管に逃し弁、吸込側へ戻る配管がある：容積形（往復・回転）。逃し弁が無いように見えたらポンプ内蔵のことがあるので取説で確認
• 吐出し配管から吸込タンクへ細い戻り配管（ミニマムフローライン）：遠心ポンプで、小流量運転を想定しているサイン
• 軸継手（カップリング）が無く、モータと一体：マグネットポンプかキャンドモータポンプ。空運転厳禁
• ピストンやダイヤフラムの往復音、脈動：往復動。アキュムレータの有無を見る

P&IDでは記号の違いだけでは家系が分からないことも多いので、機器リストの「形式」欄と、周りの付属品（逃し弁・ミニマムフロー・ベント）を合わせて読むのがコツです。

まとめ

• ポンプはターボ形・容積形・特殊形の3家系。化学プラントの主力は遠心ポンプ
• 運転で一番効く違いは吐出し弁を絞ったときの振る舞い。遠心は流量が減って落ち着く、容積形は圧力が上がり続けるので逃し弁が要る
• ターボ形の中では流量と揚程の組み合わせ（比速度）で遠心・斜流・軸流が分かれ、軸流は締切り起動できない
• 用途は、注液＝往復動、高圧チャージ＝多段遠心、一般送液＝単段遠心、大流量循環＝軸流・斜流、凝縮液＝低NPSHの遠心
• 形と配管の付属品（逃し弁・ミニマムフロー・カップリングの有無）でおおよその家系は現場で当てられる

次は、運転員が毎日見ている圧力計の針と「揚程」の関係です。吐出し圧力の値は、そのままでは全揚程ではありません。

参考文献

• 高橋徹『流体のエネルギーと流体機械』理工学社, 2章「ポンプ」図2・1「揚水原理によるポンプの分類」、図2・2「ターボ形ポンプの形式による分類」 　Amazonで見る
• 化学工学協会編『化学装置便覧 改訂二版』丸善, 第18章「ポンプ, 圧縮機, 冷凍機」18・1 ポンプの種類と選定（表18・1、表18・2。手元は改訂二版） 　Amazonで見る
• 高圧ガス保安協会『高圧ガス保安技術』学識編 11.5「圧縮機とポンプ」表11.8「各種ポンプの特徴」、ターボ形ポンプの種類
• 外山幸雄『絵とき「ポンプ」基礎のきそ』日刊工業新聞社, 第1章「ポンプの基礎」 　Amazonで見る
• 外山幸雄『ポンプの選定とトラブル対策』日刊工業新聞社, 第1章「ポンプの種類と選定のポイント」 　Amazonで見る