恒温蒸気トラップ

サーモスタット式スチームトラップとは何ですか？ 

サーモスタット式スチームトラップは、スチームと冷却ドレンおよび空気との温度差の概念を利用して作動するスチームトラップである。このタイプのトラップでは、蒸気が恒温エレメント内の圧力を増加させます。これによりサーモスタット式スチームトラップが閉じます。冷却脚内の非凝縮性ガスと凝縮ガスが逆流すると、温度が下がり始め、サーモスタットエレメントが接触してバルブが開きます。サーモスタット式スチーム・トラップの前方に逆流するドレンの量は、蒸気圧力、負荷条件、配管サイズによって決まる。サーモスタット式スチームトラップは、蒸気のシステムから空気を通すためにも使用される。空気が集まると温度が下がり、空気排出口が全運転圧力範囲を通じて蒸気温度より適度に低い温度で自動的に空気を排出します。サーモスタット式スチーム・トラップには、ウェーハ型エレメントまたはバランス圧ベローズがあります。これらのスチーム・トラップは、炭素鋼、ステンレス鋼、青銅などのさまざまな材料で製造されます。サーモスタット式スチームトラップは、軽いドレン負荷を処理するために使用されます。 

図：サーモスタット式スチームトラップ。

サーモスタット式スチームトラップの仕組みは？

サーモスタット式スチームトラップは、バランス圧ベローズを使用して作動することができる。この場合、トラップはまず空気とドレンをトラップ経由で蒸気より先に押し出すことで作動を開始します。サーモスタット・エレメントは全体的に収縮し、同時にバルブは蒸気がトラップに近づく時点まで開いた状態に保たれます。サーモスタット・スチーム・トラップ内の温度が上昇すると、直ちにチャージされたエレメントが加熱され、内部の蒸気圧が上昇します。エレメント内の圧力がトラップ本体のシステム圧力と釣り合うと、エレメントが膨張し、バルブが閉じます。トラップ内部の温度が飽和蒸気温度より数度低くなると、エレメントのベローズが不均衡な圧力によって収縮し、弁が開きます。 

バランス圧ベローズを使用した恒温蒸気トラップの作動

サーモスタット式スチーム・トラップのもう1つの運転方法は、バランス圧式ウェーハの運転方法である。この方法はバランス圧ベローズと似ている。ウェハーの一部は液体で満たされています。トラップ内の温度が上昇すると、チャージされたウェハーが加熱され、内部の蒸気圧が上昇します。ウェハー内の圧力が周囲の蒸気圧以上になると、ウェハーの膜が弁座に押されて弁が閉じます。凝縮水または非凝縮性ガスから発生する降温により、ウェハー内圧が冷却され、ウェハーが弁座から離れる。 

液膨張式サーモスタット・スチームトラップは吐出温度が一定であるため、シャットダウンドレイン式サーモスタットトラップとして使用することができます。この場合、排出口は下図に示すように常に上を向いています。これにより、エレメントの連続的なオイル浸漬を促進することができます。このトラップは、60℃から60℃の間の温度で排出することができます。 ^oCから100 ^oCは始動時にのみ正常に開くことができる。液体膨張サーモスタット式スチームトラップの設置は、通常ドレンの戻りラインに配管されるメイントラップと並行して行うことができる。 

液体膨張式恒温蒸気トラップの使用図

平衡圧力サーモスタット式スチームトラップ 

バランス圧サーモスタット式スチームトラップは、液体膨張式サーモスタット式スチームトラップの改良型です。このトラップの作動温度は周囲の蒸気圧に影響されます。このトラップは、水と水より沸点の低い特殊な液体を混合したカプセルであるエレメントを使用して作動します。始動時は低温状態であり、カプセルは弛緩している。このトラップはバルブが大きく開き、シートから外れている。これにより、無制限に空気を抜くことができる。この特徴は全バランス型圧力スチーム・トラップの特徴であり、このトラップが空気抜きに適している理由でもあります。 

