ポンプの事故・トラブル事例｜腐食・振動・軸受・軸封・芯出しの5類型

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ポンプのトラブル事例を読んで「この部品を交換すればよい」と覚えるだけでは、別の設備へ応用できません。同じ振動でも、羽根車の不釣合い、配管共振、芯ずれ、軸受損傷、キャビテーションでは対策が違います。漏れた場所が軸封でも、原因がシール材とは限りません。

事例から学ぶときは、最初の兆候、壊れた場所、直接原因、背景にある設計・運転・保全条件、再発防止を分けて読みます。すると、異常が小さい段階で何を測り、どこで停止・切換えを判断すべきだったかが見えてきます。

この記事では、一次資料に収録された実例を、腐食・浸食、振動・共振、軸受、軸封、芯出し・熱変形の5類型へ再構成します。最後に、ポンプそのものの故障ではなく、保全中の予備ポンプを誤って起動したことが大事故の引き金となった事例から、隔離・引継ぎの重要性も確認します。

1. トラブル事例は5つの欄に分けて読む

事例を現場で使える知識にするには、次の5欄へ整理します。

「軸受が焼けたから軸受を交換した」は、壊れた場所と応急処置しか書かれていません。なぜ過大荷重がかかったのか、交換した軸受形式に必要な軸方向の動きを確保できていたかまで調べて、再発防止になります。

2. 5類型の全体像

この表で重要なのは、見えた場所と原因の場所が違うことです。吸込圧力低下の原因が圧力計ではなく腐食生成物だったり、配管振動の原因が配管だけでなく羽根枚数変更だったりします。

3. 事例1｜腐食生成物がストレーナを詰まらせた

最初の兆候

高温のボイラ給水ポンプで、運転中の吸込圧力が次第に不安定になり、最終的に低下しました。吐出圧力も低下し、キャビテーションのような異音が現れました。契約運転中で直ちに停止できず、予備機へ切り換えてストレーナを清掃する対応が繰り返されました。

直接原因と背景条件

停止後に調べると、取扱液が想定に反して酸性側となり、ポンプや配管で腐食・浸食が進んでいました。発生した金属粉が吸込ストレーナへ堆積し、吸込圧力を下げ、キャビテーションへつながっていました。羽根車なども原形を保てないほど損傷していました。

この事例では「ストレーナが詰まった」は途中の故障モードです。ストレーナ清掃だけでは、上流から金属粉が供給され続けるため再発します。

現場で確認したいこと

• 圧力低下前に、吸込圧力計の揺れやストレーナ差圧が増えていなかったか
• 清掃物が錆、スケール、樹脂、プロセス固形物のどれか
• 液のpH、濃度、溶存成分、温度が設計条件から変わっていないか
• ポンプだけでなく吸込配管、熱交換器、槽など上流設備に減肉・浸食がないか
• 材料選定と水質・液性管理の責任範囲が仕様書で明確か

恒久対策は、ストレーナ清掃周期の短縮だけでなく、液性を管理し、腐食源を止め、必要なら材料・運転条件・監視方法を見直すことです。

4. 事例2｜羽根枚数の変更で吐出配管が共振した

最初の兆候

従来は二枚翼の羽根車を使っていた設備で、高効率化を目的に一枚翼のポンプへ交換したところ、運転直後から吐出配管が大きく振動しました。

直接原因と背景条件

羽根枚数を変えると、流体力の脈動が発生する周波数も変わります。新しいポンプでは、その励振周波数が吐出配管の固有振動数に近づき、共振が起きました。ポンプ単体の振動値や据付けだけを確認しても、配管系との組合せで発生する共振は見逃します。

対策では吐出配管の支持を見直し、配管系の固有振動数を励振周波数から離しました。ただし、支持を強くすれば必ず解決するわけではありません。剛性、質量、支持位置を変えた結果、固有振動数がどちらへ動くかを確認する必要があります。

