スチームトラップ

スチームトラップは蒸気システムの重要な構成要素です。スチーム・トラップは、スチーム・システムの生産性と信頼性を維持するために重要な役割を果たします。スチーム・トラップの役割は、蒸気装置から凝縮水、空気、その他の不凝縮性ガスを除去する一方で、生きた蒸気を逃がさないようにすることです。スチーム・トラップの必要性、操作に関する要件、標準的な操作モード、トラブルシューティング、および関連要件はすべて、この記事ガイドで取り上げています。

スチームトラップ

スチームトラップとは何ですか？

スチームトラップは、スチームとドレンを決定する自動ドレンバルブのファミリーの一つです。 スチーム・トラップは、異なる圧力または負荷のもとで蒸気を戻し、凝縮水を排出する。スチーム・トラップは、生きた蒸気を戻しながら空気やその他の非凝縮性ガスを容易に排出できる適度な容量が必要です。産業界では、蒸気は治癒目的や機械制御の原動力として毎日使用されています。スチームトラップは、このような用途で蒸気が失われないようにするために使用されています。

ANSIは公式声明の中で、スチームトラップを次のように定義している：

「生蒸気に対して密閉状態を保ちながら、蒸気を含むエンクロージャーからドレンを自動的に排出し、必要であれば、制御または調整された速度で蒸気を流すことができる自己完結型バルブ。ほとんどのスチーム・トラップは、生きたスチームに対して密閉されたまま、非凝縮性ガスも通過させる。"

なぜスチームトラップが必要なのですか？

簡単に言えば、スチーム・トラップは蒸気システムから凝縮水と非凝縮性ガスを除去するために使用される。

蒸気が発生するのは、水が気化して気体になるためである。気化現象が起こるためには、水分子が分子間の結合を切るのに十分なエネルギーを持っていなければならない。液体を気体に変えるために供給されるこのエネルギーは「潜熱」と呼ばれる。

ボイラーから発生する蒸気は、製品を加熱するのに必要な熱エネルギーを供給する。蒸気が製品を加熱することによってエネルギーを失うと、凝縮水が形成されます。蒸気に含まれるエネルギーの大部分は、バルブや継手からの放射漏れによって浪費されることが多い。この熱が失われるため、蒸気は凝縮して飽和状態になる。このドレンが発生したら直ちに除去しなければ、相への熱の流れを遅くすることによって、装置の運転性能を最小限に抑えることができます。 蒸気システム内にドレンが存在すると、ウォーターハンマーや腐食による物理的な弊害が生じます。

水平コンジットの底にドレンが溜まり、その上を蒸気が移動する。ドレンが溜まると、圧縮できない水の高密度の塊となり、高速で移動します。パイプの曲がり、継手、バルブが水の塊を突然遮るため、パイプや継手に機械的な損傷を与える可能性があります。

同様に、蒸気システムから空気やその他の非凝縮性ガスを排除することも、4つの重要な側面から重要である。

• 運転が再開されたとき、システム内に空気があると、空気が排出されるまで蒸気が入りません。     
• 空気と蒸気の混合物は蒸気の温度よりはるかに低いため、伝わる熱が減少する。
• 空気はパイプや容器の内面に付着するため、熱伝導を遅らせる。
• 凝縮水に溶け込み、システムを腐食させる非凝縮性の酸性ガス。

スチームトラップの仕組みは？

すべてのスチームトラップの動作は、速度、温度、密度の3つの基本動作原理のいずれかに分類することができます。長い間、さまざまな用途に対応するため、さまざまなタイプのスチームトラップが作られてきました。スチームトラップの重要な機能は、蒸気とドレンを区別する能力です。さまざまなタイプのスチームトラップは、蒸気、ドレン、空気を区別するために、さまざまな作動基準と作動方法を用います。これらの動作原理に従って分類すると、各タイプには利点と欠点があり、特定の用途にスチームトラップを選択する際に対処しなければなりません。

スチームトラップには何種類あるのですか？

スチームトラップは、その作動原理から大きく2種類に分けられる：

1. 機械式スチームトラップ： 機械式スチームトラップは、温度変化や速度・相変化に依存する他のタイプのスチームトラップと比較して、比重の概念に基づいて作動します。メカニカル・ケージでは、ドレンサージによって上下するフロートの変位によってバルブが開閉します。