交換可能なカプセルを備えたバランス圧サーモスタット式スチームトラップ。

このトラップにドレンが流れると、カプセル内の液体に熱が伝わります。そして蒸気がトラップに到達する前に液体が気化する。カプセルの蒸気圧によって膨張し、バルブが閉じます。平衡恒温蒸気トラップから失われた熱は、蒸気が凝縮してカプセルが凝縮する間に、このカプセルを取り囲んでいる水を冷却します。これによりバルブが開き、蒸気が再び発生するまで凝縮水を放出し、サイクルが新たに始まります。 

バランス圧サーモスタット式スチームトラップの作動

現在、バランス圧サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは、ステンレス鋼を使用してこれらのトラップを設計している。当初、サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは非鉄材料を使用していたが、後にウォーター・ハンマーによる損傷を受けやすいことが判明した。ステンレス鋼の使用により、このトラップはより信頼性が高くなり、腐食、過熱、ウォーター・ハンマーによる損傷に強くなった。 

バイメタル・サーモスタット式スチームトラップ 

これはサーモスタット式スチーム・トラップの一種で、2枚の異なる金属片を溶接して1つのエレメントにしたものです。このエレメントは、下図のように加熱されるとたわむことがあります。 

バイメタル・サーモスタット式スチームトラップ（ストリップは加熱され、常温に保たれている

この種のトラップに使われるシンプルな要素は、主に2つの要素を考慮している：

• このバイメタル・サーモスタット式スチーム・トラップの作動は特定の温度で発生するが、温度と圧力が変化するスチーム・システムの要件を満たすことはない。 
• 単一のバイメタル・ストリップは小さな力を発揮する。そのため、大きな質量を使用する必要があり、蒸気の温度変化への反応が遅くなります。 

スチームトラップの性能は、スチーム飽和曲線上の応答をチェックすることによって決定することができる。適切な反応とは、曲線に忠実に従い、その真下にあるものである。基本的なバイメタル素子は、温度の変化に対して直線的に反応します。下図に示すように、いくつかのバイメタル式サーモスタット・スチーム・トラップは、異なる温度で作動する1つのスタックに2つの異なるバイメタル・リーフを使用しています。 

より優れたバイメタル・サーモスタット式スチーム・トラップは、ディスク・スプリングのサーモスタット・エレメントを採用している。このエレメントはバイメタル・ディスクで構成されている。ディスクが弁座と弁軸の間に直接作用する場合、圧力の変化に応じてドレン排出温度を直線的に変化させる。シートリセスとディスクの間にスプリングワッシャーを組み込むと、低圧時のバイメタルからの膨張の一部を吸収するのに役立ちます。これにより、圧力の変化に伴う温度の変化をより大きくすることができる。スプリングワッシャーの形状は、直線的な速度に比べて速度を増加させる指数関数的に力を開発することができるので、コイルスプリングと比較して好ましい。このような効果は、スプリングが凹部の底にたわむまで、約1.5メガパスカルで起こることができます。これにより、ドレン排出温度が蒸気の飽和曲線により正確に追従することが可能になります。ドレン排出速度は、バング排出を起こしやすいダイナミッククラックを使用することによっても改善することができる。 

バイメタルディスク付きサーモスタット式スチームトラップ

サーモスタット式スチームトラップの用途 

• 調理釜に使用される。 
• トレーサーラインに使用される。 
• このトラップは滅菌器で使用される。
• コンベクター、ラジエーター、ユニットヒーター。 
• 加熱コイルに使用される。 
• エバポレーターで使用される。

サーモスタット式スチームトラップの各タイプの長所と短所 

液体膨張式恒温蒸気トラップの利点 

• このタイプのトラップは、低温で排出されるように調整することができ、その結果、優れたコールドドレン設備となる。 
• 液体膨張式サーモスタット・スチーム・トラップは、冷間時には優れた空気排出性を発揮し、始動負荷時にはドレン量が多い。
• 液膨張式サーモスタット・スチーム・トラップは、低圧および過熱スチーム本管のドレン・トラップとして使用することができます。ウォーター・ハンマーや振動条件にも打ち勝つことができます。 

