蒸気計算機：蒸気消費量の計算方法

パイプ内の蒸気消費とは？

使用点での蒸気利用量と蒸気消費量は等しくありません。通常、蒸気ボイラーで生成または消費される蒸気の量は、使用点で必要な量よりも多いです。

蒸気消費量と蒸気利用量の差異は以下の要因によるものです：

• 蒸気が使用点まで移動する際に露出面により発生する凝縮。

• （存在する場合）漏れ。

露出または断熱されていない蒸気管の壁に蒸気が凝縮すると、蒸発エンタルピーを放出します。

蒸気の適切な利用は、水や石炭の入力コストの節約につながります。各キログラムの蒸気の節約は、水、石炭、電力の一定割合の節約に直接比例します。

起動時および通常の連続運転時のパイプ内の蒸気消費量の計算は可能です。詳細は以下で説明します。

蒸気幹線における蒸気消費量

パイプシステム内の蒸気消費量は慎重に監視および制御する必要があります。蒸気配管ネットワーク内の蒸気の凝縮率は、負荷の種類（暖機負荷または運転負荷）によって異なります。

蒸気トラップのサイズ設定やボイラー出力の最終決定には、蒸気の凝縮率を考慮する必要があります。

ウォームアップ負荷とは？

長期間または冷え切った状態からのプラント起動時には、システムを均一に加熱して、システムの通常の作業温度に近づけるために蒸気が必要です。

『ウォームアップ負荷』は、プラントの起動時に伴う蒸気消費量を指します。これは冷間停止後または非常に長い時間後の起動の場合もあります。

ウォームアップ期間中の蒸気の凝縮率は最大となります。蒸気トラップの設計はこの負荷に基づいて行います。

安全上の理由から、システムをゆっくりと温めることが良い慣行です。これにより、配管の熱的・機械的ストレスが減少します。以下のような利点があります：

• 漏れの防止

• メンテナンスコストの削減

• 配管の寿命延長

• 水ハンマーの防止

プロセスプラントの運転負荷とは？

プロセスプラントの運転負荷は、プラントの通常（全負荷）の連続負荷に関連する蒸気負荷です。プラントの全負荷運転中の蒸気の凝縮率は最小です。

システムをウォームアップする方法

均一かつ緩やかなシステムのウォームアップは、メインラインの遮断弁と並列に配置された小さなバイパスバルブによって達成できます。

パイプネットワークをウォームアップするために必要な時間は、ウォームアップ（バイパス）バルブのサイズを決定します。このバルブは、ユーザーまたはクライアントによって手動または自動タイプを選択できます。

ウォームアップにメインバルブを使用する代わりにバイパスバルブを使用することを推奨します。メインバルブはフルフロー要求のために設計されているため、ウォームアップ期間中の小流量には適していません。

図1に示すように、メインバルブ/バイパスバルブの分離器が設置されており、バルブを通る蒸気が乾燥していることを確認し、バルブの摩耗を防ぎます。

十分な時間をかけてウォームアップを行うことで、以下の利点を得ることができます：

• 配管ストレスの最小化

• 操作の安全性

• ボイラーの起動負荷の削減

パイプワークシステムを動作温度まで上げるための必要な蒸気流量は、以下の要素の関数です：

• 質量

• 材料の比熱

• 温度上昇

• 蒸発エンタルピーや飽和蒸気のエンタルピー

• 許容時間

ここで：

• ms: 蒸気の凝縮率（kg/hr）

• W: パイプ、フランジ、フィッティングの総重量（kg）

• Ts: 蒸気温度（℃）

• Tamb: 周囲温度（℃）

• Cp: パイプ材料の比熱（kJ/kg℃）

• hfg: 運転圧力での蒸発エンタルピーや飽和エンタルピー（kJ/kg）

• t: ウォームアップ時間（分）