機械式トラップには、フロート・トラップと倒立式バケツ・トラップという2つの主要な設計がある。フロートトラップは一般的に密閉された球状のフロートを使用し、逆バケットトラップは浮力のある円筒形のカップを逆さまにして使用する。

浮力はあらゆるタイプのメカニカル・トラップの中核をなす重要な要素だが、そのメカニズムと作動コンセプトは少し異なる。

• ボールフロート式スチームトラップ： これは、温度と密度の両方の効果を取り入れています。十分な凝縮水がトラップに到達してフロートが上がると、ボールフロートが一次弁を開き、凝縮水を排出します。マシンが排水すると、ボールが下がり、バルブがシャットダウンします。トラップ上部の別個のサーモスタット部品は、空気や非凝縮性ガスがトラップ内のわずかな温度低下を引き起こすと、すぐに放出するために開きます。

ボールフロート式スチームトラップ

• 逆バケット式スチームトラップ： 逆さバケツやオープンフロートを採用し、蒸気と水の密度差を利用する。逆さにして沈めたバケツの下を蒸気が流れ、蒸気が浮いて排出弁が閉まる。トラップを満たす凝縮水によってバケツが沈み、トラップ・バルブが開放されて凝縮水が除去される。バケツの上部にある小さな通気口は、凝縮水を排出するために貯蔵された空気を流入させる。

逆バケット式スチームトラップ

2. 熱力学的スチームトラップ： 熱力学的スチームトラップは、小型で幅広い圧力範囲に対応できる柔軟性が評価されています。基本的な構造で、水平または垂直に作動します。これらの特性により、サーモダイナミック・スチーム・トラップは、トレース、ドリップ、およびライトフロー蒸気の幅広い用途で人気のある選択肢となっています。

熱力学的スチームトラップには、熱力学的ディスクと熱力学的インパルス（サーモスタット式スチームトラップ）の2つの基本タイプがあります。

• サーモスタット式スチームトラップ： 圧力は飽和蒸気の温度を決定する。スチーム・チャンバーでは、スチームは蒸発エンタルピー（熱）を失い、スチーム温度で凝縮水を生成します。これ以上の熱損失の結果として、凝縮水の温度は低下する。サーモスタット・トラップは、この低温が観察されたときにドレンを通過させます。蒸気がトラップに入ると温度が上昇し、トラップが閉じる。

恒温蒸気トラップ

• 熱力学的スチームトラップ： 熱力学的トラップは最も一般的なタイプのトラップで、速度の理論に基づいて構築されている。ドレンと空気はトラップに到達し、ゲート、加熱、制御エリアに移動します。蒸気またはフラッシュスチームが入り口に入ると、流速が上昇し、ディスクがシートに向かって引っ張られます。ディスクは制御室内の圧力上昇とともに閉じられます。ディスクのシール面上の蒸気圧の制御された膨張により、トラップは再び開き、循環速度を制御する。

熱力学的スチームトラップ

なぜスチームトラップが重要なのか？ 

工場でプロセスや空間を暖めるために蒸気を発生させ、保持するにはコストがかかる。それを無駄にするにはコストがかかりすぎる。蒸気は炉から何千、何百もの分岐に取り込まれます。スチームトラップは、各分岐の端にある装置から蒸気が漏れるのを防ぎます。

ドレンを抜き取らないと、パイプの中を流れる蒸気や小さな波が、より速く動く蒸気に押し流されることがある。プラグの背後にある蒸気の力は、波の1つが基本的にパイプの上端にぶつかると、打ち出の小槌の強さのような水の小康状態を作り出す。この水のトリックは、お茶、膝、ポンプ、いくつかのトラップのフロート、および他の装置機器に突入します。この動作は非常に損傷を与える可能性があり、ウォーターハンマーの種類の一つです。