液体膨張式恒温蒸気トラップの欠点 

• 液体膨張式サーモスタット・スチーム・トラップでは、エレメントにフレキシブル・チューブがあり、過熱または腐食性の凝縮水の場合に破壊される可能性がある。 
• このタイプのトラップは、100℃以下で排出することができる。 ^oこのため、蒸気空間からドレンを直ちに除去する必要がある場所では使用すべきではない。 
• 液体膨張式サーモスタット・スチーム・トラップが凍結状態になる場合は、配管システムと同様に十分に断熱する必要があります。 
• このタイプのトラップは単独ではトラップ解決策を提供せず、並行して作動するように別のトラップを必要とする。しかし、小さなタンク内の暖房コイルの排水のように、始動流量が主な要因でない場合には役立つ。 

バランス圧サーモスタット式スチームトラップの利点 

• このスチーム・トラップは容量が大きく、軽量で小型である。 
• このタイプのサーモスタット式スチームトラップは、始動時にバルブが全開になります。そのため、空気や非凝縮性ガスを自由に排出することができます。このため、最大負荷時でも最大限のドレン除去が可能です。 
• 平衡圧サーモスタット・スチーム・トラップは、蒸気を止めたときにトラップから水が逆流してトラップに浸水するような、トラップ後のドレン管水位が上昇した場合を除き、露出した位置で作動しても凍結することはほとんどない。 
• バランス圧サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは、最大使用圧力まで様々な蒸気圧力に自動的に調整する機能を備えたトラップを設計しています。このトラップはまた、70℃までの過熱温度に耐えることができます。 ^oC. 
• バランス圧サーモスタット式スチームトラップのメンテナンスは簡単です。弁座とカプセルの取り外しが簡単で、交換の場合もトラップをラインから取り外す必要がなく、数分で完了するからです。 

バランス圧サーモスタット式スチームトラップの欠点 

• バランス圧サーモスタット式スチームトラップが非鉄材料でできている場合、ウォーターハンマーの影響を受ける可能性が高い。トラップがウォーター・ハンマーから安全に保護されるように、ステンレススチール製のものを購入してください。 
• このタイプのトラップは、復水の温度が蒸気温度以下に下がるまで開かない。これは、選択されたスチーム・トラップが、熱交換器、主排水、クリティカル・トレースなど、スチーム・エリアの浸水を許容できない場所で使用される場合に不利である。 

バイメタル式恒温蒸気トラップの利点

• コンパクトなボディで強度を高め、凝縮水の容量も大きく設計されています。
• バイメタル式サーモスタット・スチーム・トラップは、冷間時に弁が大きく開く。これにより、始動時に空気抜きと最大ドレン排出能力が得られます。
• バイメタル・サーモスタット・スチーム・トラップ内のドレンは、その出口から自由に排出することができ、このトラップは露出した位置で作動しても凍結することがありません。他のバイメタル・サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは、凍結が発生してもトラップが破損しないように設計しています。
• ウォーターハンマー、高蒸気圧、ドレン腐食に強い。
• バイメタル・サーモスタット式スチーム・トラップのエレメントは、オリフィス弁のサイズを変更することなく、広範囲の蒸気圧力で作動することができます。
• このトラップの弁が弁座の下側にある場合、逆流に強い傾向がある。しかし、バイメタル式サーモスタット・スチーム・トラップのメーカーがある程度の逆流を想定している場合は、下流側に逆止弁をつけます。
• ドレンは飽和温度以下の様々な温度レベルで排出され、蒸気エリアの利用可能な浸水に耐えることができ、飽和水のエンタルピーの一部をプラントに伝えることができる。これにより、廃棄物に排出する前にドレンから最大限の蒸気エネルギーを引き出すことができる。そのため、トレーサー・ラインではバイメタル式サーモスタット・スチーム・トラップが使用される。トレーサーラインでは、ドレンは頻繁に廃棄物に捨てられる。
• バイメタル・サーモスタット式スチームトラップは、本体をラインから取り外すことなく内部部品を交換できるため、メンテナンスが容易です。
• ドレンが高圧から低圧に排出されるときに発生するフラッシュスチームは、ドレンラインの背圧を上昇させる傾向があります。冷却脚があるため、凝縮水は冷却され、凝縮水ライン内のフラッシュスチームは小さくなります。これは背圧を下げるのに役立ちます。

