API規格に準拠した石油精製プロセスろ過：金属フィルターエレメントの仕様選定

製油プロセスろ過とは、製油ユニット間における炭化水素およびプロセスストリームから、粒子、触媒微粉、スケール、プロセスデブリを制御しながら除去することであり、API機械規格およびASME圧力配管コードに準拠して指定された耐圧金属フィルターエレメントおよびストレーナーを使用して行われます。この分野は、曖昧なものではなく定量化されています。例えば、FCCスラリーオイルフィルターは通常1〜25ミクロンの範囲の触媒微粉を除去し、API 610渦巻きポンプは起動時に一時的なステンレス製サクションストレーナーによって保護され、API 617コンプレッサートレインの潤滑・シールオイルシステムは公称10ミクロン定格の複式フィルターを稼働させます。そして、エレメント自体は200°C〜450°Cのプロセス温度、ASME Class 2500までの圧力クラス、およびASME B16.5に準拠して機械加工されたフランジ接続向けに設計されています。これらの数値はいずれも、ベンダーの主張ではなく規格要件に基づいているため、製油プロセスろ過はまず仕様の決定であり、ハードウェアの選定は二の次です。つまり、支配的な規格がエレメントの選択を決定するのであり、その逆ではありません。

なぜ製油プロセスろ過がAPI規格に依存するのか

製油所は回転機械、反応器、熱交換器の集合体であり、すべてのフィルターはこれらの一部を保護するために存在しています。大型の原油または水素化分解ユニットにおける1回の計画外停止は、スループットの損失により1日あたり数百万ドル（7桁）に達することがあり、それを引き起こす最も手っ取り早い方法は、微粉、スケール、または溶接デブリをポンプシール、コンプレッサーベアリング、または活性触媒層に到達させることです。アメリカ石油協会（API）は、製油業者、ライセンサー、およびEPCコントラクターが契約上の基準として使用する機械規格を策定しており、規格がストレーナーやフィルターに言及する場合、そのコンポーネントはパッケージの圧力クラス、フランジ定格、材料、および清浄度要件を引き継ぎます。製油所用途において、「フィルターがAPIに適合していること…」は、優れた仕様書のすべての冒頭を飾る言葉です。

製油所用途におけるストレーナーおよびフィルターを規定するAPI規格

単一の「APIフィルター規格」というものは存在しません。フィルターおよびストレーナーの要件は機械およびシステム規格の内部に存在し、それぞれがプラントの異なる部分に対応しています。

• API 610 — 渦巻きポンプ 製油プロセスろ過において最も参照される規格です。ポンプ起動用の一時的なサクションストレーナーをカバーし、スクリーン材料と開口面積の期待値を定義し、恒久的なストレーナーが正当化される基準を定めています。現代の製油所におけるほぼすべてのポンプパッケージはAPI 610に準拠して指定されているため、そのストレーナーに関する条項はプラント内で最も一般的なろ過要件となっています。
• API 614 — 潤滑、シャフトシール、および制御油システム コンプレッサーやターボ機械に供給するオイルシステムを規定しており、フィルターの選定、複式（デュプレックス）配置、フィルター定格、および潤滑油用の洗浄可能エレメントの要件などが含まれます。
• API 617 — 軸流および渦巻きコンプレッサー コンプレッサートレインの潤滑およびシールオイルのろ過について言及しています。フィルターは通常、高速ベアリングを保護するために複式（デュプレックス）であり、約10ミクロンで定格されています。
• API 618 — 往復動コンプレッサー 汚染されたオイルがクロスヘッドやベアリングの寿命を縮める往復動フレームにおける、潤滑油ろ過の要件を規定しています。
• API 676 — 容積式ポンプ — 回転式。 異物がクリアランスの狭い内部部品を損傷するのを防ぐため、サクションストレーナーを要求しています。
• API 682 — ポンプ — 軸封システム。 ストレーナーやフィルターを介してクリーンなフラッシュ液を流すシールフラッシュプラン（例：外部クリーン流体を使用するプラン32回路など）を規定しています。

