水ハンマーとは何か
水锤または水圧ショック現象は、配管システム内の高速移動する固体スラグが曲がりやバルブなどの障害物に突然衝突することによって理解できます。したがって、水锤は流体の運動または方向変化を妨げるために急激に圧力が上昇することとして定義されます。
例：長距離の蒸気ラインの充電またはウォームアップ時に発生します。また、蒸気と凝縮水の混合によっても発生します。水锤は私たちの日常生活で知らず知らずのうちに頻繁に発生します。例えば、お風呂でシャワーを使用しているときに突然水栓を開けたり閉めたりすると、水锤が発生します。（シャワーバルブを非常に速くオン/オフする動作）。
水锤に関する誤解された概念
表に示す多くの熱水力学現象は、しばしば水锤と誤って特徴付けられます。発生時の損傷には、水圧および熱ショックのようなものがあります。水锤は主に認識不足や不適切な運転・保守実践によって発生します。「予防は治療よりも優れている」という格言が水锤の場合にも当てはまります。
熱力学現象 |
発生場所 |
水锤 |
蒸気パイプおよびヘッダー内 |
水ピストン（不安定な水平波） |
貯蔵タンク（脱酸素器など） |
フラッシュ凝縮および蒸発ショック |
脱酸素器内 |
水導入、ローターやケーシングの歪み |
蒸気タービンおよび蒸気パイプ内 |
水锤の発生
ボイラーから出た蒸気は、使用点（蒸気タービンや他の熱交換器）に到達するまで一定の距離を移動しなければなりません。この移動中に蒸気は熱を失い始め、パイプ内の蒸気が凝縮し始めます。プラントの起動時には、システム全体が冷たい状態からの起動であるため、凝縮水（水滴から形成される）の生成率が非常に高くなります。
運転中にこれらの凝縮水の滴が蒸気パイプネットワークの全長にわたって蓄積し、下記のように固体のスラグを形成します。
凝縮により水滴が形成され、徐々にパイプの全長に沿って凝縮水が蓄積し、固体のスラグを形成します。このスラグが弁や曲がり角などの障害物に遭遇すると、予期せずに突然停止します。この過程で、固体スラグの運動エネルギーは圧力エネルギーに変わり、パイプネットワークはこれに対応しなければなりません。
水锤の影響
プラントで使用される機器における水锤の深刻な影響を理解することが重要です。以下の例は、水锤の破壊的な性質を明確に説明しています：
飽和蒸気の場合、推奨される速度は秒速25〜35メートル
パイプネットワーク内の水の場合、推奨される速度は秒速2〜3メートル
水锤が発生すると、凝縮スラグは蒸気によって引きずられ、水スラグは蒸気と同じ速度で移動します。これは水の速度の10倍以上です。したがって、水锤は常に非常に高い圧力に関連しています。
水锤を避けるための要因
蒸気システムは非常に複雑かつ動的であり、水锤を避けることは挑戦的な作業です。しかし、以下の最良のエンジニアリング実践を採用することで、その発生を容易に克服することができます：
蒸気ラインには、流れの方向に適切な傾斜を与えるべきです。
定期的に蒸気トラップを設置し、最も低い位置に設置するべきです。最も低い位置に蒸気トラップを設置することで、システムから凝縮水を取り除くことができます。
パイプの垂れ下がりは、パイプネットワーク内で凝縮水を形成し、水锤の可能性を増加させることがあります。したがって、蒸気パイプは適切に支持されており、垂れ下がりがないようにする必要があります。
プラントの冷スタートには標準的な起動手順が必要です。操作者は、隔離弁をゆっくり開くことについて適切に訓練されているべきです。
ドレインポケットの適切なサイズ設定を行い、凝縮水が簡単に飛び越えたり通過したりしないようにする必要があります。ドレインポケットの目的は、すべての凝縮水を集めてトラップを通すことです。
リデューサーの種類は同心円ではなく偏心円であるべきです。
発電所における水锤
水锤は、蒸気圧または低圧空洞によって加速された水が、弁やフィッティング、または曲がり角やT字管、またはパイプ表面などの障害物に突然衝突したときに発生します。特に起動時に水锤が発生する場合、水の速度はパイプ内の通常の蒸気速度よりもはるかに高いことがあります。
これらの速度が衝撃によって破壊されると、水の運動エネルギーは圧力エネルギーに変換され、障害物に圧力ショックが適用されます。軽度の場合はノイズやパイプの動きが見られるかもしれません。
重度の場合は、パイプやフィッティングが爆発的な効果で破断し、破裂部から生蒸気が逃げることがあります。パイプや蒸気システムのコンポーネントが破断すると、破片が飛散して怪我や生命の危険を引き起こす可能性があります。