蒸気、凝縮水、空気は熱交換ユニット内で同じ空間を共有する。凝縮水、空気、非凝縮性ガスは発生と同時に分離されるため、蒸気は熱エネルギーを伝達する面が多くなります。水や空気が存在する状態の蒸気は、乾燥した蒸気よりも効果が低いエネルギー伝達媒体です。

スチームトラップが吹き抜けたらどうなるのですか？

トラップ1つの故障を見逃すと、蒸気の一部が吹き出し、大気中に放出される可能性がある。蒸気の製造コストは平均$5/1000ポンドであり、毎年数千ドルの損失が発生する。現在のトラップ調査によると、平均的な欠陥トラップは1時間当たり50ポンドの蒸気を損失している。年間損失は、$2044の割合で400,000Ib以上の蒸気に相当する。これを100倍して標準的な蒸気機械の規模を見積もると、わずかな蒸気損失が実際の金額に加算され始める。小型トラップが蒸気を節約する秘訣であるのは、倒れやすいからではなく、いくつもあるからである。

機能的には、ブロースルー・トラップはその熱交換システムにまで影響を及ぼす可能性がある。故障したトラップが、他のトラップが排出されるドレン戻りラインに取り付けられている場合、予期せぬ量の生蒸気によって戻りラインが加圧され、他のトラップに背圧がかかる可能性があります。どのようなスチーム・トラップも、高い背圧下では適切に機能しません。いずれの場合も、上昇した背圧により、ドレンがシステムの他の部分に逆流する可能性があります。

スチームトラップがロックして排出されない場合はどうなりますか？

蒸気ラインのトラップが閉まらなくなると、閉じたバルブは蒸気とドレンを通さず、ラインに蓄積する。ドレンは低い場所に移動して溜まり続け、蒸気の流れを部分的に妨げてウォーターハンマーを引き起こす可能性があります。ラインが氷点下の温度にさらされると、ドレンが凍結し、パイプが破損することがある。

主な問題点としては、以下のようなものが挙げられる：

• ウォーターハンマーと圧力サージ。
• ウォーターロギング
• 配管およびプロセス機器の損傷
• 安全性を損なう。

ある種のトラップが他のトラップより優れているのはなぜか？

使用されるトラップの用途と動作要件に完全に依存します。また、スチームトラップに何を期待するかによっても異なります。スチームトラップは一般的に以下のような要件に使用されます：

• 蒸気の損失を最小限に抑える。
• 使用する熱交換機器から最大限の出力を引き出すため。
• フェイルセーフでトラブルのないスムーズな操作のために。
• システム内の機器の寿命を延ばす。
• 汚れた蒸気条件下でも信頼性の高い運転を実現。

トラップはどこに設置すべきか？

アクセシビリティすべてのトラップはクラッシュし、故障します。破損したトラップが何ヶ月も何年も蒸気を無駄にしないよう、トラップは定期的に検査しなければならない。トラップに楽に近づくことができれば、検査方法はより簡単になります。多くの場合、トラップ位置のリストがあれば、すべてのトラップを簡単に見つけることができます。

機械の下 が排出されます。ヒーターコイルとそのスチームトラップは250 psiの蒸気圧で機能しますが、凝縮水はどこかの重力でトラップに引き込まれなければなりません。ほとんどの熱交換器では、トラップ入口を約10～12インチに配置するのが経験則です。ドレン排出口の関係より下。6インチのダートポケットは、汚れやサイズからトラップを遮蔽するために与えられるべきである。

蒸気本管は、高速蒸気のためドレンの除去が困難であるため、さらに注意が必要である。ドリップレッグは適切に設計し、本管と同じ高さ、最大4インチ以上、本管のサイズの2分の1を使用するが、4インチ以下にはしないこと。

施設に近い が空になる。上述したように、重力の流れがドレンをトラップへと運ぶ。同時に、空気と蒸気がパイプを通って上方に押し上げられます。この逆流による問題を軽減するには、スチームトラップまでの長い配管を止めます。

要約すると

スチームトラップは、生産性を高めると同時にプロセスの運転コストを下げるために採用される安全装置です。今回はスチームトラップについて簡単にご紹介しました。Ntgdはプロフェッショナルな スチームトラップメーカー質問があれば、私達に連絡すること自由に感じなさい