APIの機械規格と並んで、 ASME B31.3 （プロセス配管）はフィルター周囲の配管およびフィルターハウジングの設計を規定しており、一方で ASME B16.5 は、ハウジングをラインに接続するために使用されるフランジ寸法、圧力・温度定格、およびフランジ面を規定します。圧力容器として製造されるハウジングは、ASME セクションVIII ディビジョン1。材料はプラントのASTM/EN規格に準拠しており、標準として304Lおよび316Lステンレス鋼、高温または腐食性環境の用途には904L、デュプレックス、およびニッケル合金を使用します。

製油所用途向け金属フィルターエレメントの種類：焼結 vs 織金網 vs ウェッジワイヤ

エレメントは、仕様が実際のハードウェアとして具現化される部分です。3つの金属エレメントファミリーが製油所プロセスろ過用途の大部分をカバーしており、それぞれが微粉、温度、および洗浄方針の異なる組み合わせに対応しています。

微粉が問題となる用途では、絶対ろ過精度を提供する焼結エレメントが標準となります。これは、逆洗や熱サイクルを経てもろ過精度を維持する強固な細孔構造を備えているためです。織金網は、経済性と開孔率が絶対ろ過精度よりも重視されるストレーナーや粗ろ過保護の主力製品であり続けています。ウェッジワイヤは、固形物負荷が非常に高く、金網が数時間で目詰まりしてしまうような用途で真価を発揮します。Vスロットプロファイルにより、粒子が隙間に挟まることなく通過します。最も一般的な2つの製品ファミリーをより詳しく比較するために、KAIFILのガイドである「 焼結金属フィルター vs 金網フィルター 」では、それぞれのメリットとデメリットを詳しく解説しています。

API 610 ポンプ吸引ストレーナーの仕様選定

製油所で最も一般的なろ過仕様であり、最も日常的なものでもあるのが、遠心ポンプの吸引ストレーナーです。API 610では、吸引配管に一時的なストレーナーを取り付けた状態でポンプパッケージをスタートアップできることを要求しており、そのストレーナーの仕様選定が、試運転がスムーズに進むか滞るかを左右します。

重要なパラメーターは3つあります。 スクリーンメッシュ — スタートアップストレーナーは通常60メッシュ（目開き約250ミクロン）であり、微細な異物が予想され、ポンプのNPSHマージンが許容する場合は100メッシュ（約150ミクロン）が使用されます。 開口率 — ほとんどのプロジェクト仕様では、スタートアップ時にスクリーンがポンプへの供給不足を起こさないよう、ストレーナーの有効開口面積（ネットフリーエリア）を吸込ノズル面積の2〜3倍にすることを要求しています。 取り外し形状 — コニカルストレーナーやバスケットストレーナーは、同一配管サイズにおいてフラットスクリーンよりも広い面積を確保でき、配管を切断することなく引き抜いて洗浄できるため、好まれます。

材質と構造も規定されます。304Lまたは316Lステンレスメッシュ、吸込ラインと同じASME B16.5クラスのフレームおよび出口フランジ、そして検査と洗浄のためのアクセス性などです。プロセスが長期間にわたり汚れている場合、一時的なストレーナーは恒久的なバスケットストレーナーまたは複式（デュプレックス）構成に置き換えられ、一方のバスケットを洗浄している間も、もう一方が稼働を継続できるようにします。KAIFILの コニカルおよびバスケットストレーナー製品ライン は、この用途で使用されるコニカルおよびバスケット形状をカバーしています。

触媒微粉ろ過：1〜25ミクロンの焼結エレメント

現代の製油所において最も価値の高いろ過プロセスは、触媒微粉の除去です。流動接触分解（FCC）装置では、触媒が反応器と再生器の間を循環し、常に摩耗しています。1〜25ミクロン範囲の微粉はスラリーオイルに同伴して排出されるため、燃料油として販売される前、または後続の処理工程に送られる前に除去する必要があります。水素化処理装置でも、上流側で同様の論理が適用されます。粒子状物質が堆積した触媒層は活性を失い、予定外の高価な早期交換を余儀なくされるため、フィードフィルターによって触媒層を保護します。