現場で確認したいこと

• ポンプ交換や羽根車変更の前後で、回転速度と羽根通過成分が変わっていないか
• 配管のどこで振幅が大きく、節・腹がどこにあるか
• 生波形だけでなく周波数スペクトルに明確なピークがあるか
• 支持、ガイド、スプリング、配管内液質量を含めた固有振動数を確認したか
• ポンプ停止時の打撃試験と運転時振動を比較できるか

この事例の教訓は、「ポンプの効率改善」が配管の振動条件を変える可能性があることです。変更管理では、機器単体だけでなく接続系まで影響範囲に含めます。

5. 事例3｜軸受形式の置換で軸方向の逃げがなくなった

最初の兆候

両持ポンプで、従来の円筒ころ軸受を別形式の玉軸受へ置き換えた後、出荷前試験でラジアル軸受側の温度が異常に上昇しました。分解すると軸受が焼けて変色していました。

直接原因と背景条件

元の軸受は外輪が軸方向へ相対移動でき、主軸の熱膨張や微小なたわみを逃がせる構成でした。置換後の軸受は内部で動ける量が小さい一方、外輪と周辺部品の軸方向すき間も確保されていませんでした。運転中に逃げがなくなり、過大な軸方向荷重が軸受へ作用して発熱したと推定されました。

対策は、外輪が軸方向へ動けるように構造上のすき間を設けることでした。軸受の外形寸法が同じでも、荷重の受け方、内部すき間、熱膨張の逃がし方は同じとは限りません。

現場で確認したいこと

• 交換軸受の形式、内部すき間、保持器、固定側・自由側の役割
• 主軸、ケーシング、軸受ハウジングの温度差と熱膨張方向
• 外輪・内輪のはめ合いと、軸方向へ動くべき箇所
• 整備前後の手回し、軸方向位置、温度・振動トレンド
• 「同寸法だから互換」と判断した変更がないか

軸受温度が上がったとき、給油量だけを増やすと原因を隠す可能性があります。潤滑、荷重、すき間、芯ずれ、冷却を一組で確認します。

6. 事例4｜メカニカルシールのかじりで手回し不能になった

最初の兆候

両持横軸ポンプで、始動前の手回しができず、モータとの芯出し作業を進められませんでした。原因は軸受や羽根車ではなく、メカニカルシール摺動面の「抱き付き」でした。

直接原因と背景条件

発注者指定のシール形式・材料組合せが、かじりを起こしやすいものでした。工場試験では一時的に潤滑剤を使って回転させ、試験後に洗浄して出荷しましたが、現地では再び摺動面が固着し、回転体を手で回せませんでした。最終的に実績のある材料組合せへ変更されました。

ここでの教訓は、工場試験を通すための一時処置と、現地で継続使用できる恒久対策を分けることです。潤滑剤で一時的に回っても、取扱液中で同じ潤滑状態が得られるとは限りません。

現場で確認したいこと

• シール面材の組合せに同じ液・温度・圧力での実績があるか
• 組立前洗浄、異物、乾燥状態、長期保管の影響
• 工場試験でだけ使った潤滑剤、洗浄液、仮配管がないか
• 手回し抵抗が軸封、軸受、ウェアリングのどこで発生しているか
• 指定仕様に技術上の懸念がある場合、文書で合意・変更管理したか

7. 事例5｜芯出し調整用のすき間がなく、モータを動かせなかった

最初の兆候

立形多段ポンプで、始動前にモータとポンプの芯出しができませんでした。モータはポンプ上部のモータ台へインローではめ込む構造で、リジッドカップリングにより直結されていました。

直接原因と背景条件

モータ取付けフランジ外径とモータ台フランジ内径の間に、半径方向の芯出し調整用すき間がありませんでした。中心がずれていてもモータを移動できないため、芯出し作業そのものが成立しませんでした。

対策は、インロー部を追加工して調整用すき間を設け、調整板と押しボルトでモータ位置を動かせるようにすることでした。設計値として芯ずれ許容値を決めても、現場で測定・調整できる構造がなければ守れません。

