ヘリウム液化装置保守

圧縮機オイル補充と長尺ボンベ開放検査吉本 佐紀
千葉大学 理学部ぎだったことが判明している。このオイル交換の際

1.はじめに千葉大学理学部極低温室では学内に液体ヘリウムにオイル量は適正量の上限に調整した。その後、正および液体窒素を供給している。液体ヘリウムに関常範囲内ながらオイル漏れが続いている事によってしては、回収・再液化によるリサイクル利用をして徐々に油面レベルが低下してきたため、今回のオイおり、液化装置をはじめとした関連機器の保守は、ル補充に至った。

設備を維持していく上で非常に大切な業務となっている。今回はこれらの機器の大型保守を２つ行ったので、その様子について報告する。

2-2. オイル補充
補充作業の決行は万が一のトラブルに備えて、利用量が落ち着いた時期かつ液化運転後の回収ガス量

2-1.圧縮機オイル補充の背景
当施設で稼働している液化用圧縮機：ケーザーが減っていて次の液化運転まで日程に余裕のあるタイミングで行った（液化運転は概ね週 1 回）。

CSD122 はスクリュー回転軸のメカニカルシールか手順としては、縁切り・圧抜き・開放/補充（図 2）・らオイル漏れを起こしている。メカニカルシールは気密検査・ガス置換・ライン復帰・試運転である。

漏れを完全に止めるものではないため、微量の漏れ後述の長尺ボンベ整備とも共通するが、特定のガスは許容されているが漏れ量には個体差があるようだ。

雰囲気下で利用する機器類を大気開放の伴う整備を

当施設のものは導入当初漏れが酷く、メカニカルシ行う場合、手順に手間が掛る。

ールを交換した経緯がある。交換後、漏洩量は減ったものの許容範囲内で漏れは続いている。排油時に漏洩量を記録しているので図 1 に示す。
7漏洩量（ml/h）

654321図 2 オイル補充口の開放

02-3.油面レベルの調整
油面レベルは稼働中におけるレベルを確認する必
図 1 圧縮機のオイル漏れ量要があり、補充時には確定できない。また、一度運2018 年に行った整備ではオイル交換を実施して抜く事は出来ても追加補充する事は出来ない。以上いる。この時は、導入当初からずっとオイル漏れがより、補充時に多めに入れておき、試運転時に油面続いているのにもかかわらず、オイルセパレーターレベルを確認しながら抜き出す事となる。

転ラインに復帰させると内部に圧力がかかるため、タンクに設置されている油面計の指し示す油面レベ

ところが、今回は保有していたオイル残量が 3L しルが多め位置のまま変化せずにいた事から、油面計かなかった。しかし、前回オイル交換してからの漏の故障が疑われ、油面レベルが不明なため整備に踏洩量がちょうど 3L であったため、保有している 3Lみ切った背景があった。結論から言うと油面計は壊を全て補充すればピッタリではないかと予想した。

れておらず、導入当初に封入されたオイル量が多過補充後の試運転で確認すると想定通り、前回オイル適正量の上限に調整したのと同じレベルに回復してオイルがタンクへ戻ってくるとの事だった。油面ゲいた。このため今回はオイル抜き作業はしていない。

ージの色配置が逆の機種もあったので、稼働・停止

ちなみに、オイルを抜くバルブはオイルセパレー

時にどのように表示が動くのか確認した方が良い。

タータンクの底にあり、低い位置な上に狭くて暗く見えづらく非常に作業がしづらい（図 3）。さらに付

2-4.注意すべき作業帯している継手は脱着の手応えに乏しく、前回整備作業を終えた上で気が付いた失敗はライン復帰

時ははめるのに一苦労した。このため、実はオイル時の圧力導入である。液化用圧縮機は流量が大きい抜き取り作業には消極的であった。補充作業で多少ため配管サイズも 65A と太い。故に配管中に設置多めに入ってしまったとしても継続的に漏れているされているバルブも巨大である。前回 2018 年の整ので、いずれ油面レベルが下がっていく事や、導入備時もバルブをゆっくり慎重に開けたが、急激な圧当初からの油面レベルが高過ぎても支障なく約 10力の導入になってしまい圧縮機の筐体が揺れ動いて年間運転してきた事を踏まえると尚更であった。

非常に怖い思いをした。バルブを微開にしたつもり
でも断面積が大きいため、流入量が多くなってしまったようだ。今回も恐る恐る行ったがこれほど神経を使うくらいならガスボンベで均圧しておけば良かったと後になってから気が付いた（図 5）。圧力差は約 0.13MPa だったがそれでも配管容量によってはそれなりの衝撃を伴うという事がわかった。今後似た様な場面もあると思うので注意する。