この用途において焼結金属エレメントが主流となっている理由は3つあります。第一に、1〜25ミクロン帯で絶対ろ過精度を維持できるため、下流設備を確実な数値に基づいて設計できます。第二に、優れた耐熱性を備えていることです。FCCスラリーは主分留塔から300°C以上で排出され、これはポリマーや一般的なカートリッジろ材の耐熱限界を容易に超えますが、焼結構造は熱サイクルを経てもそのろ過精度を維持します。第三に、定置洗浄が可能であることです。逆洗（バックフラッシュまたはバックウォッシュ）サイクルによって、強固なろ材からケーキを剥離させてエレメントを再利用できるため、製油所の流量規模でも微粉ろ過を経済的に行うことができます。KAIFILの 5層焼結金網 は、これらのエレメントに最も一般的に組み込まれるろ材であり、焼結金属フィルターエレメントの製品ラインは、スラリーオイル、水素化処理装置フィード、およびアミンろ過用途で使用されるカートリッジ形状を示しています。

温度、圧力クラス、および ASME B16.5 フランジ

製油所のプロセスろ過において、常温が問題になることはほとんどありません。エレメントやハウジングは通常、200〜450°Cの用途向けに仕様規定されており、この温度域こそが金属ろ材が他のすべてのろ材と明確に一線を画す部分です。合金の選定はプロセス流体に応じて行われます。304Lおよび316Lステンレス鋼は、クリープや鋭敏化が設計上の制約要因となる前の、約450°Cまでの連続使用におけるほとんどの用途をカバーします。温度と腐食が重なる環境では、904L、duplex、およびニッケル合金がその適用範囲を広げます。焼結ろ材は、構造が機械的に織られたものではなく冶金学的に結合されているため、高温下でもその孔形状と強度を維持します。これは、400°Cにおいてポリマーシールでは到底太刀打ちできない強みです。KAIFILの「 高温用ステンレス鋼製フィルターチューブ材料 」に関する記事では、合金の限界についてさらに詳しく説明しています。

圧力はASMEクラスで規定されており、エレメントは単なるライン圧力だけでなく、プロセスによって生じる可能性のある差圧に対しても定格を満たしている必要があります。一般的な製油所のハウジングは、装置に応じてASME Class 150からClass 2500に基づいて製造されており、水素化処理ループはその範囲の上限で運転されます。エレメントの耐圧壊定格（ケーキが流れを塞いだ際に差圧によって潰れることに対する耐性）は仕様の明細項目であり、焼結ろ材が選ばれるのは、その剛性のある細孔構造が、目詰まりしたエレメントに生じる高い差圧にまさに耐えられるためです。

すべてのハウジングはASME B16.5フランジを介してプロセス配管に接続されるため、フランジのサイズ、クラス、およびフェーシング（レイズドフェイスまたはリングタイプジョイント）はフィルター仕様の一部となります。Class 900 RTJフランジはClass 600 RFフランジと互換性がなく、エレメントの出口（カートリッジチューブシートまたはバスケットフランジのいずれであっても）はハウジングおよびラインと一致している必要があります。使用条件、ラインクラス、およびフランジの詳細情報があれば、メーカーはハウジングとエレメントの完全なパッケージの見積りを提供できます。完全なユニットについては、KAIFILの 石油・ガス・石油化学アプリケーションページ は、製油所およびガスプラントの各種用途における導入手順を解説します。

製油所用フィルターエレメントの実用的な仕様チェックリスト

製油所用フィルターまたはストレーナーの調達要求書を作成する際は、ベンダーに問い合わせる前に、以下の項目をデータシートに記載してください：

1. 運転サービスおよび流体ストリーム。 装置、ライン、および流体（原油、スラリーオイル、水素処理装置フィード、アミン、または潤滑油）と、運転条件における比重、粘度、および固形物の詳細。
2. ろ過要件。 ミクロン定格（公称値または絶対値）、微粒子の粒径分布、および微粒子が問題となる場合の許容除去効率（ベータ比）。
3. プロセス条件。 運転および設計の温度と圧力、通常および最大流量、ならびに許容される初期（クリーン）および目詰まり時（ダーティ）の差圧。
4. エレメントタイプ。 焼結金属、織金網、またはウェッジワイヤ（ろ材の材質および構造を含む）、ならびにハウジングに適合するエレメントの長さ、径、および接続部。
5. ハウジング要件。 ASME B16.5 フランジサイズ、クラス、および面座、ASME B31.3 または Section VIII 設計、エレメント数、ならびに洗浄方式（予備エレメント、逆洗、または複式切り替え）。
6. 規格およびドキュメント。 適用される API 規格（610、614、617、または 618）、材料証明書、およびプロジェクトで要求される非破壊検査（NDE）または耐圧試験のドキュメント。