バイメタル式スチームトラップの欠点

• 最大生産量を達成するために即時の除去が必要なプロセスプラントでの使用には適さない。
• 一部のバイメタル式サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは、これらのトラップを低い内部流速で設計しているため、パイプライン内の汚れによる閉塞の影響を受けやすい。このような閉塞を克服するために、トラップには自己洗浄能力を高める断続的なブラスト排出につながる動的亀裂が必要である。
• エレメントがゆっくりと反応するため、圧力や荷重の変化に対してゆっくりと反応する。

サーモスタット式スチームトラップのトラブルシューティング 

サーモスタット式スチームトラップが排出されない 

• これは、以下のような原因による高圧が原因である可能性がある： 

• 最初に指定した圧力が間違っている。推奨圧力範囲を確認する。 
• 高真空のリターンライン。これにより差圧が上昇し、トラップが機能しにくくなる可能性があります。バキュームの推奨値を確認してください。 
• オリフィスを小さくしないと圧力が上がる。小さいオリフィスを取り付ける。 
• ボイラーゲージ圧が低い。ボイラーゲージ圧を上げる。 

• 蒸気またはドレンがサーモスタット式スチームトラップに来ない。

• トラップへのラインにあるバルブが壊れ ている。必要に応じてバルブを交換する。 
• エルボまたは配管が詰まっている。必要に応じて、エルボまたは配管の詰まりを 取り除きます。 
• ストレーナーでブロックされている。ストレーナーの詰まりを取り除く。 

• トラップ機構の欠陥または磨耗。 

• 消耗した内部部品を点検し、必要に応じて交換する。 

• サーモスタット式スチームトラップ本体に汚れが溜まっている 

• 汚れを取り除く。また、トラップの前にストレーナーを設置する。  

蒸気を失うサーモスタット式スチームトラップ 

• バルブが着座しない 

• これは部品の磨耗が原因である可能性があります。消耗部品を点検し、必要に応じて交換してください。 
• オリフィスにウロコが詰まっている。オリフィスに詰まったものを取り除く。 

サーモスタット式スチームトラップによる連続流量 

• 罠がとても小さい。もっと大きな罠を使おう。 
• 低圧が必要な作業に高圧トラップを使用。トラップの圧力要件が作業内容に適合していることを確認する。

概要 

サーモスタット式スチームトラップは、スチームと冷却ドレンおよび空気との温度差原理を利用して作動するトラップである。サーモスタット・エレメントの中で蒸気圧が上昇します。これによりトラップは閉じます。このトラップを開くには、冷却脚内の凝縮水と非凝縮性ガスが逆流し温度が下がるため、サーモスタットエレメントが収縮して弁が開きます。サーモスタット式スチームトラップには、平衡圧式サーモスタット式スチームトラップ、液膨張式サーモスタット式スチームトラップ、バイメタル式サーモスタット式スチームトラップの3種類があります。これらの3つのトラップはそれぞれ特定のタイプの用途に適するように無差別に作動します。

サーモスタット式スチーム・トラップは、ステンレス鋼、炭素鋼、青銅など、さまざまな丈夫で耐食性のある材料を使用して製造されています。これらのトラップは、ドレン負荷が軽い場合に使用されます。サーモスタット式スチームトラップは、ラジエーター、滅菌器、トレーサーライン、加熱コイル、蒸発器、調理釜など様々な用途で使用されます。これらのスチームトラップは、高効率、容易なメンテナンス、容易な設置、ウォーターハンマーを減少させる空気や他のガスを排出する能力、とりわけ高い排出率を達成できるなど、多くの面で有利です。