図 3 オイル抜出口は狭く作業しづらい
オイル補充前後の油面レベルを図 4 に示す。作業順に①～④と並んでいる。ゲージは赤色がオイル不足、緑色が適量、黄色が多過ぎである。補充前の圧縮機稼働中の油面レベルは適正量（緑色）のちょうど真ん中であった。まだ余裕はあったが今回は早めの補充を行った。
①補充前（大気開放時）図 5 この角度でガスが流れ始めたので待機した②補充後（大気開放時）3-1. 長尺ボンベの開放検査の背景
高圧ガスを製造する当施設は、第一種製造事業所として一年に一回千葉市消防局の保安検査を受けている。この検査は高圧ガス保安法に基づいて事故防止を目的として、事業所が安全に運営されているの③補充後（ライン復帰時）④補充後（試運転時）かを検査している。
検査項目の内、ヘリウムガスを貯蔵している長尺ボンベについて、これまで肉厚測定をすることで減肉が起きていない事を報告してきたが、2015 年より開放して内部の目視検査もするよう求められた

図 4 オイル補充前後の油面計の表示
なお、③④の写真からも分かるように、油面レベ
ルは停止時よりも稼働時の方が低いレベルで表示される。メーカーに確認したところ、圧縮機を起動すると各部へオイルが流れて油面が落ち、停止すると（図 6）。開放対象となった長尺ボンベは複数本で長尺カードルを構成しており、ボンベそれぞれは使用環境が同一である。そこで検査では全てのボンベを開放するのではなく代表 1 本を開放検査する事となった。また、検査頻度は 3 年に 1 度と決められた。

検査対象ボンベからヘリウムガスを大気圧まで抜いた後は、窒素ガスで置換した。大気圧まで減圧されていればヘリウムガスが入った状態で開放して検査することも出来るが、やはりヘリウムガスの損失は少しでも抑えたい。また、開放中は空気の侵入が考えられる。ボンベの中がヘリウムガスだと空気との比重の違いで、窒素ガスに置換した時に比べて空気が多く侵入してしまう（ヘリウムガスが多く抜けてしまう）と考えられる。作業を簡素化したい場
合は窒素ガス置換の手間とヘリウムガスの損失を天
図6

内視鏡で内部を目視検査する（2015）

秤にかけることになる。ちなみに空気の侵入防止に拘るのなら、窒素ガスのチューブをボンベ開放と同時に挿入して、窒素ガスを流しながら検査をすれば3-2. 長尺カードルの構成と検査対象
長尺カードルは合計 12 本の長尺ボンベから構成されており、3 系統に分かれている。2010 年に設備よい。今回はそこまでは徹底していない。
3-4. 開放検査

更新があり大幅に入れ替えたが、その前から利用し検査では内視鏡により内部の目視検査を行っている長尺ボンベの継続利用や新たに増設も行ってた。従前までの２回の検査では高価な工業用内視鏡おり、やや複雑な構成となっている。長尺ボンベのをレンタル会社より借りてきて検査に用いたが、今開放順については指定されておらず、任意の 1 本を回の検査では安価なものを購入して試してみた。

選べるので、今のところ系統毎に行っている。
表 1 系統構成と検査時期
系統設置年

構成本数

検査年

No.1

2010,2015

62015

No.2199622018

No.32010

42021

3-3. 開放検査の下準備
前項で報告した圧縮機のオイル補充の時と同様に、ヘリウムガスで満たされた機器を大気開放するためには、中に入っているガスを抜き取らなくてはなら

図 7 似た構図で比較 上:高価品と下:安価品ない。ただし、長尺ボンベの場合はガスを貯蔵する

結果は思いのほか綺麗で、高価な内視鏡の画像とための機器なので、内在しているヘリウムガスの容遜色無いものが得られた（図 7）。安価にしてこの量が圧縮機よりもはるかに多い。このため、ガスの性能、光学機器の進化には驚かされる。また、今回抜き取りには時間がかかる。

購入したものは wifi でスマートフォン端末（以下また、抜き取ったヘリウムガスを別の長尺ボンベスマホ）やノートパソコンへ映像を送るタイプで、へ詰め替える場合、ガス量によっては貯蔵容量を超ディスプレイとは一体型ではなかったため後述の使えてしまう。これらを踏まえると、なるべくヘリウい方を行うには軽量で使い勝手が非常に良かった。