完全なデータシートがあれば、メーカーは適合調整が必要な汎用品ではなく、すでにAPIの設計範囲内に収まるエレメントを提案することができます。これは、試運転を乗り切るフィルターと、最初の定期修理で交換が必要になるフィルターとの違いに相当します。

よくある質問

製油所のプロセスろ過において、ストレーナーとフィルターの違いは何ですか？

ストレーナーは粗ろ過用の保護装置であり、通常は回転機器を損傷する恐れのある大きな異物（スケール、溶接スパッタ、配管内のドロスなど）を捕捉する金網製のバスケットまたはコーンです。代表的な例としては、遠心ポンプに取り付けられるAPI 610仮設サクションストレーナーが挙げられます。一方、フィルターは規定のミクロン仕様に基づいて触媒微粉などの微細な固形物を除去する、定格ろ過精度を持つ分離装置です。その境界線は役割によって引かれます。ストレーナーは機器を保護し、フィルターは製品品質や触媒層を保護します。これら両方は、通常同じユニット内に設置されます。

ポンプのサクションストレーナーを規定しているAPI規格は何ですか？

石油・石油化学・天然ガス産業用遠心ポンプの規格であるAPI 610は、製油所設備におけるポンプのサクションストレーナーを規定しています。この規格は、遠心ポンプ用の仮設スタートアップストレーナーの要件を定めており、スクリーンの材質や、ポンプの吸込不足を防ぐための必要開口率などをカバーしています。常設ストレーナーが使用される場合、通常は同じフランジおよび圧力クラスに合わせて仕様が定められます。

製油所で触媒微粉を除去するには、どの程度のミクロン精度が必要ですか？

FCCスラリーオイル中の触媒微粉は通常約1〜25ミクロンの範囲にあるため、この用途のフィルターはその範囲内で仕様が定められ、下流のプロセスで高度な清浄度が求められる場合は1〜5ミクロンの絶対ろ過精度エレメントが使用されます。焼結金属エレメントは、これらのサイズで絶対ろ過精度を維持でき、300°C以上のスラリー温度に耐え、逆洗して再利用できるため、標準的な選択肢となっています。

焼結ステンレス鋼エレメントは、製油所の高い運転温度に対応できますか？

はい。焼結ステンレス鋼エレメントは、200〜450°Cの製油所設備で日常的に採用されています。冶金的に結合された細孔構造は、高温下でもろ過精度と機械的強度を維持するため、FCCスラリーや水素化処理ループなどの高温プロセスでは、ポリマーや機械的に織られた金網ろ材ではなく、焼結ろ材が好まれます。連続運転温度がおおむね450°Cを超える場合、クリープや腐食に対処するために、合金は304L/316Lから904L、duplex、またはニッケル合金へと変更されます。

焼結金属フィルターエレメントは洗浄して再利用できますか？

はい。焼結金属フィルターエレメントは、繰り返し洗浄（逆圧フラッシュ、逆洗、または超音波洗浄）を行って、細孔構造を損なうことなく再利用できるように設計されています。ろ材が硬質で冶金的に結合されているため、織られた金網のように緩んだりズレたりすることがありません。これにより、使い捨てカートリッジをすぐに消耗してしまうような、微粉の多い過酷な用途において、焼結エレメントは非常に経済的な選択肢となります。

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すべての製油プロセスろ過仕様は、最終的に同じ問いに行き着きます。そのエレメントは、実際のプロセスに導入される前に規格を満たしているでしょうか？KAIFILが設計・製造する 焼結金属フィルターエレメント、 焼結金網フィルターカートリッジ、ステンレス鋼および耐熱合金製のバスケットストレーナ、ウェッジワイヤースクリーンであり、本ガイドでカバーされているAPIおよびASMEの要件に準拠して製造されています。API 610サクションストレーナ、1〜25ミクロンの触媒微粉フィルター、または水素化処理ループ用の高温エレメントの仕様選定を行っている場合は、使用条件とデータシートをKAIFILにお送りください。既製品ではなく、規格に完全に適合した推奨仕様をご提案いたします。製油所プロセス装置向けの、認証および文書化されたフィルターエレメントについては、今すぐKAIFILまでお問い合わせください。