蒸気の知恵袋

もっと知りたい蒸気のお話

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。

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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。ドレンは“凝縮水”なので、水配管の設計基準で設計すれば良いと誤解されることがありますが、単なる水配管とみなして設計すると失敗します。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ざっている流れです。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

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蒸気の存在

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。ということは、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みなした設計ができ、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。

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二相流配管と水配管

トラップからドレンヘッダーや大気開放のタンクまでの間は、フラッシュ蒸気とドレンが混走する二相流配管として、フラッシュ蒸気の体積を見込んで設計する必要があります。

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ポンプ手前のドレンヘッダーで気液分離した場合、フラッシュ蒸気はドレン回収配管外へ排出されます。これ以降の配管(ポンプ二次側の配管も含む)は水配管の設計になります。

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等価比容積に基づく配管設計

二相流配管は、配管としても「水配管と蒸気配管の中間」と言えます。これではあいまいなので、TLVでは再蒸発の量、つまり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な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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