知っているようで知らない蒸気について詳しく説明しています。
INDEX
スチームトラップのその先
スチームトラップから排出されたドレンはその場で排水されるか、配管に繋いでどこかへ流されるかのいずれかです。
蒸気ドレンを流す配管
ドレンを流すための配管はドレン回収配管や還水配管と呼ばれます。
ドレン回収配管ということなので、水配管に準じた設計で良いかというとさにあらず。この配管は少々特殊な設計が必要です。
ドレン回収配管は二相流の設計が必要だと言われます。ここで言う二相流とは気相である蒸気と液相であるドレンが混じっている流れです。液相と気相が層状に分離している流れという意味ではありませんのでご注意ください。
管内流速や気相の割合の違いによる二相流の流動様式の変化
ドレンなのに蒸気が存在？
では、なぜドレン回収配管では蒸気の存在を考慮しなければならないのでしょうか？
これには再蒸発現象が関係しています。再蒸発現象はフラッシュ現象とも呼ばれ、高圧ドレンが低圧にさらされたとき、ドレン自体の一部が蒸気に変化する現象です。再蒸発蒸気については、蒸気のお話「フラッシュ蒸気」をご参照ください。
飽和蒸気と飽和水の比体積比は1000倍以上あります。と言うことは、同じドレン量であったとしても、フラッシュ率によって、蒸気とドレンの比率が変わり、設計も大きく変わることになります。フラッシュ蒸気の発生が無ければ水配管と見なした設計ができますし、フラッシュ蒸気量が多ければほとんど蒸気配管に近い設計になります。
ドレン回収配管の設計方法
前述の通り、ドレン自体が再蒸発することで二相混合流になりますので、配管としても「水配管と蒸気配管の中間」と言うことになります。これではあいまいですので、TLVでは再蒸発の量、すなわちフラッシュ率に応じて水に近いのか蒸気に近いのか判断することにしています。この判断を行う際に用いるのが等価比容積という概念です。平均体積のようなものと考えれば良いでしょう。
実際の還水配管設計ではこの等価比容積によって許容上限流速が定まり、それに基づいて配管径を決めていきます。実際の手順は少々複雑ですのでここでは割愛します。ご興味のある方はテクニカルハンドブック『ドレンの排出と回収』をご参照ください。
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