高温ポンプではウォーミング方法も芯出しへ影響する

別の事例では、高温ポンプの上側だけが先に温まり、ケーシングと回転体が不均一に熱膨張して、ウェアリング部が接触し、手回しできなくなりました。ウォーミング液をポンプ下部にも流す配管へ変更し、均一に温める対策が採られました。

芯出しは据付け時の一回だけではありません。配管接続後、ウォーミング後、温態運転時に、ケーシング、モータ台、配管荷重、熱膨張で位置関係が変わります。

8. 小さな保全状態が大事故の引き金になる

パイパーアルファ事故では、運転中ポンプの停止を受けて予備ポンプを起動しようとしました。しかし予備ポンプの吐出側にあるリリーフ弁は保全のため取り外され、配管開口部は閉止フランジで仮止めされていました。夜勤側は作業状態を正しく把握できず、設備はロックアウトされていませんでした。

予備ポンプを起動すると、運転圧を受けるには不十分だった閉止部から可燃性流体が放出され、火災・爆発へ進展しました。直接の引き金は予備ポンプの起動ですが、ポンプの機械故障ではありません。

背景には、作業許可、隔離・ロックアウト、閉止方法、シフト引継ぎ、保全中機器の表示、設備配置、防火壁、消火設備など複数の防護層の不備がありました。したがって「運転員が起動した」で原因分析を終えてはいけません。

予備機切換え前に確認すること

• 保全中・使用禁止の札、ロック、電源隔離、弁隔離、閉止板の状態
• 作業許可票と現場の機器状態が一致しているか
• 開放部、取り外し部品、仮設配管、ボルトの復旧状態
• シフト引継ぎで、開始前・中断中・完了済みを区別しているか
• 起動によってどこへ圧力がかかるか
• 切換え不能時の安全な停止手順

予備機は「起動できる」だけでなく、「起動して安全に圧力をかけられる」状態であることを確認します。

9. 5事例に共通する故障の連鎖

5事例には、次の共通構造があります。

1. 液性、羽根車、軸受形式、シール材、据付け構造など何かが変わる
2. 変更が吸込条件、励振周波数、熱膨張、摩擦、調整可能範囲を変える
3. 圧力揺れ、振動、温度、手回し抵抗など小さな兆候が現れる
4. 清掃、給油、潤滑剤などの応急処置で一時的に状態が戻る
5. 背景条件を直さなければ、閉塞、共振、焼付き、漏れ、接触が再発する

トラブルが整備後、機器交換後、液種変更後、運転条件変更後に始まった場合は、変更点を時系列で並べます。「以前と同じように運転した」は、設備側が同じ条件だったことを意味しません。

10. 再発防止は4層で考える

点検周期を短くするだけでは、設計上の共振や調整不能構造を除去できません。材料を高級化するだけでも、液性逸脱や異物混入が続けば別の場所が損傷します。原因に対応した層を選びます。

11. トラブル報告書に残す項目

部品を洗浄・廃棄する前に、付着物、破面、変色、接触痕を写真と試料で残します。処置後の正常値も記録し、次回の比較基準にします。

現場用チェックリスト

まとめ

ポンプのトラブル事例は、壊れた部品ではなく、兆候から背景条件までを一続きで読むことで現場に活かせます。腐食生成物による吸込閉塞、羽根枚数変更による配管共振、軸受形式変更による熱膨張の拘束、シール材のかじり、調整不能な芯出し構造は、いずれも目の前の部品交換だけでは再発を防げません。

また、保全中の予備ポンプを誤って加圧した事故は、ポンプの機械的信頼性とは別に、隔離、ロックアウト、閉止、作業許可、引継ぎが必要であることを示します。異常の小さな兆候と設備状態を記録し、物理原因、監視、作業管理、横展開の4層で対策してください。

参考文献

• 外山幸雄『ポンプの選定とトラブル対策』第6章「トラブル事例、その原因と対処法」 　Amazonで見る
• 化学工学会SCE・Net安全研究会編『若い技術者のためのプロセス安全入門』3.7「安全な作業の実行：英国、北海、パイパーアルファ、1988年」 　Amazonで見る