ムガスが少ない内に行うのが好都合である。つまり、新たな試みとして、内視鏡ケーブルの先端にある液化運転後のガスが最も減った状況（液化し尽くしカメラを狙った箇所へ送り込めるよう、伸縮タイプた状況）で下準備に取り掛かるのがタイミングとしの釣り竿を活用してみた。今までは内視鏡ケーブルて良い。さらに詰め替え作業も液化運転中に行ってを単に押し込むだけであったため、ボンベの底を這しまえば、ガス量をより減らすことができ、次の液っている状態であった。挿入長も初めは進むが次第化運転までの時間が少しでも多く稼げる。トラブルに力が伝わらなくなって先へ進まなくなっていた。

等の不測の事態に備えて時間的余裕がある事は精神

そこで今回考案したのは、ケーブル先端のカメラ衛生上にも良く、事故を防ぐことにもつながる。

を釣り竿の先端に固定して挿入する方式である（図8）。竿に固定されているので、ボンベの底だけでな

図 9 の写真は未使用ボンベと系統毎のボンベ内部く側面や天井にもカメラを寄せることができる。の様子である。目につくのはやはり③だろうか。こ

長尺ボンベが格納されているボンベ庫は狭く、れについては 2002 年に導入された油水分離機が入ボンベの開口部と壁面までの距離はわずかしかなる前から運用していたため水が入ったのではないかい。このため一本物の長い棒を挿入しようとするとと推定している。油水分離機設置以降に導入されたストロークが全く足りない。この点においても伸縮ボンベが今後同じように腐食してしまうのか注意深タイプの釣り竿なら、ボンベの入口で伸ばしながらく見ていきたい。なお、錆の見つかった 1996 年導入

挿入する事ができるので狭くても問題とならない。

ボンベは検査後に使用を停止している。

まさしく今回の目的にピッタリな補助具となった。
3-6.気になった点
今後の検査で気を付けるべき点を表 2 に示す。A：
開放口のボルトは脱圧・ガス置換した状態で初めて開けることができる。事前に触って確認することができない。当日ぶっつけ本番となるため、万が一“硬すぎて開かない”という事態になったら下準備が全て台無しになってしまう。控えのボンベを整えておくとリスク回避となる。B：検査前後は対象ボンベが運用から離脱するため、貯蔵容量が減少する。このタイミングでガスや液の外部購入による補充は容量オーバーを招く危険があるので避ける。C：内部撮影
図 8 釣り竿を補助具にして内視鏡を操るした写真を整理すると似た様な写真ばかりで、どこを撮っているのかわからなくなる。位置を変える毎

3-5.目視検査の結果
開放検査は今回で 3 度目になり、表 1 で示したよ
うに 3 世代の長尺ボンベを系統毎に目視検査してきた。2015 年に初めて、5 年経過のボンベを内部目視検査した際、錆は確認できないものの斑状のシミのようなものが至る所に確認できた。これが腐食によるものなのか、当初判断できなかった。ところが、非常にタイミングが良い事に、増設工事直前の未使用の新品長尺ボンベが控えていた。今後も検査していく上で未使用状態ではどのような様子なのか、基準として大きな価値があるので、未使用ボンベも目視検査を行った。その結果、未使用品でも同様の斑に内視鏡をボンベから抜いて「底」「側面」「天井」などと紙にでも書いて撮影した方が良い。D：実は今回内視鏡を 2 台購入している。1 台目は自分のスマホでは使えなかった。他者のスマホでは使えたので相性が悪かったのだろうか。そこで新たに購入した2 台目だったが誰のスマホでも使えなかった。安かろう悪かろうのハズレを引いたのだろうか。いろいろ試して行く内に、捨てずに残しておいた先代のスマホで 1 台目の内視鏡が使える事がわかった。当日になって不具合が発覚して右往左往する事のないよ
う事前に確認しておくのが安心である。

状のシミが確認できた。つまりシミは元からあるもので、後からできた腐食ではない事がわかった。
①未使用
2015 年導入②5 年経過2010 年導入

表 2 開放検査の留意点
A 検査対象の準備は 2 本行う

B 検査前は保有量の充当は避ける
C 撮影位置ごとに目印を写す
D 内視鏡の操作性は事前に確認しておく③22 年経過1996 年導入④11 年経過2010 年導入

4.まとめ
今回行った整備は他機関では行っていないところが多いかもしれない。それでも未使用ボンベの内部の様子など利用価値のありそうなものを紹介した。
もし今後整備を行う場面が来たら、これらの資料が図 9 各ボンベ内部の様子役立てば幸いである。